Czy cos fi przechodzi przez trafo separujące?

W dniu 05.08.2025 o 21:48, Arnold Ziffel pisze:

Może napisz ściślej w sensie o co Ci chodzi i co to za odbiornik :) Po co mam się domyślać?

Jak masz transformator idealny to prądy i napięcia się idealnie transformują. W szczególności cos fi się nie zmieni.

Więc pytanie jest co chcesz pomijać. Pierwszy krok poza transformator idealny to uwzględnienie prądu magnesującego. Pomijając straty omowe i nieliniowość rdzenia ten prąd odpowiada indukcyjności równolegle do uzwojenia pierwotnego. Oczywiście ten prąd wpływa na cos fi.

Prąd magnesujący słabo zależy od obciążenia, więc możesz go oszacować mierząc prąd przez nieobciażony transformator. Dla transformatorów (zwykłych zasilających małej mocy) które mam prąd magnesujący jest całkiem spory i do pominięcia tylko w bardzo zgrubnych oszacowaniach.

Potem masz pola rozproszenia, one zgrubnie maję efekt indukcyjności w szereg z uzwojeniami. No i wreszcie straty omowe.

Żaden, pytanie ogólne i teoretyczne :)

-- Spotkanie w lesie - lew zbiera towarzystwo i mówi:

- A teraz podzielimy się: mądre zwierzaki na prawo, a ładne na lewo. I tak sowa biegnie na prawo, inne zwierzaki za nią, inne na lewo, a żaba została na środku

- No i co ty żaba robisz???

- No przecież się nie rozerwę!!!

W dniu 5.08.2025 o 21:48, Arnold Ziffel pisze:

To zależy, jak trafo nieobciążone to trochę tak bo takie trafo zachowuje się jak obciążenie bierne indukcyjne, a jak jest obciążone to ta bierna indukcyjność spada prawie do zera, i trafo zachowuje się jak obciążenie rezystancyjne.

Magnesowanie i nieliniowość mają jeszcze wpływ o czym wyżej już Waldek napisał.

W dniu 5.08.2025 o 21:48, Arnold Ziffel pisze:

Jakie pytanie? Ach... chyba to z tematu :) Oczywiście że przechodzi. Oczywiście, w idealnym trafa przypadku. W praktycznych realizacjach trafo coś dokłada od siebie.

Ogólnie - ten cos fi przechodzi przez trafo.

Ale trafo go jednak trochę zmienia - samo też ma jakąś indukcyjność rozproszoną.

Hm, zmierzyć, lub spróbowac dobrać kondensator i rezonans zrobić? Chyba będzie mocno stłumiony, bo wszak siec po pierwotnej stronie czuwa ...

J.

Tanie chinskie, czy porządniejsze?

J.

On 06.08.2025 00:59, Waldek Hebisch wrote: [...]

A co to są straty omowe? Bo w trafo są dwa rodzaje strat, które można uznać za „omowe” – tzw. „straty w miedzi” wynikające z niezerowej rezystancji uzwojeń oraz tzw. „straty w żelazie”, które wynikają z prądów wirowych płynących w rdzeniu transformatorze oraz strat związanych z histerezą. Straty w żelazie wyznacza się właśnie z próby biegu jałowego – bo tam się mierzy wszystko, tzn. prąd i napięcie uzwojenia pierwotnego oraz moc pobieraną przez trafo i na podstawie tych pomiarów wyznacza się R_Fe oraz X_µ.

Późny PRL: TS 40/61 ma przy 231 V prąd jałowy 30.45 mA, TS 120/9 ma przy 226 V prąd jałowy 126 mA. W drugim przypadku to ponad 20% znamionowego prądu roboczego, czyli może dość istotnie zmienić cos fi.

Jak pominiesz nieliniowość to straty w żelazie można traktować jak straty w oporniku (szeregowo czy równolegle z uzwojeniem). Arnold wyraźnie pisał że chce pomijać straty, więc się nie rozdrabiniałem skąd one się biorą.

A tak nawiasem pytając - te prądy wirowe i histereza nie wprowadzają jakiegoś własnego przesunięcia fazowego do prądu ... jałowego? Roboczego po pierwotnej stronie?

Histereza to może nawet jakieś odkształcenia prądu ... harmoniczne znaczy się :-)

Zaraz ... harmoniczne mocy czynnej nie tworzą ?

J.

Prądy wirowe działają jak normalne obciążenie omowe transformatora, nic specjalngo, tyle że jako obciążenie omowe powiększają składową rzeczywistą. Histereza oznacza że pole magnetyczne jest opóźnione w stosunku do prądu. Aby prąd kompensował napięcie oznacza to że prąd musi pojawić się szybciej niż bez histerezy. Czyli też powiększa składową rzeczywistą.

Biorąc pod uwagę że straty są na poziomie pojedynczych % mocy nominalnej mają dość wyraźny wpływ na fazę prądu magnesującego, ale relatywnie znacznie mniejszy wpływ w przypadku obciążenia o mocy bliskiej nominalnej.

Harmoniczne mogą przenosić zarówno moc bierną jak i czynną. Może być zamieszanie co oznacza cos fi przy obecności harmonicznych. Rozsądna definicja jest taka że patrzymy na stosunek mocy biernej do czynnej.

W kwestii mocy pewnie tak - jest składowa rzeczywista. Ale czy prąd (w uzwojeniu pierwotnym) nie ma też składowej biernej?

A tu się spodziewam jakiś odkształconych przebiegów przede wszystkim.

Ale zakładamy czysto sinusoidalne napięcie zasilające.

To o ile pamiętam - n-ta harmoniczna z sinusoidą podstawową, zawsze ma całkę zerową

Mi tylko chodzi o to, czy odkształcenia prądu (od sinusoidy) na skutek histerezy wygenerują moc czynną. Chyba nie, więc w kwestii strat chyba nie trzeba się zastanawiać.

Ale zostaje podstawowa składowa - dla idealnej indukcyjności prąd byłby przesunięty o 90 stopni, i zero mocy czynnej, ale jak histereza przesunie pierwszą harmoniczną, to już będą straty ...

Tylko rozdzielić te trzy efekty będzie trudno ...

J.

Prawie zawsze ma: prąd magnesujący to głównie składowa bierna. Reszta zależy od obciążenia. Chodziło mi o to że jest nieduża różnica między efektem prądów wirowych a podłączeniem oporu po stronie wtórnej czy pierwotnej. Prądy trzeba dodać.

Odkształcenie też. Co jest istotniejsze zależy od warunków pracy, jak daleko jest od nasycenia. Tzn. jak chcesz użyć dostępną moc rdzenia to będzie widoczne odkształcenie. Audiofile czasami mają trasformatory które pracują dość daleko od nasycenia, by ograniczyć zniekształcenia w transformatorze.

OK, przy czysto sinusoidalnym napięciu zgoda.

Jak pomijasz harmoniczne to ciągle pozostaje składowa podstawowa. Tzn. efekt nasycenia jest taki jakby przenikalność rdzenia była mniejsza, czyli płynie większy prąd.

O tym pisałem.

Efekty nasycenia są dość widoczne, więc zgrubnie łatwo je oddzielić. Histerezę od prądów wirowych trudniej, trzeba znać własności materiałów i modelować na tej podstawie.

Ale mi chodziło o składową pochodzącą od prądów wirowych. One w stali wirują, to i indukcyjność mają :-)

Tylko jak by to sprawdzić ... złożyc rdzen z grubszych blach, i zobaczyc jak się prądy zmienią ?

Ale tylko pierwsza harmoniczna prądu powoduje straty rzeczywiste (przy czysto sinusoidalnym napięciu).

A ten prąd może być mocno odkształcony.

J.

Nie jest dla mnie jasne co chcesz powiedzieć. To że prądy wirują w rdzeniu oznacza że obejmują tylko część rdzenia. Dokładniej, prąd wiruje w każdej blaszce osobno. Oczywiście prądy wirowe generują pole magnetyczne. Ze względu na to że nie obejmują całego rdzenia jest to mniej skutecznie niż prąd w uzwojeniach. No i to pole w rdzeniu jest znacznie mniej jednorodne niż pole pochodzące od uzwojeń. Ale efekt prądów wirowych jest podobny do efektu zwartego zwoju: w zwartym zwoju indukuje się prąd, prąd generuje pole magnetyczne, to pole daje indukcję w rdzeniu.

W obu przypadkach nie zmienia to podstawowej zasady transformatora: SEM indukowane w uzwojeniu pierwotnym musi kompensować napięcie przyłożone do uzwojenia pierwotnego. Dokładniej, masz równanie:

U = SEM + I_1*R

gdzie I_1 to prąd uzwojenia pierwotnego, R to jego opór, a SEM to napięcie indukowane w uzwojeniu. Jak opór uzwojenia jest w miarę mały, a prąd nieduży to pierwszy składnik domunuje. By uzyskać dane SEM potrzebujesz odpowiednią zmianę indukcji w rdzeniu. By mieć daną indukcję (a więc i zmianę) potrzebujesz prąd w uzwojeniu pierwotnym. Inne prądy, tzn. prąd w uzwojeniu wtórnym i prądy wirowe wytwarzają swoje pola magnetyczne, więc potrzebujesz dodatkowy prąd (w porównaniu z przypadkiem bez obciążenia i prądów wirowych) w uzwojeniu pierwotnym by to skompensować. Ten efekt kompensacji oznacza że mówienie o jakiejś dodatkowej indukcyjności ma ograniczony sens. Tzn. indukcja w rdzeniu jest głównie wyznczona przez napięcie wejściowe i słabo zależy od innych rzeczy. Jak na wejściu masz źródło napięcia o małym oporze (jak sieć energetyczna) to inne uzwojenia zachowują się inaczej niż przy nie podłączonym uzwojeniu pierwotnym.

Dlatego też prąd magnesujący słabo zależy od obciążenia: obciążenie oznacza dodatkowy prąd w uzwojeniu pierwotnym czyli spadek napięcia, a więc uzwojenie pierwotne pracuje prawie tak jak by było pod niższym napięciem. Ale ten spadek napięcia zwykle nie jest duży.

Jak chcesz w miarę dokładnie modelować transformator przy pomocy elementów dyskretnych to tam się pojawią różne indukcyjności, pojemności i opory. Ale raczej modelują takie rzeczy jak pole rozproszenia. Ewentualny wpływ prądów wirowych na indukcyjności w modelu to efekt wyższego rzędu, wcześniej trzeba uwzględnić inne rzeczy.

Tylko wszyscy się skupiają na stratach przez to spowodowanych, a OPa interesował cos fi.

Więc pytanie jest - jaki jest cos fi prądu w uzwojeniu pierwotnym, spowodowany przez prądy wirowe w rdzeniu.

Tylko jak to zmierzyć, biorąc pod uwagę, że na prąd w uzwojeniu pierwotnym składa się kilka czynników.

Tak jest, ale co - zewrzeć trafo, zmierzyć cos fi, i przełożyć na prądy wirowe? To by chyba było nadużycie.

Tak, ale z tego nie wynika np jaki będzie prąd w pierwotnym i jego cos fi, jak zewrzemy wtórne uzwojenie :-)

No własnie - jak prąd płynie tylko w pierwotnym, to jest w miarę prosto, choć i tak jest spora nieliniowość.

Ale jak płynie dodatkowo we wtórnym, i jeszcze prądy wirowe w rdzeniu

- to gorzej ...

No, trafa bardzo małej mocy, szczególnie chinskie, to opór mają duży ...

J.

W pierwszym przybliżeniu dodaje się prąd jak przez opornik włączony równolegle. Jak chcesz to dokładniej wyliczyć to się komplikuje, ale przy rozsądnym transformatorze różnica między pierwszym przybliżeniem a dokładną odpowiedzią będzie wielokrotnie mniejsza niż wynik przbliżony. Innymi słowy, straty powinny być na poziomie % z obciążenia nominalego, a przyliżone oblicznie strat też będzie miało na poziomie % (a może lepiej, nie liczyłem tego dokładniej). Więc mówimy o bardzo słabym efekcie.

Można kombinować rejestrację napięcia i prądu jałowego. Oscyloskop ze zrzutem do PC albo powiedzmy Arduino. Oczywiście to da sumę wszystkich efektów. Ale kombinując z napięciem, kształtem przebiegu i częstotliwościa powinno się trochę rozdzielić. Tzn. prądy wirowe zależą od zmian pola i efekt powinien być liniowy. Magnesowanie rdzenia jest nieliniowe. Ale przy pojedynczym rdzeniu będzie część którą się nie da dokładnie sklasyfikować.

Sytuacja się zmienia jak masz rdzenie z tego samego materiału i tą samą geometrią ale różną grubością blaszek: różnica między nimi powinna być głównie z powodu prądów wirowych.

Chodzi mi o to że jedno i drugie powinno zachowywać jak obciążenie oporowe, róznica w stosunku do oporu pownna być mała.

W pierwszym przybliżeniu indukcja magentyczna jest tylko w rdzeniu. Oba uzwojenia widzą ten sam strumień indukcji, więc indukują się w nich napięcia proporcjonalne do liczby zwojów. Dodatkowe prądy (ponad prąd magnesujący) muszą dawać pola które się zniosą, czyli stosunek prądów jest odwrotnie proporcjonalny do liczby zwojów. To działa dla napięć i prądów chwilowych, czyli faza jest zachowana. Zwarty zwój to czysty opór, czyli efekt jest równoważny dodaniu równolegle oporu po stronie pierwotnej.

Jak liczysz dokładniej to trzeba uwzględniać pole poza rdzeniem. Uzwojenia widzą trochę inne strumienie indukcji. Strumień poza rdzenie efektywnie daje indukcyjności połączone w szereg z uzwojeniami (jedna indukcyjność w szereg z pierwotnym, druga z szereg z wtórnym). Ale te indukcyjności są małe (w grubym przybliżeniu odpowiadają cewce powietrznej o tej samej ilości zwojów) i przy małym obciążeniu transformatora w miarę rozsądne jest ich pomijanie.

Prądy wirowe wprowadzają komplikację w analizie: pętla prądu wirowego jest w blaszce, czyli obejmuje malutki kawałek rdzenia. Ale ta komplikacja nie zmienia istotnie podstaw: gdyby prądy w baszkach płynęły po powierchni i były równe w każdej z blaszek, to widać że ich pola dodałyby się tak jakby prąd płynął po powierzchni rdzenia, czyli efektywnie jakbyśmy dodali zwoje na zewnątrz. Czyli główna różnica to nieco inny rozkład pól w rdzeniu. Gdyby rdzeń był liniowy to niejednorodnośc nie robiła by różnicy. Pola od prądów wirowych są w fazie z napięciem, czyli są największe gdy główne pole jest małe. A więc dostejemy małą poprawkę. W sume, jak chcesz dokładniej to mamy małą poprawkę do małego efektu.

Mam nadzieje że wyjaśniłem że gdyby indukcja była tylko w rdzeniu to by było prosto i z wtórnym. Tak naprawdę, jak chcesz dokładnie to pole poza rdzeniem ma wpływ również jak jest prąd tylko w pierwotnym. Tyle że wtedy transformator zachowuje się jak spora nieliniowa indukcyjność i można przeoczyć że jest mała dodatkowa indukcyjność ponad to co mówi prosta teoria. Jak obciążysz omowo wtórne to wtedy przetransformowany opór jest równolegle z teoretyczną indukcyjnością transformatora i wypadkowa jest bliska oporowi. Wtedy ta dodatkowa indukcyjność w szereg robi się bardziej widoczna.

Wspóczenie (a w zasadzie 10 lat temu, bo ostatnio nie potrzebowałem) widzę bardzo małe trafa w zaslaczach do wzmacniaczy antenowych, nie wiem kto robi trafa. Zasilacze robią Chińczycy, ale poza Chinami miedź jest tańsza więc nie jest jasne czy wsadzają swoje czy może zagraniczne.

No właśnie - wszystkich interesuje jedynie moc tracona :-)

Wyliczyć będzie to chyba bardzo trudno. Wiec raczej zmierzyć, ale jak - rdzenie z blach róznej grubości?

Pewnie tak - ktoś to zmierzył, i dlatego blachy są takie grube, jakie są :-)

Ale mnie interesuje składowa bierna, a nie czynna. Czynna z grubsza znana :-)

O to to to.

akurat jeden zwarty zwój opór ma mały, i dużo strat nie wnosi. Choć niby może w nim duży prąd płynąć.

Patrz np zgrzewarki ...

Plus jakies inne, i w efekcie mamy indukcyjność rozproszenia .. nie taką znów małą.

Czy nawineli aluminium :-)

Mam kilka chinskich małych zasilaczy - one się grzeją nawet bez obciążenia. No ale te stare zachodnie i polskie też się grzały - rdzen mały, zwojów dużo, drut cieniutki - opor spory, to się musi grzać. Ale chinskie nadmiernie.

Taki mały przykład - zailacz "18W", ale też 12V max 1A.

No i 1A to on raczej nie wydoli, przynajmniej nie stale.

J.