Dimensionieren von (Schalt-)Transformatoren

Hallo!

Ich möchte mich mal in die Richtung Trafo-Dimensionieren weiterbilden. Mein Grundproblem ist schon die Dimensionierung der Primärspule (bei rechteckförmiger Ansteuerung). Im Internet fand ich folgende Formel:

Umax*vt Nprim=----------- dB*Ae*f created by Andy´s ASCII-Circuit v1.22.310103 Beta

formatting link

Weiterhin fand ich unter:

formatting link

eine kleine, stark gekürzte Herleitung wie man zu einer "Dimensionierungsformel" kommt. Nur wie komme ich denn auf die Funtion der mag. Flußdichte bei rechteckförmiger Ansteuerung? Ist die obige Formel denn so richtig (davon gehe ich aus)?

Also verstehen, wie man auf die obige Formel kommt würde mich fürs erste schonmal etwas weiterbringen.

Danke!

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner
Loading thread data ...

Heiko Weinbrenner schrieb:

Hallo,

die üblichen Ableitungen gelten alle für sinusförmigen Strom. In den ausführlicheren steht dann auch das das nötige Eisengewicht umgekehrt proportional zur Frequenz ist, die Zahl der Windungen werden bei höherer Frequenz auch kleiner. Ein Trafo der für 50 Hz richtig bemessen ist ist für 60 Hz leicht überdimensioniert.

Für was für ein Rechteck soll es denn bei Dir gelten? Bei einer "square wave" könnte man einfach den Trafo für die Grundfrequenz auslegen, allerdings machen dann bei den höheren Oberwellen schliesslich die Wicklungskapazitäten Ärger. Rechtecke ohne Gleichspannungsanteil sollten es schon sein.

Bye

Reply to
Uwe Hercksen

Uwe Hercksen schrob:

Das heißt bei Rechteck Fourier-Analyse? Und dann kommt man auf so eine schöne Formel wie die Erstgenannte (die war schon für "Rechtecke")?

Sind schon mit Gleichanteil, also einfaches "An- und Ausschalten", der Kern wird also "vormagnetisiert". Kann man da einfach für die Grundfrequenz auslegen? Dann fehlt in der erstgenannten Formel aber noch das 2*PI. Wieso nimmt der eigentlich den Mittelwert der Spannung in der erstgenannten Formel?

Danke.

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner

Dann gehts gar nicht mehr, denn der Kern sättigt, wenn dauerhaf Gleichspannung anliegt. Eine Entmagnetisierungsschaltung ist schon nötig: entweder zweit Wicklung mit Diode -> siehe "Forward-Converter" oder mit einer Wicklung als "Two-Transistor Forward-Converter", oder die Holzhammemethode anwenden, und die Magnetisierungsenergie in einer große Z-Diode verheizen.

Zur Trafodimensionierung. Das wichtigste ist die thermische Dimensionierung, also wie groß muß der Kern werde, damit Verlustleistung und Wärmewiderstand der Anordnung die gewünschte Übertemperatur ergeben. Dazu finden sich zu Ferrit-Kernen z.B. bei EPcos und Forroxcube entsprechende Richtwerte. Für Eisenkerne kann man die Dimensionierungswerte für 50Hz heranziehen, dabei sind bei höheren Frequenzen die Eisenverluste zu berücksichtigen, die quadratisch mit dem Fluß, und linera mit der Frequenz steigen.

Nun zu der Windungszahl: Das Induktionsgestez: U=N*dPhi/dt Phi..mag. Fluß Phi=B*A Zuerst legt man eine maximale Induktion B_max fest, bei Ferritkerne

100..200mT, bei Eisenkernen 1..1,7T Je nach Schaltung erhält man dann eine max. Änderung der Induktion Delta_B Für Eintaktwandler gilt DeltaB=B_max, für Gegentaktwandler DeltaB=2*B_max

Das kann man jetzt in das Induktionsgesetz einsetzen und nach N umstellen: Deltat*U N=---------- Deltat ist die Zeit, in der die Spynnung jeweils anliegt. DeltaB*A

Rick

Reply to
Rick Sickel

Und wenn dieser Mittelwert ungleich 0 ist, dann sättigt der Kern irgendwann, da Phi=Int(U/N,t).

Hier spart man die Entmagnetisierungswicklung.

Kommt wieder auf die Frequenz an. Bei niedrigen Frequenzen kann man mit der Induktion höher gehen. In den Daten zu den Kernmaterialien sollten die spezifischen Kernverluste in Abhängikeit von Induktion, Frequenz und Temperatur dargestellt sein.

Reply to
Rick Sickel

Heiko Weinbrenner schrieb:

Was willst du? Dicke, fette Eisenkerntrafos oder Ferritkerntrafos? Im Prinzip gilt das zwar für beide, aber die Frequenz macht einen erheblichen Unterschied. Auch der Kopplungsfaktor der Wicklungen ist in der 'Formel' nicht berücksichtigt. Kennst du den Unterschied zwischen Speicher- und Durchflusstrafos?

Andys schöne Software dafür?

So kennt das jeder Ankerwickler, der muss dafür aber nicht lange nachdenken; Tabellenbuch.

Kommt eben auf die Art des Trafos an. Stark gekürzt führt stets zu Murks.

Wie sonst auch, aber einen Diracimpuls kann man gerademal theoretisch übertragen.

Nur für einen Durchflusstrafo.

GK Physik?

Gruß Dieter

Reply to
Dieter Wiedmann

Huiiii... in was für einem GK Physik warst du denn? Ist das irgendeine vernobbte Hochbegabtenschule gewesen? Der Stoff der in dem Thread nämlich angesprochen wird (und allgemein hier im der NG behandelt wird) ist nämlich meilenweit vom _LK_ Physik entfernt. Vom GK ganz zu schweigen. Zumindest gilt das für Bayern.

Mit freundlichen Grüßen Johannes

Reply to
Johannes Bauer

Dieter Wiedmann schrob:

Na, Ferrit natürlich :)

Also, ich denke mal:

Ein Speichertrafo soll wohl Energie in magnetischer Form speichern um somit einen Stromfluss auf der Sekundärseite recht lange aufrecht zu erhalten, wenn primär keine Energie mehr eingespeist wird (ist wohl nur bei Gleichstrom auf der Sekundärseite sinnvoll).

Ein Durchflusstrafo (hab ich bis jetzt noch nie gehört- ich dachte, dass das die "normalen" sind) soll wohl die primär eingespeiste el. Energie direkt auf der sekundärseite wieder in el. Energie umwandeln.

Naja, dann braucht man nicht so viel nachdenken, dass das am Ende auch so passt (ok, ok...) ;)

Deshalb frag ich ja. Schon alleine "Bei einem sinusförmigen Fluss ist die Ableitung von dB/dt = w B." ist ja schon ein Dingen. Ich denke mal, dass die den Maximalwert wollen und deshalb den Kosinus weggelassen haben.

Für die Flussdichte brauch ich ja den Strom und da muss ich entweder eine DGL lösen (was hier wohl nicht zum Ziel führt, da periodisches Signal), oder ich muss die Rechtecke einer Fourieranalyse unterziehen und dann mit jeder einzelnen Spannungs-Komponente über den komplexen Widerstand der Induktivität den Strom berechnen. Aber was mache ich mit dem Gleichanteil? Ist das so überhaupt richtig? War der Dirac-Impuls ein Hinweis? Soll man anstelle der Analyse eine Transformation machen?

Sowas wollte ich haben.

Also ich war im LK-Physik und das Einzige, was ich über Trafos in Physik gehört habe, war glaube ich in Klasse 9 und mehr als, dass sich die Spannungen im Verhältnis wie die Windungen verhalten, war da nicht drin.

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner

Was aber heutzutage im LK gelehrt wird ist absolut erbärmlich. Ich bezweifele aber wirklich nicht, dass das mal vielleicht sogar der anspruchsvollste LK war. Aber nachdem da soviel gekürzt und verändert wurde... Der Lehrplan ist auf

formatting link
zu finden. Ich hab mir mal die Mühe gemacht und das LK Abitur 2003 heruntergeladen. Das war reines Zahlen-In-Formeln-Aus-Formelsammlung-Einsetzen. Schwach.

Hast Recht. Ich bin vorbelastet mit bestimmten Personen die mit mir Abitur gemacht haben. Die haben wirklich gut abgeschlossen, eine wirklich einwandfreie Ausbildung abgeschlossen und waren dann danach (!) in unserer Schule wieder anzutreffen um vor 12.-Kläßlern und den ehemaligen Lehrern anzugeben. Da mach ich mir nichtmal die Mühe die Augen zu verdrehen.

Genau _das_ wird einem in der Schule nicht begebracht. Im GK sowieso nicht. Da ist das höchste der Gefühle, dass Du mal R=U/I nach I auflöst. Also echt auf nen Dreisatz kann ich ne Kuh dressieren. Einige GKler trotzdem nicht (sonst wären nicht Null Punkte im schriftlichen Abi bei einigen Leuten herausgekommen).

Achach Bildungssystem Deutschland, quo vadis?

Viele Grüße Johannes

Reply to
Johannes Bauer

Johannes Bauer schrieb:

Traurig.

Sehen will.:-)

O tempora, o mores.

Gruß Dieter

Reply to
Dieter Wiedmann

Rick Sickel schrob:

Ok.

Funktioniert dann aber auch nur gut bei einem 50% Tastverhältnis, oder? Sonst würde ich ja den Kern in die andere Richtung sättigen.

Hmm... Da kann man doch auch gleich einen Gegentaktwandler mit zwei Primärwicklungen bauen, oder? Dann wird die Ansteuerung nur schwerer.

Da hier meistens auch bei 200mT die Graphen enden, geht man wohl von max.

200mT aus. In der Hystereseschleife ist bei 500mT auch nichts mehr von Steigung zu sehen.

Danke!

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner

Dieter Wiedmann schrob:

Ja. Also für die ersten ernstgemeinten Geh- und Wickelversuche...

Was wohl wirklich nur bei gewollten sekundären Gleichstrom sinnvoll ist, oder?

Ich habs nochmal versucht! Alle in Deckung!

Da wirds ja schon wieder eklig. Scheint ja nichts "einfaches" zu geben in der Elektronik ;)

Wurde ja schon hier gesagt, aber ich glaub, dass es jetzt "klick" gemacht hat.

Also- Induktionsgesetz:

dPsi uind = ------ dt

mit:

dPsi dPhi

------ = N * ------ dt dt

dPhi dB

------ = A * ------ dt dt

--
                dB
uind = N * A * ----
 Click to see the full signature
Reply to
Heiko Weinbrenner

Tastverhältnis ist von 0 bis 50% einstellbar. Die Dioden zur Entmagnetisierung leiten nur so lange, bis der Kern entmagnetisiert ist, also circa genauso lang, wie vorher eingeschaltet war.

Eher einfacher, beim Two-Transistor-Forward-Converte braucht man einen Low- und einen High-Sige-Treiber. Da das Tastverhältnis kleiner als 50% bleibt, läßt sich das jedoch mit einem Übertrager lösen, oder einem Halbbrückentreibe wie z.B. IR2110.

Beim Gegentaktwandler brauch man nur 2 Low-Side-Treiber. Aber der Trafo braucht 2 Wicklungen, die für hohe Spannungen isoliert sein müssen, und gut magnetische Kopplung haben müssen. Das ist nicht leicht zu realisieren. Bei niedrigen Spannungen kann man allerdings bifilar Wicklen.

Alternativ wäre ein Halbbrückenwandler möglich, hier hat man bei gleicher Bauelemente und Treiberanzahl auf der Primärseite die doppelte Trafoausnutzung. Allerdings braucht man sekundärseitig zwei Wicklungen oder einen Brückengleichrichter.

Näheres zu diesen Topologien findet sich z.B. in Application Notes von On-Semiconductor, Fairchild oder International Rectifiers etc., oder hier

formatting link

Rick

Reply to
Rick Sickel

Rick Sickel schrob:

Ja, also ich wollte keinen "Netz-Trafo" bauen. Das ist für den Anfang bestimmt auch nicht das Richtige. Die Ansteuerung muss hier aber durch zwei "Rechtecke" erfolgen, wobei das zweite Rechteck von der fallenden Flanke des ersten Rechtecks getriggert werden muss. Oder geht das auch wieder einfacher?

Wie ist das denn, wenn man sowieso einen Brückengleichrichter benutzt? Dann spart man sich doch das ganze Entmagnetisieren, oder? Die Sekundärspule übernimmt dann ja den Teil. Also wenn sekundärseitig beide Halbwellen "benutzt" werden, dann braucht man doch auch nicht Entmagnetisieren, oder sehe ich das auch wieder falsch?

Auch sehr nett.

Danke.

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner

Dafür gibt es eine Reihe fertiger Ansteuer ICs, zB.: TL494,SG3525,...

Beim normalen Wandler, also mit Glättungsdrossel, geht das nicht, da der Magnetisierungsstrom deutlich kleiner ist, als der Drosselstrom, dadurch die Ausgangsspannung zu 0 wird, da der Drosselstrom durch alle Dioden fließen muß, und dadurch das Magnetfeld nicht abgebaut werden kann. Ohne Glättungsdrossel wäre das möglich, da kann man dann aber die Ausgangsspannung nicht mehr so richtig verstellen, und auch so ist so eine Variante recht problematisch.

Rick

Reply to
Rick Sickel

Heiko Weinbrenner schrieb:

Die mach mal besser mit einem Sperrwandler, ist wirklich viel einfacher.

Richtig.

Ach je, so schwierig ists dann doch wieder nicht. Man muss halt entweder das passende Messequipment haben oder den Kern deutlich überdimensionieren.

[Herleitung gesnippt]

Ich habs nur kurz überflogen, konnte keinen Fehler entdecken.

Die hatten mal ein prima Paper wo das alles schön erklärt und hergeleitet wurde, irgendwo müsste ich noch eine Kopie (pdf) haben. Auf deren Server hab ichs nicht wiedergefunden.

Der ist lang und dünn.:-) Sonst noch was?

Gruß Dieter

Reply to
Dieter Wiedmann

Dieter Wiedmann schrob:

Gut, dann überdimensionieren :)

Das ist doch mal eine Erfolgsmeldung.

Sollte isoliert sein :)

Ok, ich glaub ich hab nun genug für einen ersten (Miß-)Erfolg, aber man lebt ja um zu lernen...

Danke an alle, die hier meinen Verstand erweitern konnten... Jetzt nichts negatives sagen oder denken... ;)

MfG, Heiko.

Reply to
Heiko Weinbrenner

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.