Hallo,
große Transformatoren und Generatoren (Energienetz / Kraftwerk) haben ja
meist einen Wirkungsgrad von fast 100%, während die kleineren
Ausführungen mit sinkenden Leistungen einen immer schlechteren
Wirkungsgrad haben.
Abgesehen davon das es sich bei den ganz großen Trafos und Generatoren
auch lohnt aufwendige Optimierungen durchzuführen um den Wirkungsgrad
um nur einige 0,1% zu steigern muss es aber doch physikalische Gründe
geben das der Wirkungsgrad mit steigenden Leistungen (Größen) zunimmt
bzw. bei kleineren Leistungen abnimmt.
Was sind diese Gründe bzw. was wären die entsprechenden Suchbegriffe ?
mfg
T. Taddel
> Was sind diese Gründe
a) bessere Kopplung, weil mechanisch die Windungen prozentual beim
grossen Trafo näher am kern liegen
b) Kleine Trafos haben eine grössere Oberfläche im Verhältnis zum
Volumne, können sich also mehr Verluste erlauben als grosse Trafos weil
die Oberfläche schon ausreicht, die Wärme abzustrahlen, und das nutzt
der Trafohersteller natürlich um Material zu sparen und damit die Kosten
zu senken.
c) Bei grossen Trafos ist im Vergleich die Drahtlänge kürzer, also der
ohmsche Widerstand relativ gesehen kleiner als bei kleinen Trafos die
viele Windungen brauchen die Spannungsbnelastung des kleinen Kerns nicht
zu hoch werden zu lassen.
d) erhöht man die Frequenz, tut es auch der kleine Trafo recht effektiv,
daher Schaltnetzteile.
Auch große Transformatoren sind weit von 100% Wirkungsgrad entfernt.
Du hast aber recht, wenn Du andeutest: Je größer ja besser.
Ein simpler, physikalischer Grund für kleiner=Schlechter ist: Z.B. ein
"Winzig"-Trafo hat auch winzig Drähte (Querschnitt) und die haben einen
sehr hohen Widerstand. Ein "Winzig"-Trafo hat einen kleinen
Kernquerschnitt und dieser behindert dadurch den magnetischen Fluss.
Darüber hinaus ist das Kundeninteresse sehr verschieden. Der
Kraftwerksbauer ist glücklich über jedes mehr Promille an verkaufbarer
Energie und zwingt somit der Trafobauer dazu sich "anzustrengen". Den
Verbrauch seines Fernsehers interessiert nur den Ökofreak.
Diese Liste und Betrachtung kann man endlos fortführen. Sollte
irgendwann mal der Strompreis bei 1€ pro Kilowattstunde anlangen, so
könnten sich diese Anstrengungen allerdings nach unten verschieben.
amateur schrieb:> Auch große Transformatoren sind weit von 100% Wirkungsgrad entfernt.
Weit? <1% sind weit? Ich glaub, Transformatoren sind vom Wirkungsgrad
her die fast perfekten Bauteile :P Ich wüsste zumindest kein anderes
technische Gerät, was so hohe Wirkungsgrade erreicht.
Für mich sind 100% etwas absolutes. Wenn Du meinen Ausführungen etwas
weiter gefolgt währst, währst Du über Promille und so gestolpert.
Der 100 MW Trafo muss bei 99% Wirkungsgrad 1 MW Wärme loswerden. Was
meinst Du warum die jede Menge Kühlrippen haben, mit Öl gefüllt und von
einem ganzen Sack voll Ventiltoren umgeben sind. 1 MW ist auch jede
Menge Geld.
amateur schrieb:> Für mich sind 100% etwas absolutes. Wenn Du meinen Ausführungen etwas> weiter gefolgt währst, währst Du über Promille und so gestolpert.> Der 100 MW Trafo muss bei 99% Wirkungsgrad 1 MW Wärme loswerden. Was> meinst Du warum die jede Menge Kühlrippen haben, mit Öl gefüllt und von> einem ganzen Sack voll Ventiltoren umgeben sind. 1 MW ist auch jede> Menge Geld.
Darum liegt bei den großen Trafos der Wirkungsgrad bei 99,8%
Es ist doch immer wieder interessant, wie sich einzelne an einer Zahl
die Zähne ausbeißen - schade dass ich nicht Zahnarzt geworden bin - zum
eigentlichen Diskussionsthema aber nicht viel beitragen.
@amateur (Gast)
>weiter gefolgt währst, währst Du über Promille und so gestolpert.
Kann es sein, dass DU wegen Promille gestolpert bist? ;-)
>Der 100 MW Trafo muss bei 99% Wirkungsgrad 1 MW Wärme loswerden.
Jo, aber mit 100WM versorgst du eine Kleinstadt.
>einem ganzen Sack voll Ventiltoren umgeben sind. 1 MW ist auch jede>Menge Geld.
Nö. Wenn 1MW für 1s verbraucht werden, sind das gerade mal 0,27 kWh,
macht bei 25 Cent/kWh ~6,7 Cent. ;-)
Klar klingt 1MW Verlust viel, aber relativ betrachtet ist das wenig im
gesamten Prozess der Energieumwandlung und Transport des Stroms.
1MW ist gerade mal so viel wie die Sonne auf deinen Garten, ein 1000
Quadratmeter durchschnittlich grosses Privatgrundstück, scheinen lässt,
tagsüber ohne Wolken hier in Deutschland, nur mal um die Zahl
geradezurücken.
Konsumer-Trafos sind nur auf Materialpreis optimiert und nicht auf
Wirkungsgrad.
Also wieviel Kupfer und Eisen kann ich einsparen, damit der Trafo bei
der geforderten Ausgangsleistung gerade noch nicht durchbrennt.
Industrietrafos sind aber auf Gesamtkosten optimiert, d.h. inklusive
Betriebskosten.
Peter
Falk Brunner schrieb:> Klar klingt 1MW Verlust viel, aber relativ betrachtet ist das wenig im> gesamten Prozess der Energieumwandlung und Transport des Stroms.
1MW Verlustleistung aus einem Trafo herauszubringen erfordert
schon einige technische Klimmzüge...
große trafos sind zwangsoptimiert.
10% verlust geht da niemals!!!!!!
bei kleinen trafos ist der preis nur verkäuferlust.
es gibt kleine mit 5watt die nur 0,2w leerlauf haben.
die leerlaufverluste lassen sich nicht abschätzen o. messen bei versand
oder flohmarkt.
gute trafos sind entweder mehrfach geblättert also der u-kern hat als
einzelblech mehrere kurze abschnitte.
auch müssen die bleche gegeneinander voll isoliert sein.
manchmal fehlt es an primärwindungen.
im lastfall sind dicke drähte gefragt.
kleinsttrafos bis ca. 5w können kurzgeschlossen werden ohne abzubrennen.
wer die abwärme für mehr als den strompreis verkaufen kann,dem kann der
wirkungsgrad egal sein.
1MW erscheint bei der gartentheorie mit 1000m quadratmeter nicht viel.
die 1MW kommen aber nur mit extrem schwarzer fläche und nicht bei rasen.
gibt es zu wenig abstrahlung, würden die spulen auf über 100 grad
aufheizen- der kern ebenso.
das eine MW macht nicht bei einer wunschtemperatur halt.
schlechte minitrafos werden im leerlauf 60-80 grad heiss.
die lackisolation zerstört die wärmeableitung.
würden drahtrohre als leiter eingesetzt,müssten hochdruckpumpen
kühlflüssigkeit fördern.
eisen leitet sehr schlecht wärme.
die heißeste windung liegt wohl fast am kern.
vielleicht kennt einer einen, der einen kennt und kann hier mal ein
IR-foto von einer heißen trafowicklung seitlich machen oder ein
linkverweis angeben.
Es ist nicht nur eine Frage der Optimierung wieso die großen Trafos
besser sind. Da steckt bei fester Frequenz auch ein physikalischer
Hintergrund dahinter:
Wenn man bei einem Trafo alle Abmessungen verdoppelt, steigt der
Eisenquerschnitt, und damit die Spannung pro Windung um den Faktor 4.
Der Querschnitt der Leiter steigt auch Quadratisch, also um den Faktor
4, kann also bei gleicher Stromdichte 4 mal mehr Strom leiten. Die
Länger der Drähte verdoppelt sich. Damit hat der doppelt so große Trafo
eine 4 mal höhere Spannung und kann 4 mal mehr Strom liefern, hat also
die 16 fache Leistung. Die Verluste im Kupfer (bei konstanter
Stromdichte) erhöhen sich aber nur mit dem Volumen des Kupfers, also um
den Faktor 8. Durch die Optimierung je nach Größe und den extra Aufwand
für die Kühlung verschiebt sich das ganze noch etwas, aber der
Prinzipielle Trend bleibt.
Bei ganz kleinen Trafos (unter 1 VA) kommt dann noch das Problem dazu,
das schon relativ viel Leistung nötig ist, um den Kern zu magnetisieren.
Das liegt zu einem Teil an der oft schlechten Qualität (wegen den
Herstellungskosten), aber auch hier wird es physikalisch schwieriger.
Als Folge davon haben ganz kleine Trafos für 50 Hz unter etwa 1 VA einen
miesen Wirkungsgrad, auch ohne den Kostendruck - unter etwa 0,1 VA geht
dann kaum noch, zumindest bei 50 Hz.
@ schneller brüter (Gast)
>große trafos sind zwangsoptimiert.
Was für ein Wort. Optimierung ist immer mehr oder weniger durch Zwang
begründet.
>10% verlust geht da niemals!!!!!!
Nin der Tat, die würde ratz fatz abfackeln.
>es gibt kleine mit 5watt die nur 0,2w leerlauf haben.
Link?
>gute trafos sind entweder mehrfach geblättert also der u-kern hat als>einzelblech mehrere kurze abschnitte.>auch müssen die bleche gegeneinander voll isoliert sein.
Ist bei so ziemlich allen Trafos der Fall. Sei es per Lackisolation oder
per galvanischer Oberflächenbehandlung.
>manchmal fehlt es an primärwindungen.
Sagen wir, sie sind sportlich dimensioniert.
>im lastfall sind dicke drähte gefragt.
Ach was?
>kleinsttrafos bis ca. 5w können kurzgeschlossen werden ohne abzubrennen.
Stimmt so allgemein nicht. Es gibt genügend 5VA Trafos, die NICHT
kurzschlussfest sind.
http://www.block-trafo.de/de_DE/products/393257.htm>schlechte minitrafos werden im leerlauf 60-80 grad heiss.
Leider.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Controller_an_230V#Sparsames_Trafonetzteil_f.C3.BCr_Dauerbetrieb>die lackisolation zerstört die wärmeableitung.
???
Sie wirkt vielleicht GERINGfügig als Isolator, aber das fällt kaum ins
Gewicht. Das Problem ist die geringe Oberfläche im Verhältnis zum
Volumen. Das ist ein Kernproblem bei der Kühlung großer Trafos bzw
großer Generatoren. Da greift man schon mal zu Wasserstroffkühlung, und
das in einer elektrischen Maschine 8-0
http://de.wikipedia.org/wiki/Turbogenerator#K.C3.BChlung
@ Peter Dannegger (peda)
>Konsumer-Trafos sind nur auf Materialpreis optimiert und nicht auf>Wirkungsgrad.
Wenn es nur am Materialpreis liegt ... schalte zwei gleiche Trafos ein-
und ausgangsseitig in Reihe, schon ist die Fast-Sättigung des Kerns weg,
und damit die rel. hohen Leerlaufverluste (auch wenn sich die ohmschen
Verluste verdoppeln).
Leerlauf macht aber auch keinen Sinn, denn dann hat man prinzipiell beim
Trafo den schlechtesten Wirkungsgrad. Der Trafo muß für die Nennlast
optimiert sein.
> es gibt kleine mit 5watt die nur 0,2w leerlauf haben.
Ja.
> kleinsttrafos bis ca. 5w können kurzgeschlossen werden ohne abzubrennen.
Aber nicht die.
> Der Trafo muß für die Nennlast optimiert sein.
Für den Hereteller, weil das die KOsten senkt.
Für den Benutzer wäre es besser ihn über die reale prozentuale
Verteilung der Lastfälle zu optimieren, und dann noch was draufzulegen
damit er möglichst lange hält.
>schalte zwei gleiche Trafos ein- und ausgangsseitig in Reihe
Vorsicht bissige Parallel- und Reihenschaltung.
Reihenschaltung: Beide Trafos 1/2 Spannung entspricht 1/4 Leistung.
Ausgänge in Reihe geschaltet entspricht originaler Spannung???
Halber Leistung. Die Sättigungsproblematik dürfte damit allerdings
erledigt sein :-)
Parallelschaltung: Eingangsseitig kein großes Problem. Ausgangsseitig:
Sollten die Wicklungen Ein- und Ausgangsseitig, oder der Koppelfaktor
nur minimal differieren, so speist der Bessere zurück.
Heinz der Heizer lässt grüßen.
schneller brüter schrieb:> kleinsttrafos bis ca. 5w können kurzgeschlossen werden ohne abzubrennen.
Ja, weil die interne Temperatursicherung anspricht.
Sie brennen zwar nicht ab, sind dann aber Schrott.
Kurzgeschlossen werden dürfen nur Klingeltrafos, die haben ein sehr
weiche Kopplung. Allerdings auch eine hohe Leerlaufspannung, die über
200% liegen kann.
Peter
Du meinst Streufeldtrafos? Die gibts wohl nur noch in Klingeltrafos.
Früher waren die auch in Ladegeräten fürs Auto, hab aber schon lange
kein solches Gerät mehr am Markt gesehen. Kann man die noch kaufen? Die
jetzigen haben ne Thyristorsteuerung.
Kann man Streufeldtrafos mit hohem Wirkungsgrad herstellen? Könnte sein,
das geht nicht.
Hallo,
danke für die Antworten.
Die Info von Michael Bertrandt und Ulrich (Gast) haben genau das
beantwortet wonach ich gefragt hatte:-)
Die anderen Fakten (Consumertrafos) sind mir bekannt und dürften ja
jeden der sich auch nur etwas mit der Elektrotechnik in der Praxis
auseinander setzt bekannt sein - darum auch der mittlerweile große
Anteil von Schaltnetzteilen (neben Größe und Gewicht).
mfg
T.T.
