Hallo zusammen,
ich habe mal eine Frage zum Thema Stromwanlder bzw. Trafo.
Generell erzeugt ein Strom durch einen Leiter ein Magnetfeld bzw. die
µFach höhere Flussdichte in Kernmaterialien. Bei einer Spule ist die
erzeugte Flussdichte proportional zum Strom sowie zur Windungsanzahl.
Nach dem Induktionsgesetz ist die Ausgangsspannung an einer zweiten
Wicklung z.B. auf dem selben Kern Proportional zur Windungszahl und zur
zeitlichen Ableitung der FLussdichte dB/dt.
Soweit so gut.
Jetzt gibt es ja aber auch Stromwandler, die ja im Prinzip nichts
anderes sind als genau oben beschriebener Aufbau. Hier wird allerdings
damit geworben, dass der Ausgangsstrom größtenteils unabhängig von der
angeschlossenen Last ist. Das steht doch jetzt im Widerspruch zum
Induktionsgesetz mit dB/dt
Müsste so ein Stromwandler nicht eine Stromproportionale
AusgangsSPANNUNG haben?
Ich kriege gerade gedanklich das alles nicht zusammen. Vielleicht kann
mir ja jemand den entscheidenden Hinweis geben.
BlueAudio schrieb:> Jetzt gibt es ja aber auch Stromwandler, die ja im Prinzip nichts> anderes sind als genau oben beschriebener Aufbau. Hier wird allerdings> damit geworben, dass der Ausgangsstrom größtenteils unabhängig von der> angeschlossenen Last ist. Das steht doch jetzt im Widerspruch zum> Induktionsgesetz mit dB/dt
Kannst du mal eine solche Werbung verlinken?
Wenn du mit "Last" den Bürdenwiderstand auf der Sekundärseite meinst:
für den ist üblicherweise ein bestimmter Maximalwert vorgegeben.
Oberhalb dieses Werts wird der Stromwandler ungenau (und wenn man es ins
Extrem treibt kann er auch kaputt gehen).
Unterhalb des erlaubten Maximalwerts kannst du unterschiedliche Werte
des Widerstands einsetzen und bekommst dabei jeweils den gleichen Strom
auf der Sekundärseite (aber unterschiedliche Spannungen).
Dementsprechend variiert dabei auch der Spannungsabfall auf der
Primärseite (was ok ist, da auf der Primärseite der Strom vorgegeben
ist, nicht der induktive Spannungsabfall am Stromwandler).
BlueAudio schrieb:> Müsste so ein Stromwandler nicht eine Stromproportionale> AusgangsSPANNUNG haben?
Nein, Eingangsspannung und Ausgangsspannung stehen in einem gewissen
Verhältnis (und über die Variation des Widerstands änderst du die
Ausgangsspannung und wirkst auf den induktiven Spannungsabfall am
Eingang zurück). Aber solange alles im erlaubten Bereich läuft
interessieren beim Stromwandler die Ströme auf Eingangs- und
Ausgangsseite, nicht die Spannungen.
Achim S. schrieb:> Kannst du mal eine solche Werbung verlinken?
Ich hab jetzt kein Datenblatt parat, aber bei LEM und vielen anderen
wird in der Regel ein Maxmimal und Minimalwert für die Bürde angegeben.
Wird innerhalb dieser Grenzen belastet, gilt laut deren Aussage dass der
Strom in der Sekundärwicklung nur von Iprimär abhängt. Bei größerer
Bürde wird sekundär also auch mehr Leistung entnommen wegen P = I^2*R
Ich bekomme das ganze jetzt noch nicht mit dem Induktionsgesetz
zusammen.
Das sagt mir ja dass die Ausgangsspannung sowohl vom Primärstrom abhängt
mit U ~ dB/dt was ja widerrum eine Funktion der Frequenz (dt-Anteil) als
auch der Stromstärke ist. Weder die Frequenz noch die Stromstärke primär
hängen aber von der Bürde ab. Danach würde ich ja die bereits genannte
Stromproportionale Ausgangsspannung haben.
Wo ist an der Stelle mein Denkfehler? Wieso können diese Stromwandler
einen Frequenz- und Bürdeabhängigen Ausgangsstrom haben?
Ich vermute mein Verständnisproblem liegt irgendwo bei der Belasteten
vs. unbelasteten Sekundärwicklung.
BlueAudio schrieb:> Ich vermute mein Verständnisproblem liegt irgendwo bei der Belasteten> vs. unbelasteten Sekundärwicklung.
Im erlaubten bürdenbereich arbeitet er quasi im kurzschlussbetrieb.
Geworben, das passt dazu. Auffallen wollen um jeden Preis mit
unvollstaendigen Aussagen.
Vielleicht mal ein Fachbuch in die Hand nehmen, wie zum Beispiel
Elektrotechnik Tabellen, Westermann oder Europa Verlag.
Der Stromwandler soll nur sehr geringen induktiven Stromanteil
verursachen im Lastkreis, soll das heissen.
Teo D. schrieb:> Im erlaubten bürdenbereich arbeitet er quasi im kurzschlussbetrieb.
Hast du noch einen Tipp warum für die Betrachtung im Kurzschlussbetrieb
und mit Strömen auf einmal keine Frequenzabhängigkeit mehr besteht?
Also warum die Ausgangsspannung sehr wohl frequenzabhängig ist, die
Ausgangsströme aber nicht?
Oh Gott, nein. :)
Das ist >40J her. Da müsste ich erst noch ein paaaar Stunden
investieren, um das beantworten zu können.
Wollt dir nur einen andere Sichtweise offenbaren.....
@ BlueAudio (Gast)
>µFach höhere Flussdichte in Kernmaterialien. Bei einer Spule ist die>erzeugte Flussdichte proportional zum Strom sowie zur Windungsanzahl.
Naja, jain. Man kann und sollte in bestrimmen Situationen die
Primärwicklung besser über die Spannungs-zeit-Fläche betrachten, denn
DIE ist es, welche den Stromfluß verursacht.
>Nach dem Induktionsgesetz ist die Ausgangsspannung an einer zweiten>Wicklung z.B. auf dem selben Kern Proportional zur Windungszahl und zur>zeitlichen Ableitung der FLussdichte dB/dt.
Ja. Normaler Trafo halt.
>Jetzt gibt es ja aber auch Stromwandler, die ja im Prinzip nichts>anderes sind als genau oben beschriebener Aufbau.
Ja, siehe Stromwandler.
>Hier wird allerdings>damit geworben, dass der Ausgangsstrom größtenteils unabhängig von der>angeschlossenen Last ist. Das steht doch jetzt im Widerspruch zum>Induktionsgesetz mit dB/dt
Nö. Der Trafo an sich arbeitet fast genau so wie ein normaler Trafo,
allerdings irritiert die meisten Leute das eher hohe Windungsverhältnis
und die Primärwindungszahl 1 ;-)
>Müsste so ein Stromwandler nicht eine Stromproportionale>AusgangsSPANNUNG haben?
Hat er ja, mit einer möglichst niederohmigen Bürde.
>Ich kriege gerade gedanklich das alles nicht zusammen. Vielleicht kann>mir ja jemand den entscheidenden Hinweis geben.
Ist eigentlich nicht so schwer.
Ein Stromwandler ist mehr oder minder nur ein Shunt, der mittles Trafo
sowohl galvanisch getrennt als auch maximal "verkleinert" wird.
Beispiel.
Ein Stromwandler mit Ü=1000:1 transformiert Widerstände mit Rp = Ü^2 *
Rs, sprich 1 Million:1, d.h. 100 Ohm Sekundärbürde werden zu 100
Mikroohm = 0,1 Milliohm primärseitig. Jetzt hängt man den Stromwandler
in einen Lastkreis mit z.B. 230V. Selbst wenn dort 10A durch die Last
fließen, ändert das am primärseitg transformierten Spannungsabfall kaum
was, denn 0,1 Milliohm x 10A = 1mV. D.h. die Primärspannung am
Stromwandler ist 1mV, das x1000 auf 1V sekundärseitig hochtransformiert
wird, der Strom logischerweise 1000:1 auf 10mA runter.
Wenn aber nur 1mV primärseitig am Stromwandler abfallen, bleibt der
"Rest" für die Last im 230V Stromkreis. Diese wirkt als "Vorwiderstand"
für den Stromwandler. Und da der Spannungsabfall um mehrere
Größenordnungen über dem Spannungsabfall des Stromwandlers liegt, wird
dieser quasi mit Konstantstrom gespeist. Ob da nun 1mV oder 3mV abfallen
ist egal. Also kann man den Stromwandler in recht weiten Bereichen mit
unterschiedlichen Bürdewiderständen betreiben, der Ausgangsstrom bleibt
konstant. Die Begrenzung kommt einzig und allein durch den Kern des
Stromwandlers. Wenn der zuviel Spannungs-Zeit-Fläche "sieht", geht er in
die magnetische Sättigung und die Transformationswirkung geht praktisch
verloren. Der Wandler geht nicht kaputt, aber außer Magnetisierungsstrom
fließt dann nix mehr im Wandler.
Danke.
Kannst du eventuell noch was zum Thema Bandbreite sagen? Laut dB/dt ~
dI/dt müsste ein Transformator ja eigentlich bei konstanter
Stromamplitude eine mit der Frequenz variable Ausgangsspannung bzw.
Strom haben oder habe ich da etwas übersehen?
Du hast das Prinzip noch nicht verstanden.
Ein Stromwandler arbeitet - im Unterschied zum üblichen Transformator -
im Kurzschlussbetrieb.
Die Ersatzschaltung läßt sich reduzieren auf eine Drossel im
Primärkreis, der ein recht niedriger Widerstand parallel geschaltet ist.
Das wäre der rücktransformierte Bürdewiderstand.
Das was dort an Spannung abfällt, wird mit einem üblichen Trafo
hochtransformiert.
Die Bandbreitenbegrenzung nach unten ergibt sich aus dem Hochpass aus
Drossel und Parallelwiderstand.
Die Bandbreitenbegrenzung nach oben ergibt sich aus dem Tiefpaß von
Streu-/Koppelinduktivität und Bürdewiderstand.
Innerhalb seiner Grenzen arbeitet der Stromwandler praktisch
frequenz-unabhängig.
@BlueAudio (Gast)
>annst du eventuell noch was zum Thema Bandbreite sagen?
Je größer die Bandbreite sein soll, umso geringer sollte/muss die
Primärinduktivität sein. Die normalen 50 Hz Dinger gehen bis ein paar
kHz, mit Einzelpulsen kommt man sogar teilweise bis an 1 us Anstiegszeit
ran. Für Schaltnetzteile im 2-3 stelligen kHz Bereich gibt es
HF-taugliche Stromwandler, die haben meist kleinere
Übersetzungsverhältnisse im Bereich 10-200:1 und auch deutlich kleinere
Kerne und Hauptinduktivitäten.
>Laut dB/dt ~>dI/dt müsste ein Transformator ja eigentlich bei konstanter>Stromamplitude eine mit der Frequenz variable Ausgangsspannung bzw.>Strom haben
Nein, das ist ein Irrtum.
> oder habe ich da etwas übersehen?
Ja. Daß bei der Transformation sich das di/dt zweimal rauskürzt. Das
kann ich aber auf die Schnelle nicht hinzaubern, da muss ich länger
drüber nachdenken.
BlueAudio schrieb:> Laut dB/dt ~> dI/dt müsste ein Transformator ja eigentlich bei konstanter> Stromamplitude eine mit der Frequenz variable Ausgangsspannung bzw.> Strom haben oder habe ich da etwas übersehen?
Der Beitrag von Mark Space gibt auf diese Frage schon die wesentliche
Antwort. Nur noch von mir zur Ergänzung: beim di/dt musst du den
Gesamtstrom betrachten, nicht nur den Primärstrom. Der Strom auf der
Primärseite würde zwar ein B aufbauen, aber der Strom auf der
Sekundärseite reduziert dieses B wieder(und damit auch das dB/dt). Bei
einem idealen magnetischen Kreis (ohne Streufluss) und bei einem idealen
Kurzschluss auf der Sekundärseite (ohne Widerstand) würde das B (und das
dB/dt) gegen Null gehen.
Im Ersatzschaltbild von Mark Space wird das so betrachtet, dass der
Strom sich aussuchen kann, ob er über die Hauptinduktivität fließt (und
damit ein B aufbaut) oder ob er über den transformierten
Sekundärwiderstand fließt (und damit nur in der Streuinduktivität ein
B-Feld aufbaut):
Mark S. schrieb:> Die Ersatzschaltung läßt sich reduzieren auf eine Drossel im> Primärkreis, der ein recht niedriger Widerstand parallel geschaltet ist.
Beim Stromwandler im Kurzschlussbetriebt fließt der eingeprägt Strom vor
allem über den niederohmigen Parallelwiderstand ab, nicht über die
Hauptinduktivität. Müsste er über die Hauptinduktivität fließen, dann
ergäbe sich das von dir vermutete Frequenzverhalten. Da er aber über den
niederohmigen Parallelwiderstand (d.h. den transformierten
Bürdenwiderstand) ausweichen kann, hast du nicht diesen Anstieg der
Spannung bei höheren Frequenzen.
Würdest du den Primärstrom einprägen und die Sekundärseite nicht
"kurzschließen" sondern hochohmig betreiben, dann hättest du tatsächlich
den beschriebenen Anstieg der induzierten Spannung bei höheren
Frequenzen. So läuft das z.B. bei Rogowskispulen als Stromsensor.
