Hallo,
hoffe meine Frage ist nicht all zu doof aber wenn ein Transformator auf
eine bestimmte maximale magnetische Flussdichte ausgelegt ist, bezieht
sich das dann nur auf Volllast oder herrscht die Flussdichte auch schon
im Leerlauf vor und wird dann nur je nach Belastung wieder "abgerufen" ?
In der Transformatorgleichung kommt die Belastung ja gar nicht vor aber
irgendwie muss die Flussdichte ja mit der Belastung zusammenhängen sonst
könnte man den Kern ja beliebig belasten ohne dass er in die Sättigung
kommt.
Danke schonmal
MfG
Philipp schrieb:> wenn ein Transformator auf> eine bestimmte maximale magnetische Flussdichte ausgelegt ist, bezieht> sich das dann nur auf Volllast oder herrscht die Flussdichte auch schon> im Leerlauf vor
Ja.
> In der Transformatorgleichung kommt die Belastung ja gar nicht vor aber> irgendwie muss die Flussdichte ja mit der Belastung zusammenhängen sonst> könnte man den Kern ja beliebig belasten ohne dass er in die Sättigung> kommt.
Genau so ist das auch. Die Flussdichte sinkt bei Belastung sogar etwas
ab.
ArnoR schrieb:>> wenn ein Transformator auf>> eine bestimmte maximale magnetische Flussdichte ausgelegt ist, bezieht>> sich das dann nur auf Volllast oder herrscht die Flussdichte auch schon>> im Leerlauf vor>> Ja.
Eine Frage mit "oder" einfach mit "Ja" zu beantworten ergibt keinen
Sinn.
philosoph schrieb:> ArnoR schrieb:>>> wenn ein Transformator auf>>> eine bestimmte maximale magnetische Flussdichte ausgelegt ist, bezieht>>> sich das dann nur auf Volllast oder herrscht die Flussdichte auch schon>>> im Leerlauf vor>>>> Ja.>> Eine Frage mit "oder" einfach mit "Ja" zu beantworten ergibt keinen> Sinn.
Das etwas "einen Sinn ergibt" ist sinnlos, wenn wir schon beim
philosophieren sind.
philosoph schrieb:> Eine Frage mit "oder" einfach mit "Ja" zu beantworten ergibt keinen> Sinn.
Bei Frauen sind Fragen mit "oder" aber Standard und scheinbar sehen die
darin auch einen Sinn.
Nur: die Antwort "Ja" irritiert sie und führt oft zum Familienstreit.
Die Flussdichte hat wenig mit der Belastung eines Trafo zu tun.
Sie ergibt sich aus Frequenz, Spannung je Windung, Kerndaten usw.(siehe
Trafogleichung).
Im Betrieb besteht Gleichgewicht zwischen der angelegten Spannung und
der durch die Flussänderung erzeugten Spannung in der Trafowicklung.
Ohne die Streuung und den Wicklungswiderstand des Trafo wäre der
Magnetisierungssstrom unabhängig von der Last.
Die Erwärmung des Trafo geschieht im Leerlauf durch Wicklungswiderstand
und Magnetisierungsverluste, der Trafo ist immer so ausgelegt, dass er
diese Verluste verträgt. Was zusätzlich kommt, sind die Verluste durch
den Laststrom. Die sind dann für die Belastungsgrenze verantwortlich,
natürlich zusammen mit den lastunabhängigen Anteilen.
Was den Streufluss angeht: Der wird bei Last größer, da daran auch der
Laststrom beteiligt ist. Aber bei Trafos über etwa 50W ist der weniger
als 10% des Gesamtflusses, außer bei speziell aufgebauten
Streufeldtrafos, wie z.B. für Mikrowellen oder Schweißgeräte.
Ok vielen Dank das hilft mir verständishalber schonmal sehr weiter.
Jetzt frage ich mich allerdings ob die maximale zu übertragende Leistung
wirklich nur vom Kupferwiderstand abhängt wie in dem von Falk Brunner
verlinkten Artikel beschrieben. Kann mir das gar nicht so recht
vorstellen.
Irgendwo hatte ich mal die Formel Qe=sqrt(14*N/((f/10)*(Bmax/10000)*S))
abgeschrieben. Mit Qe=Eisenquerschnitt, N=Leistung, S=Stromdichte,
f=Frequenz, Bmax=Flussdichte. Da kommt zwar scheinbar mit der
Stromdichte indirekt auch der Kupferwiderstand vor aber auch noch andere
Faktoren.
Philipp schrieb:> Irgendwo hatte ich mal die Formel Qe=sqrt(14*N/((f/10)*(Bmax/10000)*S))> abgeschrieben.
Es hat nicht viel Sinn, wenn du als Anfänger versuchst einen Trafo
"optimal" zu gestalten. Gewöhnlich fehlen dir für exakte Berechnungen
die Materialdaten, und du musst überdimensionieren.
Z.B. kennst du die genauen Daten des Eisenkerns nicht, oder du bekommst
nicht den berechneten Kupferdraht, sondern nur etwas dickeren, der dann
aber nicht mehr ins Wickelfenster passt.
Vielfach wird auch nicht berücksichtigt, dass die Netzspannung auch mal
Abweichungen von +/- 10% haben kann. Das kann besonders bei
Ringkerntrafos böse Folgen haben, weil da die magnetische Sättigung
ziemlich hart einsetzt.
Bei Trafos an Gleichrichterschaltungen wird meist nicht berücksichtigt,
dass dort der Wärme erzeugende Effektivstrom oft deutlich über dem
entnommenen Gleichstrom liegt.
Ausserdem gibt es unterschiedliche Optimierungsziele.
Einen Trafo, der sein Leben meist im Leerlauf verbringt, wie etwa einen
Klingeltrafo, wird man für geringe Leerlaufverluste berechnen, wobei bei
einem Industrieprodukt natürlich auch die Herstellungskosten maßgeblich
sind.
In Deutschlands unrühmlicher Vergangenheit hat man Trafos auf möglichst
geringen Kupferbedarf optimiert, weil man dieses für die Führungsringe
von Granaten brauchte.
Später verwendete man zur Miniaturisierung hochpermeable Eisensorten,
bei denen der Kern viel teurer war, als das darauf gewickelte Kupfer.
Die Trafos de du heute im Versandhandel bekommst, sind oft auf
niedrigsten Verkaufspreis gezüchtet, und werden schon im Leerlauf sehr
heiss. Das Geld, was du da beim Kauf gespart hast, bezahlst du später
für die Leerlaufverluste, besonders, wenn der Trafo im Standby läuft,
weil Gerätehersteller auch noch einen Netzschalter eingespart hat.
Wenn du also einen kühlen Trafo möchtest, dann dimensionier ihn ruhig
ein oder zwei Nummern höher und mit mehr Windungen, als du glaubst dass
es nötig sei.
Tut nix zur Sache, nur so nebenbei. Klingeltrafos "berechnet" man für
Kurzschlussfestigkeit.
Zur Ausgangsfrage, schau die Hysteresekurve des Eisen an.
B über H, es gilt B~U und H~i. Dann überleg mal was von was verursacht
wird und suche die Stelle wo das Eisen beginnt in die Sättigung zu
gehen.
Philipp schrieb:> bezieht sich das dann nur auf Volllast oder herrscht die> Flussdichte auch schon im Leerlauf
Die Flussdichte ergibt sich aus angelegter Spannung mal Zeit, also
Spannungsintegral über die Zeit, und ist im Leerlauf etwas grösser als
unter Belastung (Spannungsabfall am Drahtwiderstand).
Die Induktivität der Primärwicklung bestimmt den Leerlaufstrom, unter
Belastung kommt der rücktransformierte Laststrom hinzu.
Philipp schrieb:> Jetzt frage ich mich allerdings ob die maximale zu übertragende Leistung> wirklich nur vom Kupferwiderstand abhängt
Zwar nicht exakt, aber weitgehend. Schließlich ist die im Trafo
erreichte Temperatur die eigentliche Grenze für die Belastung.
Der eine Anteil der Verluste ist Lastunabhängig, nämlich der, um zur
Primärspannung ein passendes Magnetfeld zu erzeugen.
Der andre ist dann der duch die Belastung im Kupfer entstehende Verlust.
Je größer der Trafo, desto weniger spielt der Ruheverlust eine Rolle,
bei Einheiten über 10kW sinds dann nur wenige Prozent.
Also dann ist doch die mögliche Belastung unabhängig vom Kern.
Nur der muss nur deshalb immer größer werden, um den für die Belastung
zunehmenden Kupferquerschnitt unterzubringen.
Philipp schrieb:> Irgendwo hatte ich mal die Formel Qe=sqrt(14*N/((f/10)*(Bmax/10000)*S))> abgeschrieben.
Das ist ja nur eine Vereinfachung der Beziehung: Bei größerem Kern kann
dickeres Kupfer (mehr Ampere)untergebracht werden und dazu steigt damit
auch noch der Eisenquerschnitt, was weniger Windungen (mehr Volt je
Windung) bedeutet.
Aber das ist "hinten herum" gerechnet. Primär sind Windungszahl und
Querschnitt des Kupfers für die Leistung verantwortlich. Da aber mit
Vergrößerung dieser Werte auch der Eisennkern größer werden muss, kann
man eine solche Formel aufstellen.
> Je größer der Trafo, desto weniger spielt der Ruheverlust eine Rolle,> bei Einheiten über 10kW sinds dann nur wenige Prozent.
Kommt darauf an, wie man ihn baut.
Je nach (zu erwartender) mittlerer Scheinleistung, die er liefern soll,
legt man eigentlich "gleich grosse" Transformatoren unterschiedlich aus,
um den mittleren Wirkungsgrad zu optimieren.
Die gesamte Verlustleistung eines Transformators setzt sich zusammen aus
den
- Eisenverlusten, die bei fester Spannung konstant sind, und den
- Kupferverlusten, die quadratisch mit dem entnommenen Strom steigen.
Und genau diesen Punkt bzw. Strom, bei dem Fe-Verluste und Cu-Verluste
gleich sind, legt man unterschiedlich fest.
Das thermische Verhalten bestimmt die mögliche
(Kurzzeit-)Überlastbarkeit und wird natürlich auch beachtet.
Philipp schrieb:> Jetzt frage ich mich allerdings ob die maximale zu übertragende Leistung> wirklich nur vom Kupferwiderstand abhängt
Eigentlich ist die maximal übertragbare Leistung
nur dadurch begrenzt, das der Trafo über seine
Oberfläche seine Verlustleistung loswerden muss.
Das heisst z.B., das ein besonders temperaturfes-
ter Lack auf den Drähten eine höhere übertragbare
Leistung zulässt.
