Hallo,
ich habe eine Verständnisfrage zur genauen Funktionsweise des
Transformators. Die Grundlagen beherrsche ich, mir geht es mehr um die
genauen Feinheiten.
Im Transformator fließt ja auf der Primärseite ein Strom, welcher im
Eisenkern einen magnetischen Fluss hervorruft. Dieser Fluss induziert in
der Sekundärwindung wiederum eine Spannung und somit beim belasteten
Transformator auch einen Sekundärstrom. So weit, so klar.
Nun ist es ja scheinbar so, dass der sich im Eisenkern zeitlich änderne
magnetische Fluss in der Primärspule eine Induktionsspannung hervorruft,
welche der angelegten Primärspannung entgegenwirkt und somit im
Leerlauffall auf der Primärseite nur ein sehr kleiner Strom fließt.
Beim belasteten Transformator ist es ja so, dass der Wechselstrom in der
Sekundärwicklung einen sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss im
Kern hervorruft, welcher seiner Entstehung und somit auch dem durch die
Primärspule erzeugten magnetischen Fluss entgegen wirkt. Dadurch ist der
resultierende Fluss im Eisenkern geringer als im unbelasteten Fall,
weshalb eine kleinere Gegeninduktionsspannung in der Primärspule erzeugt
wird und somit der Primärstrom bei Belastung ansteigt.
Bis dahin steig ich noch mit. Jetzt aber meine Fragen:
Warum ist es nicht möglich die in der Primärspule induzierte
Induktionsspannung zu messen?
Denn wenn ich an der Primärspule Spannung misst, misst man ja immer die
nur die von außen angelegte Spannung.
Durch Wirbelströme im Kern werden ja auch Gegeninduktionsspannungen in
der Primärspule hervorgerufen, durch welche der Wirkungsgrad des Trafos
sinkt.
Warum sinkt dann der Wirkungsgrad nicht durch die durch den magnetischen
Fluss im Kern hervorgerufene Gegeninduktionsspannung? Wo liegt hier der
genaue Unterschied?
Jetzt kurz zur Drosselspule. Hier verstehe ich eine Spule, die um einen
Eisenkern gewickelt ist. Denn da tue ich mir momentan schwer die
"Brücke" vom Transformator zu ziehen.
Bei der Drosselspule führt ja die Änderung des Stromes auch zu einer
Änderung des magnetischen Flusses im Eisenkern.
Wird dann hier auch in der Spule, ähnlich des Trafos, aufgrund des
Flusses im Eisenkern eine Gegeninduktionsspannung erzeugt, welche der
von außen angelegten Spannung entgegenwirkt?
Das kann ich mir nämlich gerade schwer vorstellen, denn sonst würde man
sich ja extrem schwer tun, durch die Drosselspule einen großen Strom
fließen zu lassen.
Ich weiß, das war jetzt sehr viel Text auf einmal. Allerdings wär ich
sehr dankbar wenn mir jemand die betreffenden Fragen beantworten könnte,
um auch dort noch Licht ins Dunkel zu bringen.
Gruß
Arno
@ Arno (Gast)
>Im Transformator fließt ja auf der Primärseite ein Strom, welcher im>Eisenkern einen magnetischen Fluss hervorruft. Dieser Fluss induziert in>der Sekundärwindung wiederum eine Spannung und somit beim belasteten>Transformator auch einen Sekundärstrom. So weit, so klar.>Nun ist es ja scheinbar so, dass der sich im Eisenkern zeitlich änderne>magnetische Fluss in der Primärspule eine Induktionsspannung hervorruft,>welche der angelegten Primärspannung entgegenwirkt und somit im>Leerlauffall auf der Primärseite nur ein sehr kleiner Strom fließt.
Jain. Ein leerlaufender Trafo ist praktisch eine Spule an Wechselstrom.
>Beim belasteten Transformator ist es ja so, dass der Wechselstrom in der>Sekundärwicklung einen sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss im>Kern hervorruft, welcher seiner Entstehung und somit auch dem durch die>Primärspule erzeugten magnetischen Fluss entgegen wirkt. Dadurch ist der>resultierende Fluss im Eisenkern geringer als im unbelasteten Fall,
Nein, der Gesamtfluss ist praktisch nahezu gleich. Nämlich der immer
vorhandene Magnetisierungsfluss der Primärseite. Siehe auch
http://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulenhttp://www.mikrocontroller.net/wikifiles/5/5d/Verlustarme_trafos.pdf>weshalb eine kleinere Gegeninduktionsspannung in der Primärspule erzeugt>wird und somit der Primärstrom bei Belastung ansteigt.
Vorsicht, diese Betrachtung für bisweilen in die Sackgasse.
>Warum ist es nicht möglich die in der Primärspule induzierte>Induktionsspannung zu messen?
Weil es nur ein Modell ist und man nur die Überlagerung aus beiden
messen kann. Stell dir einen Stromkreis mit mehreren Widerständen und
Spannungsquellen vor. Dort kann man per Überlagerung (Superposition) die
Ströme berechnen, welche die einzelnen Quellen im Netzwerk erzeugen,
wenn die anderen kurzgeschlossen sind. Die Einzelströme in der Rechnung
können entgegengesetzt fließen. Real messen kann man aber nur die Summe,
nicht die (theoretischen) Einzelströme.
>Denn wenn ich an der Primärspule Spannung misst, misst man ja immer die>nur die von außen angelegte Spannung.
Reicht doch ;-)
>Durch Wirbelströme im Kern werden ja auch Gegeninduktionsspannungen in>der Primärspule hervorgerufen, durch welche der Wirkungsgrad des Trafos>sinkt.
Wirf mal bitte nicht alles in einen Topf, da steigt am Ende keiner mehr
durch.
>Warum sinkt dann der Wirkungsgrad nicht durch die durch den magnetischen>Fluss im Kern hervorgerufene Gegeninduktionsspannung?
Klar sinkt der, die Wirbelströme machen Verluste, welche den
Wirkungsgrad senken.
> Wo liegt hier der genaue Unterschied?
Ich kann dir nicht wirklich folgen. Siehe oben.
>Jetzt kurz zur Drosselspule. Hier verstehe ich eine Spule, die um einen>Eisenkern gewickelt ist. Denn da tue ich mir momentan schwer die>"Brücke" vom Transformator zu ziehen.
Siehe oben.
>Wird dann hier auch in der Spule, ähnlich des Trafos, aufgrund des>Flusses im Eisenkern eine Gegeninduktionsspannung erzeugt, welche der>von außen angelegten Spannung entgegenwirkt?
Ja, Lenzsche Regel.
>Das kann ich mir nämlich gerade schwer vorstellen, denn sonst würde man>sich ja extrem schwer tun, durch die Drosselspule einen großen Strom>fließen zu lassen.
Die Lenzsche Regel ist auch eher eine Vereinfachung. Der Strom wird ja
nur in der Anstiegsgeschwindigkeit gebremst, nicht im Absolutwert. Und
man kann sich das real auch NICHT so vorstellen, ala ich legen 10V an,
es werden aber 9,9V gegeninduziert und somit treiben die restlichen 0,1V
über den Ohmschen Widerstand den Strom an. DAS GEHT SO NICHT!
Viel besser ist die vereinfachte Betrachtung der Spule als Schwungrad,
welche das angreifende Drehmoment integriert und in eine Drehzahl
wandelt. Kann man praktisch einfach ausprobieren. Ein schweres
Schwingrad muss man erstmal mühevoll ankurbeln (=langsamer Stromanstieg
beim Einschalten der Spule). Wenn es dann läuft, fällt das Abbremsen
wider schwer (=Induktionsspannung beim Abschalten). Das ist das
mechanische Abbild einer Spule. Siehe Spule.
MfG
Falk
Arno schrieb:> Jetzt kurz zur Drosselspule. Hier verstehe ich eine Spule, die um einen> Eisenkern gewickelt ist. Denn da tue ich mir momentan schwer die> "Brücke" vom Transformator zu ziehen.
Der Unterschied zwischen Drosselspule und Transformator liegt ja auch
nicht in der Anzahl Wicklungen, sondern in der Verwendung. So hat
beispielsweise das Dings in einem Sperrwandler mindestens 2 Wicklungen,
ist aber von der Arbeitsweise her eine Speicherdrossel wie in einem
einfachen DC/DC Schaltregler. Während das Ding in einem Flusswandler im
Grunde wie ein normaler Netztrafo arbeitet, nur schneller.
Man sollte sich bewusst sein, das der Fluß und damit der
Magnetisierungsstrom vom Laststrom unabhängig sind (ideal). Auch der
Flußwandler (oder Netztrafo) "speichert" den Magnetisierungsstrom. Beim
Flyback (und bei jeder Drossel) ist der Magnetisierungsstrom
gleichzeitig der Laststrom (es fließt ja sonst nichts). Ok, komisch
erklärt.
Falk Brunner schrieb:>>weshalb eine kleinere Gegeninduktionsspannung in der Primärspule erzeugt>>wird und somit der Primärstrom bei Belastung ansteigt.>> Vorsicht, diese Betrachtung für bisweilen in die Sackgasse.
Jetzt hab ich mir mal den ausführlichen Link durchgelesen. Das bestätigt
deine Erklärung mit dem nahezu gleichbleibendem magnetischen Fluss.
So wie ich das jetzt verstehe, ist der Grund für den sehr kleinen
Leerlaufstrom, der magnetische Zustand des Eisenkerns, welcher sich noch
weit weg vom Bereich der Sättigung befindet und somit die Primärspule
aufgrund des hohen Blindwiderstandes eine hohe Impedanz besitzt. Unter
Belastung ändert sich dann der magnetische Fluss im Kern geringfügig und
so kommt es, dass sich der Kern näher am Sättigungsbereich befindet und
dadurch die Primärspule eine kleinere Impedanz besitzt und so mehr Strom
fließt.
Interessant finde ich, dass das ganze in zig Büchern, bzw Internetseiten
anders erklärt ist.
Falk Brunner schrieb:> Ein leerlaufender Trafo ist praktisch eine Spule an Wechselstrom.
Mit der Erklärung kann ich jetzt nicht so viel anfangen. Denn wenn es
wirklich so wäre, dann würde durch eine Spule, wenn man an sie
Wechselspannung anliegt auch nur ein sehr kleiner Strom fließen, welcher
gleich dem Leerlaufstrom des Transformators ist.
An was liegt es dann, dass das es in der Leistungselektronik Spulen bzw
Drosseln gibt, durch die sehr viel Strom fließt?
Hab diese Drosseln eine kleinere Induktivität bzw. ein anderes
Kernmaterial?
Gruß
Arno schrieb:> Unter Belastung ändert sich dann der magnetische Fluss im Kern geringfügig > und
so kommt es, dass sich der Kern näher am Sättigungsbereich befindet und
> dadurch die Primärspule eine kleinere Impedanz besitzt und so mehr Strom> fließt.
Nein, so ist es eben nicht.
Der Fluss durch die Primärspule ist einzig und allein von der angelegten
Primärspannung abhängig. Die Spannung prägt den Fluss ein. Wie hoch der
Strom ist interessiert den Primärfluss nicht.
Es gilt das Induktionsgesetzt:
Bei sekundärseitiger Belastung entsteht ein dem Primärfluss
entgegengesetzter Fluss, der auch durch die Primärspule fliesst.
Die Primärspule liest das Induktionsgesetz von rechts nach links. Sie
sieht also, dass sie den Gegenfluss im Belastungsfall mit der Aufnahme
eines grösseren Primärstroms kompensieren muss um der anliegenden
Spannung gerecht zu werden.
Daniel
@ Arno (Gast)
>So wie ich das jetzt verstehe, ist der Grund für den sehr kleinen>Leerlaufstrom, der magnetische Zustand des Eisenkerns, welcher sich noch>weit weg vom Bereich der Sättigung befindet
Falsch. Ein normaler Trafo kommt im Leerlauf sogar NÄHER an seine
magnetische Sättigung als im belasteten Zustand.
>und somit die Primärspule>aufgrund des hohen Blindwiderstandes eine hohe Impedanz besitzt.
Ja.
> Unter>Belastung ändert sich dann der magnetische Fluss im Kern geringfügig
Ja, er SINKT!
> und>so kommt es, dass sich der Kern näher am Sättigungsbereich befindet
Nein, anders herum.
> und>dadurch die Primärspule eine kleinere Impedanz besitzt und so mehr Strom>fließt.
Nein. Du verwechselst Magnetisierungsstrom der Primärspule mit dem
transformierten Laststrom. Erster ist annähernd konstant und zum zweiten
um 90Grad nacheilend. Zweiter ist logischerweise lastabhängig.
>Interessant finde ich, dass das ganze in zig Büchern, bzw Internetseiten>anders erklärt ist.
Was nix heißen muss. Ich finde die Erklärung in dem Dokument sehr gut
und muss sagen, dass ich erst mit dessen Lektüre vor einigen Jahren so
halbwegs den Durchblick beim Thema Trafo bekommen habe 8-0.
>> Ein leerlaufender Trafo ist praktisch eine Spule an Wechselstrom.>Mit der Erklärung kann ich jetzt nicht so viel anfangen. Denn wenn es>wirklich so wäre, dann würde durch eine Spule, wenn man an sie>Wechselspannung anliegt auch nur ein sehr kleiner Strom fließen, welcher>gleich dem Leerlaufstrom des Transformators ist.
Das ist auch so, wenn beide den gleichen Kern und Windungszahlen haben.
;-)
>An was liegt es dann, dass das es in der Leistungselektronik Spulen bzw>Drosseln gibt, durch die sehr viel Strom fließt?
Weil sie anders dimensioniert sind und anderen Zwecken dienen?
MfG
Falk
>> Ein leerlaufender Trafo ist praktisch eine Spule an Wechselstrom.>Mit der Erklärung kann ich jetzt nicht so viel anfangen. Denn wenn es>wirklich so wäre, dann würde durch eine Spule, wenn man an sie>Wechselspannung anliegt auch nur ein sehr kleiner Strom fließen, welcher>gleich dem Leerlaufstrom des Transformators ist.
Falk hat schon recht. Eine Trafo ohne Sekundärseite ist eben nur eine
Drossel. (woher soll die Primärseite wissen ob da sekundäre offene
Wicklungen sind und sich anders Verhalten?).
Das der Strom meist klein(im Verhältniss zum Laststrom) ist, liegt nur
an der relativ hohen Induktivtät.
Viel Strom und wenig ist auch relativ.
Ein Schaltnetzteiltrafo wird an 50Hz Netzspannung auch "viel" Strom
ziehen.
Nur die Spannungszeitfläche (und die Windungszahl) die angelegt wird
bestimmt den Fluss im Trafo. u=N*d_phi/dt. Völlig egal ob Sekundär eine
Last hängt oder nicht (ideal ohne Streunung).
Aber das wurde jetzt schon oft gesagt...
Daniel R. schrieb:> Der Fluss durch die Primärspule ist einzig und allein von der angelegten> Primärspannung abhängig. Die Spannung prägt den Fluss ein.
Da eure Aussagen alle deckungsgleich sind, glaub ich euch auch. Aber ich
habe ein Vorstellungsproblem, damit, dass eine Spannung einen Strom
einprägen soll. Denn der durch eine Spule fließende Strom ist ja durch
sein Magnetfeld für den magnetischen Fluss im Eisenkern verantwortlich.
Ich merk mir das mit dem Stromanstieg bei Belastung so:
Im Leerlauf fließt durch die Primärspule ein Strom, welcher einen
magnetischen Fluss im Kern hervorruft. Bei Belastung, wird der
magnetische Fluss im Eisenkern kurzfristig etwas kleiner. Da die
Primärspule aber wegen ihrer Induktivität darauf bestrebt ist jeglich
Änderungen im magnetischen Fluss im Kern auszugleichen, erhöht sie ihren
Strom und wirkt somit der Änderung des magnetischen Flusses im Kern
entgegen.
Hoffe mit dieser Begründung kann jetzt jeder leben.
Danke auf jeden Fall für eure Hilfe.
Gruß
>Bei Belastung, wird der magnetische Fluss im Eisenkern kurzfristig etwas >kleiner.
Kurz? Nein der bleibt. Wenn der Fluß kleiner wird, würde auch
unweigerlich der Magentisierungsstrom kleiner werden. Das kann nicht
sein, wenn die Primärseite an einer indealen Spannungsquelle (und
Streunung und Ohm vernachlässigt wird) hängt und somit eine konstante
Spannunszeitgfläche anliegt. Die Integration dieser Fläche ist der Fluß,
->Induktionsgesetz umstellen.
Denk an das einfach Ersatzschaltbild mit einer Drossel (durch diese
fließt der mMgnetisierungsstrom, sie repesentiert den Fluß) und einem
idealen Trafo (parallel zur Drossel). Bei Belastung liegt die
SPannungsquelle noch immer parallel zur Drossel. Nur der Strom durch den
idealen Trafo steigt an.
Macht man nun in Serie zu den Trafoanschlüssen noch eine Drossel und
einen Widerstand (sie repräsentieren die Streuinduktivität bzw die
Wicklungen ohmsch), so erkennt sofort warum der Fluß beim realen
Transformator bei Belastung kleiner wird.
MFG Fralla
