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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transformator in der Sättigung?


Autor: Stefan_S (Gast)
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Hallo Leute.

Ich habe ein Problem mit meinem Übertrager / Transformator. Ich weiß 
nicht ob dieser in die Sättigung geht oder nicht.

Ich bekomme auf der Sekundärseite eine Spannung die Höher ist, als sich 
nach meinem Übersetzungsverhältnis errechnen läßt. Ich bekomme eine 
Spannungsüberhöhung. Dies hat damit zu tun, dass meine Last auf der 
Sekundärseite einen kleinere Impedanz hat als die Induktivität meiner 
Sekndärwicklung.

Ich habe zwei Primärwicklungen, um den Ferritkern ummagnetieiseren zu 
können. An dem gemeinsamen Abgriff liegen 24V an und die Wicklungen 
werden abwechselnt mit MOSFET's gegen Masse geschaltet.

Dabei bekomme ich zwei Stromverläufe durch die Primärwicklungen die auf 
dem anhängenten Foto zu sehen sind. Diese Ströme habe ich auf der 
Primärseite gemessen. Gemessen habe ich über 0,33Ohm.

Läßt nun der Verlauf darauf schließen, dass mein Kern in der Sättigung 
ist?
Ich habe gelesen, dass in der Sättigung die Induktivitäten einbrechen 
und der Strom stark ansteigt.

Weiß jemand bescheid?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>Ich bekomme auf der Sekundärseite eine Spannung die Höher ist, als sich
>nach meinem Übersetzungsverhältnis errechnen läßt.

Das ist bei kleinen Trafos normal, nennt sich Leerlaufüberhöhung. Hat 
mit Sättigung aber nix zu tun, eher das Ggenteil.


>Ich bekomme eine
>Spannungsüberhöhung. Dies hat damit zu tun, dass meine Last auf der
>Sekundärseite einen kleinere Impedanz hat als die Induktivität meiner
>Sekndärwicklung.

Die Impedanz der Sekundärwicklung ist erstmal nebensächlich.

>Ich habe zwei Primärwicklungen, um den Ferritkern ummagnetieiseren zu
>können.

Also was selbstgebasteltes. Hmmm. Was für ein Kern? Wieviel Windungen?

> An dem gemeinsamen Abgriff liegen 24V an und die Wicklungen
>werden abwechselnt mit MOSFET's gegen Masse geschaltet.

Schaltplan? Ist es ein Royer Converter?

>Dabei bekomme ich zwei Stromverläufe durch die Primärwicklungen die auf
>dem anhängenten Foto zu sehen sind. Diese Ströme habe ich auf der
>Primärseite gemessen. Gemessen habe ich über 0,33Ohm.

Sieht sehr wild aus, das kann man irgendeinen Ausschwingvorgang sehen.

>Läßt nun der Verlauf darauf schließen, dass mein Kern in der Sättigung
>ist?

Sieht man daraus nicht.

>Ich habe gelesen, dass in der Sättigung die Induktivitäten einbrechen
>und der Strom stark ansteigt.

Das ist auch so, siehe Transformatoren und Spulen.

MFG
Falk

Autor: Stefan_S (Gast)
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Anbei mein Schaltplan.

Verwendet habe ich einen Ringkern mit Ferritmaterial. AL=3090nH, Amin 
297,5mm², Wicklungen primär 20, sekundär 150.

Autor: Stefan_S (Gast)
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Nein es ist keine Royer Converter.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>      Schaltplan.png

>Anbei mein Schaltplan.

Naja, Eagle hat ne wunderbare Funktion zum Schaltpläne exportieren . . .

>Verwendet habe ich einen Ringkern mit Ferritmaterial. AL=3090nH, Amin
>297,5mm², Wicklungen primär 20, sekundär 150.

Windungen, keine Wicklungen. Aber egal.

Du taktest mit 50 kHz, macht 10us pro Halbwelle. Macht bei 24V gleich 
240µVs.
Macht bei 20 Windungen und ~300mm^2 eine Flußdichte von 40mT, das ist 
unkritisch.
Sättigung ist nicht dein Problem, eher die Ansteuerung deines Trafos. 
Ist die wirklich symetrisch?

MfG
Falk

Autor: Stefan_S (Gast)
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@ Falk Brunner

Die Ansteuerung ist symetrisch.


Falk Brunner schrieb:
> Du taktest mit 50 kHz, macht 10us pro Halbwelle. Macht bei 24V gleich
>
> 240µVs.
>
> Macht bei 20 Windungen und ~300mm^2 eine Flußdichte von 40mT, das ist
>
> unkritisch.

Wie hast du das berechnet? Muss ich zur Berechnung der Sättigung nicht 
die Sekundärspannung nehmen?
Und woher weist du dass ich mit 50kHz arbeite?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Stefan_S schrieb:
>> Und woher weist du dass ich mit 50kHz arbeite?


Glaubst Du du bist der EINZIGE der mit einem Tektronix Oszilloskop 
umgehen kann?
Da steht alles auf dem Bildschirm.

Autor: Stefan_S (Gast)
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Sorry, stehe zur Zeit etwas im Wind.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Dann Mütze aufsetzen und Stellplatz wechseln.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>Die Ansteuerung ist symetrisch.

Das sagen alle ;-)
Schaltung? Messung?
Wenn deine Ansteuerung 1% von den 50% Tastverhältnis wegkommt, sieht 
dein Trafo 2% von 24V als Gleichspannung, sprich, 480mV.
Macht an geschätzen 1 Ohm 0,5A Gleichstrom, der deinen Kern einseitg 
vormagnetisiert.
Aber nach den Oszilloskopbildern zu urteilen ist das nicht das Problem.

Was soll die Schaltung denn insgesamt machen? Die LC-Geschichte am 
Ausgang sieht etwas komisch aus, soll das ein Filter sein?

>> Macht bei 20 Windungen und ~300mm^2 eine Flußdichte von 40mT, das ist

>Wie hast du das berechnet?

Mit Formel (1) und (2) aus dem Artikel Transformatoren und Spulen.

>Muss ich zur Berechnung der Sättigung nicht
>die Sekundärspannung nehmen?

Ist egal, kann man auf beiden Seiten rechen, kommt das Gleiche raus.

>Und woher weist du dass ich mit 50kHz arbeite?

Von deinem Screenshot. Auch wenn der ein Kandidat für Bildformate 
ist.

MFG
Falk

Autor: Stefan_S (Gast)
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Auf der Sekundärseite ist ein Filter. Dieser soll eine Anpassung der 
Impedanz der Sekundärinduktivität und der Last durchführen um eine 
Spannungsüberhöhung zu vermeiden. Die Dimensionierung stimmt noch nicht. 
Auch die Spulen im unteren Zweig sind nicht korrekt. Diese sind später 
nicht drin.

Filter ist ein PI oder auch Collins Filter.

Autor: Stefan_S (Gast)
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Wenn ich aber folgendes rechne:

B=N*AL*I/Amin

N=20              primär
AL=3090nH
Amin=297,5mm²
I=9A

ergibt sich B=1,8T              ist viel zu hoch.

Was stimmt an dieser Formel dann nicht?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>Was stimmt an dieser Formel dann nicht?

Wie kommst du auf 9A? Aha, messen. Das ist aber nicht dein 
Magnetisierungsstrom, sondern die Summe aus Magentissierungsstrom + 
transformiertem Laststrom. Miss mal im Leerlauf, dann hast du nur 
Magnetisierungsstrom.

MFG
Falk

Autor: Stefan_S (Gast)
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Und ausschlielich der Magnetisierungsstrom drägt zur Sättigung bei?

Ok, werde ich machen. Kann aber bis heute Nachmittag dauern.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>Und ausschlielich der Magnetisierungsstrom drägt zur Sättigung bei?

Ja, nur der _t_rägt zur Sättigung bei.

Autor: Hauspapa (Gast)
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An der Formel stimmt das I nicht. Was Du misst ist der transformierte 
Laststrom. In Deine Formel muss der Magnetisierungsstrom eingesetzt 
werden.

Deine 10nF werden mit Taktfrequenz umgeladen. Transformiert auf die 
Primärseite kommt das mit Deinem gemessenen Strom ganz gut hin.

Grüssle Hauspapa

Autor: Stefan_S (Gast)
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So, ich habe jetzt die Ströme gemessen und sehe nur noch schmale 
Impulse. Diese klingen schnell ab. Anbei 3 Bilder. Bild 1 zeigt beide 
Stromverläufe der Primärwicklungen. Bild 1 ist eine Seite aufgezommt und 
Bild 3 zeigt ein einzelnes Impulspaket aufgezommt.

Wie soll ich denn hier nun berechnen, wie groß meim Magnetisierungsstrom 
ist?

Wenn der transformiert Laststrom nicht zur Magnetisierung beiträgt, wird 
dieser dann aus dem vorhandenen Magnetfeld gezogen?
Oder wie ist das zu verstehen?

Autor: Hauspapa (Gast)
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Wie Du sieht ist der Magnetisierungsstrom in diesem Fall 
vernachlässigbar klein. Was Du noch siehst ist sind die eingekoppelten 
Schaltflanken der Mosfets.

Dein ürsprünglich gemessener Strom kommt wie ich bereits schrieb fon den 
10nF am Trafoausgang.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
> Von deinem Screenshot. Auch wenn der ein Kandidat für Bildformate
> ist.

Zumal der benutzte Oszi vermutlich Bildschirmkopien rein elektronisch
erzeugen kann ...

Autor: Stefan_S (Gast)
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Tur mit leid. Ich hatte jetzt keine Zeit noch einen Laptop 
anzuschließen.
Bitte nicht böse sein, ich werde es da nächste mal besser machen.

Aber vielleicht könnte ihr mir trotdem nochmal ein paar Dinge zum 
tranformierten Strom erklären. Wieso trägt dieser nicht zur Sättigung 
bei?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan_S (Gast)

>tranformierten Strom erklären. Wieso trägt dieser nicht zur Sättigung
>bei?

Warum sollte er? Wenn man mal sich das Thema trafo anschaut, wird man 
immer wieder sehen, dass die Primärwicklung gedanklich parallel zum 
transformierten Lastwidertstand liegt, welcher den eigentlichen Trafo 
ausmacht. Stichwort Hauptinduktivität. Und die interessiert einzig und 
allein die Spannungszeitfläche, welche primärseitig angelegt wird.

Summa Sumarum. Einen realen Trafo kann man sich eingangsseitig wie die 
Parallelschaltung eines idealen Trafos ohne irgendwelche Induktivitäten 
und einer Spule, nämlich der Primärwicklung (=Hauptinduktivität), 
vorstellen.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Stefan_S (Gast)

>So, ich habe jetzt die Ströme gemessen und sehe nur noch schmale
>Impulse. Diese klingen schnell ab.

Das sind alles nur Störsignale.

>Wie soll ich denn hier nun berechnen, wie groß meim Magnetisierungsstrom
>ist?

Hab ich oben gezeigt. Aber wenn man mal weiter rechnet.

Al=3,1uH/N^3, das ist recht viel. Macht bei 20 Windungen schlappe 
1,24mH.

L = Al * N^2

Bei 24V und 10us macht das 0,2A Magnetisierungsstrom, Peak-Peak, sprich 
0,1A Spitzenwert.

L = U * t / I

>Wenn der transformiert Laststrom nicht zur Magnetisierung beiträgt, wird
>dieser dann aus dem vorhandenen Magnetfeld gezogen?

Aus der Magnetfeldänderung.

MFG
Falk

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