Der Leitungsdraht einer Primärspule eines Transformators wird ja an
beiden Stromzuleitungen (+/- im 50 Hz Wechsel) angeschlossen, womit
praktisch ein Kurzschluss gebildet wird.
Aber warum führt dieser Kurzschluss dann bei einem Transformator nicht
dazu, dass der Draht anfängt zu schmilzen oder die Sicherung rausfliegt?
Und wenn ich jetzt anstatt dünnem Leitungsdraht einen sehr dicken
Leitungsdraht verwende, der dicker ist, als der Leitungsdraht an den
Stromzuleitungen (z.B. der, der in der Wand verlegt ist und z.B. zur
Steckdose führt), warum schmilzt dann nicht der Leitungsdraht der
Stromzuleitung?
Und dann habe ich noch eine Frage.
Wie weiß man, wenn man mit dem Trafo die Spannung von 230 V auf 12 V auf
der Sekundärseite heruntertransformiert, dass der Trafo auf der
Sekundärseite z.B. 500 mA verträgt?
Wie wird diese Strombelastung festgelegt?
Was passiert, wenn ich einen Verbraucher der 1 A benötigt dort
anschließe, brennt der Trafo dann durch?
Frage zu Trafo Grundlagen schrieb:> Aber warum führt dieser Kurzschluss dann bei einem Transformator nicht> dazu, dass der Draht anfängt zu schmilzen oder die Sicherung rausfliegt?
Weil der Trafo einen Kern besitzt und damit die Primärwicklung eine
ausreichend Induktivität hat, so dass es nicht mal näherungsweise ein
Kurzschluss ist.
Moin,
der Leerlaufstrom eines Trafos ist sehr gering (idealerweise
verschwindend), weil die Primärinduktivität einen sehr hohen
Wechselstrom-Widerstand [1].
Erhöht man nun die Primärspannung über den Nennbetrieb hinaus, passieren
zwei Sachen:
* Der Primärstrom erhöht sich proportional nach dem ohmschen Gesetzt
* bei Trafos mit Kern (Eisen, Ferrit) kommt es zur Sättigung [2],
wodurch die wirksame Induktivität deutlich kleiner wird und der Strom
übermäßig ansteigt (nichtlineares Verhalten).
Insbesondere die Sättigung durch Überspannung sorgt dafür, dass der
Primärstrom sehr stark zunimmt und die Primärwindung durchbrennen kann.
Sekundärseitig wird die Wicklung so bemessen, dass die ohmschen
Verluste, also die Erwärmung bei Nennstrom in vertretbarem Maße ist. Ist
dein Trafo für 0,5 A ausgelegt, und du entnimmst 1 A, dann sind die
Verluste bereits bis zu viermal (4) so groß (wenn man annimmt, dass der
Trafo entsprechend "hart" ist und die Sekundärspannung nicht nennenswert
zusammenbricht) und die Erwärmung der Sekundärwicklung kann sie in
kurzer Zeit zerstören.
Erschöpfende Infos finden sich auch in [3].
[1]
https://de.wikipedia.org/wiki/Blindwiderstand#Induktiver_und_kapazitiver_Blindwiderstand
[2]
https://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ttigungsmagnetisierung#S.C3.A4ttigung
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Transformator
@ Frage zu Trafo Grundlagen (Gast)
>Der Leitungsdraht einer Primärspule eines Transformators wird ja an>beiden Stromzuleitungen (+/- im 50 Hz Wechsel) angeschlossen, womit>praktisch ein Kurzschluss gebildet wird.
FALSCH! Der GLEICHSTROMwiderstand ist gering, der WECHSELSTROMwiderstand
aber recht hoch, eben weil viele Windungen um einen Eisenkern gelegt
sind.
>Aber warum führt dieser Kurzschluss dann bei einem Transformator nicht>dazu, dass der Draht anfängt zu schmilzen oder die Sicherung rausfliegt?
schmelzen
>Und wenn ich jetzt anstatt dünnem Leitungsdraht einen sehr dicken>Leitungsdraht verwende, der dicker ist, als der Leitungsdraht an den>Stromzuleitungen (z.B. der, der in der Wand verlegt ist und z.B. zur>Steckdose führt), warum schmilzt dann nicht der Leitungsdraht der>Stromzuleitung?
Warum sollte er? Der Stromfluß ist nicht in erster Linie vom
Drahtdurchmesser abhängig sondern vom WECHSELSTROMwiderstand.
>Wie weiß man, wenn man mit dem Trafo die Spannung von 230 V auf 12 V auf>der Sekundärseite heruntertransformiert, dass der Trafo auf der>Sekundärseite z.B. 500 mA verträgt?>Wie wird diese Strombelastung festgelegt?
Duch die Dimensionierung der Drahtstärke. Das macht der Entwickler des
Trafos.
>Was passiert, wenn ich einen Verbraucher der 1 A benötigt dort>anschließe, brennt der Trafo dann durch?
Vorerst nicht, aber er wird irgendwann warm und ggf zu warm, sodass er
durchbrennt.
Frage zu Trafo Grundlagen schrieb:> Aber warum führt dieser Kurzschluss dann bei einem Transformator nicht> dazu, dass der Draht anfängt zu schmilzen oder die Sicherung rausfliegt?
Wenn du den Trafo an Gleichspannung anschliessen würde, passiert genau
das.
Aber er ist ja für 50Hz ausgelegt.
Warum hat er primär nicht nur 1 Windung sondern 100 bis 1000? Weil er so
zu einer Spule mit einer Induktivität wird, und durch eine Spule fliesst
Wechselstrom nicht so gut weil sich die Induktivität so wie ein
Widerstand dem Stromfluss entgegenstellt, sondern nur ein kleiner
Leerlaufstrom.
Frage zu Trafo Grundlagen schrieb:> Wie weiß man, wenn man mit dem Trafo die Spannung von 230 V auf 12 V auf> der Sekundärseite heruntertransformiert, dass der Trafo auf der> Sekundärseite z.B. 500 mA verträgt?
Man probiert es aus: Immer weiter belasten bis er so warm wird, dass man
ihm nicht mehr zumuten will (so 115 GradC im Inneren). Das, was er
schafft, schreibt man als maximale Belastung drauf. Natürlich können
Trafohetsteller das auch vorher ausrechnen und wussen dann, welchen Kern
und welchen Draht man für die Stromstärke braucht.
>> Wie weiß man, dass der Trafo auf der>> Sekundärseite z.B. 500 mA verträgt?>Man probiert es aus:
Genauer gesagt, unsere Vorgänger haben es ausprobiert und ein
mathematisches Modell zusammengestellt. Damit können wir es heutzutage
berechnen.
Das einzige Problem dabei - man braucht Jahre, bis man diese
mathematischen Modelle versteht.
@ Noch einer (Gast)
>Das einzige Problem dabei - man braucht Jahre, bis man diese>mathematischen Modelle versteht.
Kaum. Die meisten Trafo werden nach Erfahrung und daraus abgeleiteten
Tabellen gebaut. Das ist kein Hexenwerk. Eine FEM-Simulation wir da in
den allerwenigsten Fällen gemacht.
Frage zu Trafo Grundlagen schrieb:> Wie weiß man, wenn man mit dem Trafo die Spannung von 230 V auf 12 V auf> der Sekundärseite heruntertransformiert, dass der Trafo auf der> Sekundärseite z.B. 500 mA verträgt?
Theoretisch kann der Trafo beliebig grosse Leistungen übertragen.
Der zulässige Strom wird allein durch die Verlustleistung und die
dadurch bedingte Erwärmumg des Trafos begrenzt.
Für verschiedene Trafotypen und Kernbleche gibt es Tabellen, die
angeben, wieviele Windungen pro Volt bei 50 Hz notwendig sind.
Der nötige Drahtdurchmesser ergibt sich aus der maximal für die
Kerngröße zulässigen Stromdichte und aus dieser läßt sich der
Drahtquerschnitt und daraus der Drehtdurchmesser ermitteln. Kleinere
Trafos vertagen höhere Stromdichten, weil das Verhältnis Oberfläche zu
Volumen größer ist.
Wenn die für die Wicklungen gewünschten Stromdichten zu hoch werden,
bzw. der notendige Querschnitt auf dem Wickelkörper nicht auseicht, muß
man auf die nächsthöhere Kernkröße ausweichen und das Ganze nochmal
durchrechnen.
Das Ganze ist mit diesen Tabellen kein Hexenwerk. Das habe ich bereits
als Lehrling kapiert und mir einen benötigten Trafo für die Ansteuerung
von Nixiröhren selber berechnet. Der Meister in der Trafowickelei hat
alles nochmal mit seinen Unterlagen überprüft, fand nichts dran
auszusetzen :-)
> Das ist kein Hexenwerk.
Für einen Ingenieur nicht. Ein Schornsteinfeger dagegen kann mit diesen
Tabellen genau so viel anfangen wie mit dem Codex Rohonczi.
>Der Leitungsdraht einer Primärspule eines Transformators wird ja an>beiden Stromzuleitungen (+/- im 50 Hz Wechsel) angeschlossen, womit>praktisch ein Kurzschluss gebildet wird.
Naja, Kurzschluß nun nicht gerade. Kleinere Trafos können bei der
Primärwicklung einen DC-Widerstand von mehreren 100R haben. Der Draht
ist teilweise äußerst dünn und läßt sich nur schwer wickeln. Einerseits
soll die Primärspule straff aufgewickelt werden, andereseits hält der
Draht keine hohe Zugkraft aus. Deswegen ist ein Abriß des Primärdrahts
auch ein typischer Ausfall bei der Herstellung.
Noch einer schrieb:> Das einzige Problem dabei - man braucht Jahre, bis man diese> mathematischen Modelle versteht.
Völlig richtig - von der Geburt an gerechnet ??grmblfjxglgl??
"Erhöht man nun die Primärspannung über den Nennbetrieb hinaus,
passieren
zwei Sachen:"
Man sollte nicht unerwähnt lassen dass ein Betrieb bei Nennspannung aber
unterhalb der Nennfrequenz ähnliche Folgen haben kann (schon Leuten
passiert die für 60Hz ausgelegte nordamerikanische Trafos irrtümlich
hier an 110V/50Hz angeschlossen haben).
Frage zu Trafo Grundlagen schrieb:> Gilt das auch dann, wenn man um den Kern nur eine einzige Windung macht> oder ist das von der Anzahl der Windungen auf der Primärseite abhängig?
Solche Grundlagen stehen schon bei Wikipedia unter Induktivität.
https://de.wikipedia.org/wiki/Induktivit%C3%A4t#Bestimmung_der_Induktivit.C3.A4t_mittels_AL-Wert
Wenn du dir dort anguckst, wie sich die Induktivität L berechnen läßt,
hast du eine deutliche Abhängigkeit von der Windungszahl N, nämlich
quadratisch. Eine Verdoppelung der Windungszahl führt also zu einer
Vervierfachung der Induktivität.
