Hallo zusammen,
habe folgende Problemstellung:
Man hat einen Netz-Trenntrafo (Eisenkern mit Primär und
Sekundärwicklungen), welcher auf der Primärseite Netzspannung hat und
auf die Sekundärseite auch dieselbe Spannung überträgt. Wenn man nun
diesen so einstellt, dass der die Beträge der Ströme der Sekundärseite =
Betrag des Stromes auf der Primärseite ist, so wird bekanntlich die
gesamte Leistung über das Magnetfeld und den Eisenkern übertragen.
Wenn nun die Ströme gleich sind, und nach Lenz'scher Regel das
Magnetfeld in der Sekundärspule sich entgegen dem Magnetfeld in der
Primärspule richtet, wie sieht dann das resultierende Magnetfeld aus?
Das Magnetfeld wird ja über Konstanten und den Strom bestimmt. Wenn nun
beide Ströme (betragsmäßig) gleich sind, dann müsste doch das
resultierende Magnetfeld = 0 sein? Zumindest beim idealen Trafo. Und
beim realen sollte es relativ klein sein.
1. Stimmt diese Überlegung?
2. Falls ja, weiso nimmt man bei Trenntrafos die eine relativ große
Leistung übertragen sollen, dennoch große Eisenkerne? Für den
eingeschwungenen Zustand, sollte dann doch ein kleiner Eisenkern reichen
(wenige Weissche Bezirke, aber auch relativ kleines Magnetfeld), oder?
---> meine mögliche Antwort auf 2. Frage: Bis der Trafo den
eingeschwungenen Zustand erreicht, gilt die Annahme, resultierendes
Magnetfeld ungefähr = 0 nicht. Für dieses Zeitintervall wird der dicke
Eisenkern benötigt, sodass der Eisenkern nicht in die Sättigung geht,
sehr hoher Strom gezogen wird, und evtl. der Trafo beschädigt wird. Bin
nicht sicher ob dass stimmt. Was meint ihr dazu?
Habe folgende Grunlagen durchgelesen, aber keine Antwort/Hinweise auf
die konkreten Fragen gefunden.
https://de.wikibooks.org/wiki/Physikalische_Grundlagen_von_Transformatorenhttp://elektroniktutor.oszkim.de/bauteilkunde/trafo.html
Danke schonmal im Voraus für Ideen/Anregungen!
Gruß
Student
Student schrieb:> 1. Stimmt diese Überlegung?
Nein.
von der Primärwickung wird zuerst ein Magnetfeld im Trafo aufgebaut, das
zur angelegten Netzspannung passt. Das kostet erst einmal Blindleistung
dann Wärme, die durch den Blindstrom in der Wicklung erzeugt wird und
dann noch Magnetisierungsverluste im Kern.
Wenn ein Strom sekundär entnommen wird, würde das eigentlich eine
Schwächung des Magnetfeldes bewirken. Allerdings gleicht die
Primärwicklung dies sofort aus, damit die Stärke des Magnetfeldes auch
der Netzspannung entspricht.
Das Magnetfeld im Trafo bleibt, ob mit oder ohne Last im Wesentlichen
unveränderlich, denn es ist nicht durch den Laststrom sondern durch die
Netzspannung bestimmt. Der Magnetisierungsstrom, der dazugehört, bleibt
auch konstant.
Dass, das was rauskommt gleich groß ist wie das, das reinkommt bezieht
sich nur auf den Belastungsanteil. Der Magnetisierungsstrom und sein
Feld laufen parallel dazu.
indirekt ist damit auch 2. beantwortet. Das Feld ist für den Trafo
eigentlich nur notwendig, dass er für das Netz kein Kurzschluss ist.
Aber Je mehr Kern vorhanden ist desto weniger Windungen für primär und
sekundär sind notwendig (Windungen /V)und desto mehr Platz ist da für
dicken Draht, also großen Strom. Beides macht größere Leistung erst
möglich.
Kleine Abweichungen von dieser Beschreibung bewirkt das Streufeld des
Trafo
Peter R. schrieb:> Wenn ein Strom sekundär entnommen wird, würde das eigentlich eine> Schwächung des Magnetfeldes bewirken. Allerdings gleicht die> Primärwicklung dies sofort aus, damit die Stärke des Magnetfeldes auch> der Netzspannung entspricht.> Das Magnetfeld im Trafo bleibt, ob mit oder ohne Last im Wesentlichen> unveränderlich, denn es ist nicht durch den Laststrom sondern durch die> Netzspannung bestimmt. Der Magnetisierungsstrom, der dazugehört, bleibt> auch konstant.
M.E. müsste das Magnetfeld unter Last sogar am schwächsten sein: Durch
den transformierten Laststrom wird die Spannung im Primärkreis ja
geringfügig sinken* => kleinere Spannungszeitfläche => kleinerer
magnetischer Fluss (= schwächeres Feld)
* je nach Anzahl der hintereinander geschalteten Verlängerungskabel :-)
Student schrieb:> Wenn man nun> diesen so einstellt, dass der die Beträge der Ströme der Sekundärseite => Betrag des Stromes auf der Primärseite ist, so wird bekanntlich die> gesamte Leistung über das Magnetfeld und den Eisenkern übertragen.
Dieser ideale Zustand wird nie eintreten, solange Dein Trafo Verluste
hat wie oben bereits beschrieben. Lies auch praktische Tipps
http://www.jogis-roehrenbude.de/Transformator.htm
Peter R. schrieb:> Wenn ein Strom sekundär entnommen wird, würde das eigentlich eine> Schwächung des Magnetfeldes bewirken. Allerdings gleicht die> Primärwicklung dies sofort aus, damit die Stärke des Magnetfeldes auch> der Netzspannung entspricht.
Danke an Alle für die schnellen Antworten!
Also wenn auf der Sekundärseite "zu Beginn des Vorgangs" ein Strom
entnommen wird, dann wird auf der Sekundärseite ein Magnetfeld erzeugt,
welches entgegen des Magnetfeldes der Primärspule wirkt.
Um das geschwächte Magnetfeld wieder herzustellen (Netzspannung als
Spannungsquelle angesehen, welche 230V Effektivwert hält) wird in der
Primärspule mehr Strom entnommen.
Jetzt kommt der Teil wo ich nicht sicher bin:
Bis im eingeschwungenen Zustand die Beträge der Ströme in Primär und
Sekundärwicklung gleich sind --> in dem Fall wären die Ströme in Primär
und Sekundärspule gleich --> Magnetfelder gleich --> result. Magn. Feld
= 0
Wenn ich deine Erklärung richtig verstanden habe, dann würde das anders
ablaufen, nämlich in der Primärwicklung soviel Strom entnommen, sodass
das ursprüngliche Feld (wie wenn es keine Sekundärspule gäbe)
hergestellt ist
--> Das heißt der Primärstrom wäre auf jeden Fall größer als der
Sekundärstrom --> Magnetfeld Primär größer als Sekundär, im
eingeschwungenen Zustand ?
Peter R. schrieb:> Das Magnetfeld im Trafo bleibt, ob mit oder ohne Last im Wesentlichen> unveränderlich, denn es ist nicht durch den Laststrom sondern durch die> Netzspannung bestimmt. Der Magnetisierungsstrom, der dazugehört, bleibt> auch konstant.
Kann das wirklich sein? Soweit ich das verstanden habe ist die
Konsequenz: Trafo unbelastet --> Netzspannung an Primärseite --> laut
deiner Aussage, Strom betragsmäßig gleich dem Belastungsfall -->
Leistung = Strom * Spannung --> Leistungsentnahme im Leerlauf =
Leistungsentnahme im Belastungsfall ? --> Primärstrom sollte doch im
Leerlauffall geringer sein, oder? --> siehe auch
https://de.wikibooks.org/wiki/Physikalische_Grundlagen_von_Transformatoren#Betrieb_mit_einer_SinusspannungPeter R. schrieb:> Dass, das was rauskommt gleich groß ist wie das, das reinkommt bezieht> sich nur auf den Belastungsanteil. Der Magnetisierungsstrom und sein> Feld laufen parallel dazu.
Das habe ich nicht ganz verstanden?
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@ Achim S.: Habe den Beitrag gelesen, konnte aber keinen Hinweis/Lösung
finden.
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@oszi40: Das stimmt natürlich! Diese Verluste sollten relativ zum
Gesamtstrom klein sein --> Primär Magnetfeld geringfügig größer als
Sekundär Magnetfeld --> Resultierendes Magnetfeld sollte dann gering
sein --> für diesen Fall, obwohl große Leistung entnommen, kleinerer
Ringkern verwenden, da resultierendes Magnetfeld klein.
Ich sehe ein, dass in diesem Gegankengang irgendwo der Wurm drin ist.
Nur wo?
Marian B. schrieb:> M.E. müsste das Magnetfeld unter Last sogar am schwächsten sein: Durch> den transformierten Laststrom wird die Spannung im Primärkreis ja> geringfügig sinken* => kleinere Spannungszeitfläche => kleinerer> magnetischer Fluss (= schwächeres Feld)
Die Spannung, sobald aus dem Netz entnommen sollte doch eigentlich
relativ stabil bei 230V Effektivwert liegen? Was sich M.E. im Lastfall
ändert ist der Primärstrom, er wird größer als im Leerlauffall.
Das liegt an folgendem: Das Magnetfeld aus der Sekundärspule schwächt
das Magnetfeld in der Primärspule --> die Selbstinduzierte Spannung in
der Primärspule wird geringer --> Die Spannung welche für den
Primärstrom verantwortlich ist, nämlich
wird dadurch größer --> Der Primärstrom wird größer --> usw. --> das
ganze endet M.E. dann wenn auf der Sekundärseite die Stromaufnahme durch
den z.B. Lastwiderstand R begrenzt wird --> dann wird auch der
Primärstrom aufhören anzusteigen
Student schrieb:> @ Achim S.: Habe den Beitrag gelesen, konnte aber keinen Hinweis/Lösung> finden.
deine Frage war, wie die Größe des Eisenkerns mit der
Leistungsübetragung zusammenhängt. Im Abschnitt "Leistung" ist das
meiner Meinung nach beschrieben. Ich versuchs mal zusammenzufassen:
- der magnetische Fluss hängt (wie Peter erklärt hat) bei normaler
Dimensionierung des Trafos nur schwach von der sekundären Belastung ab.
- die erlaubte Flussdichte ist durch die Sättigung des Kernmaterials
begrenzt
- ist der Kernquerschnitt doppelt so groß, dann brauchst du nur halb so
viele Windungen der Primärspule um unterhalb der Sättigung zu bleiben.
- bei halb so vielen Windungen kannst du dir im selben, begrenzten
Wickelraum dickeren Draht erlauben.
- durch den dickeren Draht hast du weniger ohmsche Verluste, die dir den
Trafo aufheizen.
Das ist letzlich die Kausalkette, wieso du für eine bestimmte
Übertragungsleistung einen bestimmten Kernquerschnitt brauchst (sofern
du nicht zu höheren Frequenzen gehst).
Student schrieb:> Primärstrom sollte doch im> Leerlauffall geringer sein, oder? --> siehe auch
Der gesamte Primärstrom ja. Aber der Magentisierungsstrom auf der
Primärseite (d.h. der Anteil vom Strom, der um 90° phasenverschoben zur
Spannung ist) hängt nur schwach von der Belastung auf der Sekundärseite
ab, und er hat tatsächlich im Leerlauf sein Maximum (das Magnetfeld ist
im Leerlauf am größten), weil weniger Spannung am ohmschen
Spulenwiderstand abfällt (wie von Marian beschrieben).
Vielen Dank für den einleuchtenden Post! Jetzt sind (fast) alle
Puzzleteile zusammen :-)
Achim S. schrieb:> - der magnetische Fluss hängt (wie Peter erklärt hat) bei normaler> Dimensionierung des Trafos nur schwach von der sekundären Belastung ab.
Jetzt verstehe ich auch was Peter mit dem 3. Absatz meinte. Der
Belastungsanteil und der Magnetisierungsanteil sind getrennt voneinander
zu betrachten! Jetzt verstehe ich die anderen Aussagen auch besser.
Unter obiger Annahme ist die Kausalkette einleuchtend!
Wieso braucht man für größere Leistungen größere Kerne --> Verstanden
:-)
Einige Fehler in meiner Überlegung:
Das resultierende Magnetfeld kann nicht 0 sein! Falls das der Fall wäre
dann würde ja in die Sekundärspule keine Leistung mehr übertragen werden
--> Sekundärmagnetfeld würde zusammenbrechen --> Resultierendes
Magnetfeld wäre durch das Primärmagnetfeld dominiert --> das Gesamt
Magnetfeld wird nicht 0.
--> Das Gesamt Magnetfeld wird nicht 0.
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Eine letzte Frage habe ich noch:
Achim S. schrieb:> Der gesamte Primärstrom ja. Aber der Magentisierungsstrom auf der> Primärseite (d.h. der Anteil vom Strom, der um 90° phasenverschoben zur> Spannung ist) hängt nur schwach von der Belastung auf der Sekundärseite> ab, und er hat tatsächlich im Leerlauf sein Maximum (das Magnetfeld ist> im Leerlauf am größten), weil weniger Spannung am ohmschen> Spulenwiderstand abfällt (wie von Marian beschrieben).
D.h. Trafo im Leerlauf: Magnetisierungsstrom stellt sich ein --> Trafo
zieht "relativ" geringen Strom; Magnetisierungsstrom ist 90°
phasenverschoben zur angelegten (Netz-) Spannung.
Jetzt wird die Sekundärspule voll belastet. Was geschieht nun?
Jetzt kommt der "Belastungsanteil" hinzu. Der Belastungsstrom in der
Primärwicklung ist nicht 90° phasenverschoben zur angelegten Spannung.
Der Belastungsstrom erzeugt ein "Belastungs-Magnetfeld", unabhängig von
dem vom Magnetisierungsstrom hervorgerufenen
"Magnetisierungs-Magnetfeld". Nur dieses Belastungsmagnetfeld ist für
den Leistungs-/Energietransport verantwortlich. Bei Trenntrafos mit
relativ hoher Leistung ist dieses Magnetfeld größer als das
"Magnetisierungs-Magnetfeld", weil es ja die hohe Leistung
transportiert.
"Der Magnetisierungsstrom ist 90 Grad phasenverschoben zum
transformierten Laststrom" (aus dem Link von oben, bei Leistung)
Habe ich das richtig verstanden?
Wieso ist der Magnetisierungsstrom 90 Grad phasenverschoben zum
transformierten Laststrom ?
Student schrieb:> Der Belastungsstrom erzeugt ein "Belastungs-Magnetfeld", unabhängig von> dem vom Magnetisierungsstrom hervorgerufenen
Nein: das mehr an Primärstrom (mit 0° Phasenverschiebung) wird
vollständig durch den Sekundärstrom ausgeglichen (der ja den
zusätzlichen Primärstrom bewirkt).
Die einzige Wirkung des "Belastungsstroms" auf das Magnetfeld ist, dass
Spannung am ohmschen Widerstand (Spule, Zuleitungen) abfällt. Wenn du
dir die Primärspule als Serienschaltung von ohmschen Widerstand und
Induktivität vorstellst, dann bleibt aufgrund des ohmschen
Spannungsabfalls (etwas) weniger Spannung für die Induktivität übrig -
und deshalb sinkt der Magnetisierungsstrom bei Belastung.
Student schrieb:> Wieso ist der Magnetisierungsstrom 90 Grad phasenverschoben zum> transformierten Laststrom ?
weil das eine eine Induktivität treibt, das andere die transformierte
Last von der Sekundärseite. Ich kann mir das im T-Ersatzschaltbild des
Trafos gut klarmachen.
Student schrieb:> Wieso braucht man für größere Leistungen größere Kerne --> Verstanden> :-)
Die übertragbare Leistung eines Trafos ist nicht vom Kernquerschnitt
abhängig, sondern allein von der Möglichkeit des Trafos, seine
Verlustleistung loszuwerden. Wobei die meiste Verlustleistung durch
den ohmschen Widerstand der Wicklung entsteht.
Harald W. schrieb:> ie übertragbare Leistung eines Trafos ist nicht vom Kernquerschnitt> abhängig, sondern allein von der Möglichkeit des Trafos, seine> Verlustleistung loszuwerden. Wobei die meiste Verlustleistung durch> den ohmschen Widerstand der Wicklung entsteht.
Aber durch einen größeren Kern kann die Wicklung so ausgeführt werden,
dass weniger Verlustleistung am ohmschen Wicklungswiderstand entsteht
und dass die Verlustleistung besser abgeführt werden kann. Das ist der
(indirekte) Zusammenhang zwischen Kernquerschnitt und übertragbarer
Leistung.
Achim S. schrieb:> Harald W. schrieb:>> ie übertragbare Leistung eines Trafos ist nicht vom Kernquerschnitt>> abhängig, sondern allein von der Möglichkeit des Trafos, seine>> Verlustleistung loszuwerden. Wobei die meiste Verlustleistung durch>> den ohmschen Widerstand der Wicklung entsteht.>> Aber durch einen größeren Kern kann die Wicklung so ausgeführt werden,> dass weniger Verlustleistung am ohmschen Wicklungswiderstand entsteht> und dass die Verlustleistung besser abgeführt werden kann. Das ist der> (indirekte) Zusammenhang zwischen Kernquerschnitt und übertragbarer> Leistung.
Das kann aber auch durch eine andere Bauform erreicht werden
siehe Unterschied Ringkerntrafo/Standard-(Viereck)Trafo.
Super, jetzt habe ich es verstanden :-)
Vielen Dank an alle für die interessanten Erklärungen und Erläuterungen.
Und natürlich besonders an Achim S. für die ausführliche Beantwortung!
Viele Grüße
Student
Student schrieb:> Wieso ist der Magnetisierungsstrom 90 Grad phasenverschoben zum> transformierten Laststrom ?
ist er nicht unbedingt. Der Magnetisierungsstrom ist zur Spannung 90°
phasenverschoben. Die Phasenlage des Laststroms hängt von der Art der
Last ab.
Unter Last wird das Magnetfeld nach außen gedrückt. Man kann das sehr
schön mit einem Schraubendreher feststellen, den man neben den Kern
hält. Er vibriert ja nach Laststrom.
