Vollständige Version anzeigen : [E-Technik] Warum spielt die Frequenz beim Trafo keine Rolle?


Oesey
04.12.2014, 15:26

Hallo. Mir kam die Frage warum die Netzfrequenz bei einer Transformation keine Rolle spielt.
Also folgendes Beispiel.
Zwei Spulen auf einem Eisenringkern mit jeweils der gleichen Anzahl an Windungen.

Die Spannung sollte sich ja so also nicht verändern.


Gleichzeitig kommt mir da aber die Kontaktunterbrecherzündung in den Sinn:
Primär und Sekundärspule auf Eisenringkern. Primärspule liegt an Spannung und wird abrubt getrennt. Durch die dadurch große änderung des Induzierten Stromes bewirkt sich auf der Sekundärseite eine Spannungsspitze.
Daraus Folger ich das ein großes di/dt auch eine größere Spannung hervorrufen.
Eine höhere Netzseitige Frequenz ist doch aber nichts anderes als ein großes di/dt und letztlich erwarte ich auch da eine höhere Spannung bei höhere Frequenz - dem ist ja aber offensichtlich nicht so.
Warum?

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raid-rush
04.12.2014, 16:02

Die Spannung auf der Stromeingangsspule entspricht der Anzahl an Windungen auf der Spule. Auf der zweiten Spule muss die gleiche Anzahl an Wicklungen vorhanden sein, damit die Spannung gleich bleibt andernfalls verändert diese sich. (nur Allgemein)

Der kurzzeitig entstehende Stromeffekt entsteht wie du vermutlich erklären wolltest beim Einschalten wenn sich das Magnetfeld um die Spule aufbaut. Deshalb kann beim großen Trafo auch mal die Sicherung fliegen beim einschalten.

Dieser Effekt ist vermutlich deshalb nur einmal beim Einschalten, weil die Selbstinduktion der Spule danach entgegenwirkt, so dass bei der nächsten Frequenzwelle noch eine Magnetisierung vorliegt auch im Eisenkern.

Grund für diese Annahme ist, weil bei höheren Frequenzen der Wirkungsgrad deutlich ansteigt.

Ist die Frequenz also geringer als die Restinduktionsdauer, habe ich jedes mal bei der neuen Welle einen Verlust. (wie beim ersten Einschalten)

Deshalb erreichen kleine Transformatoren nur einen hohen Wirkungsgrad mit hoher Frequenz, weil deren "Trägheit der Magnetisierung" geringer ist als bei großen.
Q: Schaltnetzteil – Wikipedia (;de;wikipedia~org/wiki/Schaltnetzteil)


;upload;wikimedia~org/wikipedia/commons/thumb/f/f9/Einschaltstrom-3;png/667px-Einschaltstrom-3;png
(Typisches Verhalten eines Transformators beim Einschalten. Das Maximum des Magnetisierungsstroms liegt nach der ersten Spannungshalbwelle;)
Q: Transformator – Wikipedia (;de;wikipedia~org/wiki/Transformator)

Die Primärspule wird mit eingeprägtem Strom betrieben, wenn die Dreieckspannung über einen ausreichend großen Vorwiderstand eingespeist wird, der mindestens zehnmal größer ist als die Impedanz der Primärspule. Der Vorwiderstand kann auch der ohmsche Widerstand der Spule sein. Diese Bedingung wird von jedem Trafo erfüllt, wenn die Frequenz nur ausreichend tief ist, weil der induktive Widerstand proportional zur Betriebsfrequenz sinkt.

Die sekundärseitig induzierte Spannung kann also nur zwischen zwei Werten wechseln. Sie ist genau so lange konstant, wie die Primärspannung steigt und ändert ihr Vorzeichen, wenn die Primärspannung fällt, wie im nebenstehenden Bild rot eingezeichnet ist. Die Übergänge erfolgen schlagartig. Mathematisch gesehen, differenziert diese Anordnung die angebotene Dreieckspannung bzw. den Strom (beide sind über U = R·I verknüpft). Wenn die Dreieckspannung schneller steigen als fallen würde (asymmetrische Kippschwingung), wäre während der Steigzeit auch Usek deutlich größer

Q: Physikalische Grundlagen von Transformatoren – Wikibooks, Sammlung freier Lehr-, Sach- und Fachbücher (;de;wikibooks~org/wiki/Physikalische_Grundlagen_von_Transformatoren)

Ich hoffe das war was du meinst?


Oesey
08.01.2015, 15:31

Hallo, danke für deine schnelle Antwort. Dummerweise war ich in der Annahme dass die eMail der Abbonierten Themen auf einen andere eMailadresse geschickt werden sodass ich die Antwort erst jetzt sehe.

Auch wenn die Punkte die du Beschreibst sehr interessant sind bleibt bei mir die Hauptfrage bestehen.

In der letzten Stunde habe ich versucht mich durch deine Quellen zu lesen und das dafür notwendige Grundwissen an Elektrotechnik wieder aufzufrischen - mit mittelmäßigen Erfolg.

Die Effekte die beim Einschalten eines Trafos oder auch bei Netzstörungen auftreten sehe ich eher als Anstoß an meine Überlegung 'welchen Einfluß die Frequenz bei einem Trafo hat'.

Bei dieser Überlegung habe ich einen Ringkern vor Augen am dem zwei Spulen angebracht sind.
Die Anzahl der Windungen sei identisch.

Nun betrachte ich zwei Fälle:

1.
Wenn ich nun 230V AC mit einer Frequenz von 50hz an die Primärspule anlege bekomme ich auf der Sekundärspule doch ebenfalls 230v AC 50Hz.

2.
230V AC 100Hz bleibt ebenfalls 230V AC 100Hz


Doch hier bekomme ich Probleme das ganze nachzuvollziehen.
Ich nehme an ich darf die Vereinfachung treffen zu sagen dass die Magnetische Feldsträrke gleich der Magnetischen Flußdichte ist.
Also kann ich auch sagen, dass der sich verändernte Strom an der Primärseitig angelegten Wechselspannung (bzw. der darauf folgende Wechselstrom) einen Magnetischen Fluß im Eisenkern verursacht.
Und gerade die größe des Flußes ist von der Änderungsgeschwindigkeit des Primärstromes abhängig. Was letztlich der Frequenz entspricht.

daraus gefolgert (und möglicherweise falsch):
Je höher meine Frequenz desto höher der Magnetische Fluß.

Angenommen ich habe nun im Fall 1 einen Fluß von 5 und im Fall 2 einen Fluß von 10. Warum ist dann die Spannung an der Sekundärspule trotzdem identisch?

Ich hoffe ich konnte meine Frage halbwegs verständlich ausdrücken.

Grüße
Oesey


-=LuIgI=-
08.01.2015, 22:37

Hey,

dann versuche ich auch mal ein wenig was beizutragen...

Wenn durch eine Spule ein zeitl. veränderter Strom fließt, dann wird an dieser Spule eine Spannung von

U = L*di/dt

"abfallen". Dazu kommt noch, dass sich um den Leiter ein zeitl. verändender magn. Fluss bildet.

Der magn. Fluss hängt in einem konkreten Zeitpunkt nur von der Stromstärke ab und nicht von der zeitl. Änderung oder der Frequenz.

Die magn. Feldstärke kommt dabei auf die momentane Stromstärke, die Anzahl der Windungen und der Länge an

H = I*n/l

Die magn. Flussdichte lässt sich dann durch

B = µ0 *µr * H

berechnen, wobie µ0 die magn. Feldkonstante ist und µr von dem Material abhängt.

Das heißt, da sich bei einer Wechselspannung die Stromstärke ständig hin und her springt, wird auch die magn. Feldstärke und Flussdichte verändert.

Und es sollte auch klar sein, dass sich das magn. Feld bei dem Sprung der oberen Halbwelle zur unteren Halbwelle des Wechselstroms umpolt.

An der anderen Seite wird genau das Gegenteil gemacht, es wird ein magn. Fluss angebracht, der dann einen Strom hervorruft. Dann kannst du ja die Gleichung oben nach I umstellen.

Hoffe das stimmt auch noch alles was ich hier erzähle ^^

LuIgI


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