Moin, ich möchte den Kopplungsfaktor meines Trafos bestimmen. Dazu hab ich mir eine Möglichkeit überlegt. Einzelkoppelfaktoren k1 und k1 bestimmen, danach nach k=(k1*k2)^0,5 k1: Primärseite wird eine sinusförmige Spannung eingespeist U1. Induzierte Sekundärspannung U2' messen k1=N1/N2*U2'/U1 k2: Sekundärseite wird eine sinusförmige Spannung U2 eingespeist. Induzierte Spannung auf der Primärseite U1' messen. k2=N2/N1*U1'/U2 Die beiden Gleichungen sollten unabhängig von der Frequenz sein. Voraussetzung ist das N1 und N2 bekannt sind, was in meinem Fall so ist. Ist dieser Ansatz soweit korrekt?
Hi, ich bin überzeugt, dass es mit deinem Ansatz auch ohne Wissen um die Anzahl der Windungen geht. Das ergibt auch die Mathematik: Bei k1*k2 fällt N1 und N2 heraus. k = ((U2'/U1)*(U1'/U2))^0.5. Eine Fehlerquelle, besonders bei tiefen Frequenzen, dürfte der Ohmsche Wicklungswiderstand sein. Das müsste sich rechnerisch leicht beherrschen lassen. Bei hohen Frequenzen kommt die Wicklungskapazität und ggf. die kapazitive Kopplung der Wicklungen ins Spiel.
Ich vermute, diese Meßmethode ist zu ungenau. Ich mache das über einen Kurzschluß der Gegenseite und dann die Restinduktivität messen.
Die "Kurzschlussmethode" ist auch sehr naheliegend. Aber nach längerem
Grübeln bin ich zu dem Ergebnis gekommen, dass Daniels Methode genauer
und zuverlässiger ist. Begründung (nicht Vermutung):
Daniel misst 4 Spannungen. AC-Spannungsmessungen sind relativ simpel
genau zu machen. Er bestimmmt U2'/U2 und U1/U1'. Beide Verhältnisse sind
fast 1. Da U2' und U2 in einem Messbereich gemessen werden können (und
U1 und U1' ggf. in einem anderen Messbereich), spielt die absolute
Genauigkeit der Messung keine Rolle, und eine kleine Nichtlinearität
oder ein kleiner Nullpunktfehler des Messgerätes nur eine noch kleinere
Rolle. Nur seine Auflösung muss ausreichend sein. Das ist schon alles.
Bei der Kurzschlussmethode müssen zwei sehr unterschiedliche
Induktivitäten gemessen und in's Verhältnis gesetzt werden.
Induktivitätsmessungen sind nicht so trivial wie
Wechselspannungsmessungen, ohne spezielles Messgerät wird es
anspruchsvoll. Die Ohmschen Widerstände müssen berücksichtigt werden.
Wenn das Messgerät wirklich gut ist, kann es das. Aber ich würde immer
ein schlechtes Gefühl haben. Abgesehen davon hat Daniel kein
Induktivitätsmessgerät, sonst hätte er nicht "ohne Kenntnis von L1, L2"
geschrieben. Also kommt die Kurzschlussmethode für ihn gar nicht erst in
Frage.
Aber auch er darf die Wicklungswiderstände nicht ignorieren. Zumindest
muss er sicher sein, dass sie vernachlässigbar sind, ansonsten muss er
sie messen (obwohl er das nicht will, aber wer U~ messen kann, kann auch
R und I~ messen) und dann mit etwas Mathematik sein Ergebnis
korrigieren. Sicherheit schafft das Messen bei zwei deutlich verschieden
Frequenzen, denn wenn die gleich sind, ist R vernachlässigbar. Das hat
er vielleicht auch schon erkannt und mit
> Die beiden Gleichungen sollten unabhängig von der Frequenz sein.
gemeint.
Hm. Wenn man nur Spannungen mißt, fällt an den Streuinduktivitäten keine Spannung ab da kein Strom fließt. Damit sind die Streuinduktivitäten auch nicht meßbar! Zwei Frequenzen hat er vermutlich auch nicht. Brauch man auch nicht, da der Trafo nur bei 50Hz funzen soll. Wegen der großen Nichtlinearität erübrigen sich auch genuauere Betrachtungen von Wicklungskapazität usw. Das führt zu der Frage, was es denn für ein Trafo ist und welche Meßmöglichkeiten vorhanden sind.
Abdul K. schrieb: > Wenn man nur Spannungen mißt, fällt an den Streuinduktivitäten keine > Spannung ab da kein Strom fließt. Damit sind die Streuinduktivitäten > auch nicht meßbar! Das ist nicht richtig. Schau' dir das Ersatzschaltbild vom Trafo an: Drei Induktivitäten in T-Form. Die beiden im oberen Balken sind die Streuinduktivitäten. Die primäre Streuinduktivität bildet einen induktiven Spannungsteiler mit der Hauptinduktivität. Die sekundäre Streuinduktivität wird bei der zweiten Messung erfasst. > Zwei Frequenzen hat er vermutlich auch nicht. Brauch man auch nicht, da > der Trafo nur bei 50Hz funzen soll. Das war auch nur ein Vorschlag, um R-Messungen zu vermeiden. > Das führt zu der Frage, was es denn für ein Trafo ist und welche > Meßmöglichkeiten vorhanden sind. Trafo: Für eine korrekte Antwort: Beliebig, die Antwort gilt allgemein. Messmöglichkeiten: U~-Messung, keine L-Messung, keine R-Messung (aber keine R-Messung glaube ich nicht).
Man kann so vorgehen: Sich einen idealen Trafo vorstellen und dem EINE einzige Längsinduktivität hinterherschalten. Damit hat man für einen Trafo betrieben bei einer Frequenz eine Ersatzschaltung. Praktisch: 1. Primärspannung und Sekundärspannung bekannt bzw. messen. 2. Primärwiderstand und Sekundärwiderstand DC-mäßig messen. 3a. Sekundärseite kurzschließen, Primärinduktivität messen. 3b. Primärseite kurzschließen, Sekundärinduktivität messen. Das habe ich bei einem Trafo gemacht: Beitrag "Re: Elektronisch stabilisiertes Netzteil" Für das Ersatzschaltbild muß man dann für Punkt 3 natürlich deine Betrachtungen berücksichtigen. Die z.B. Primärinduktivität kann ja nicht direkt bestimmt werden. Schaut man sich die Werte an, scheint es bestimmte formale Idealzusammenhänge für realistische wirtschaftliche Trafos zu geben. Leider fand ich darüber recht wenig: 1. Kupferverluste gleich Eisenverluste 2. Streuinduktivität ca. 1% der Nenninduktivität Eine sehr aufwändige Abhandlung gibts hier: http://home.earthlink.net/~christrask/Wideband%20Transformer%20Models.pdf
Reale Trafos mit Eisenkern sind nicht so wirklich linear, vor allem wenn die Magnetisierung recht groß wird. Insbesondere der Strom zur Magnetisierung hängt nicht so ganz linear von der Spannung ab. Damit kann es passieren das man über das Spannungsverhältnis oder mit der Kurzschlussmethode verschiedene Werte miss - einfach weil das einfache Modell mit einem Kopplungsfaktor nicht mehr Stimmt. Welches Verfahren dann das passendere ist, hängt dann davon ab wofür man den Wert braucht. Um den Kurzschlussstrom abzuschätzen dürfte z.B. die Kurzschlussmethode passender sein - für die Leerkaufspannung eher das Spannungsverhältnis.
>Moin, ich möchte den Kopplungsfaktor meines Trafos bestimmen.
Warum?
Ulrich H. schrieb: > Reale Trafos mit Eisenkern sind nicht so wirklich linear, vor allem wenn Ich denke, dass ist sehr richtig und wichtig, so dass eine Diskussion, ob die eine oder andere Methode mehr oder wenige vorteilhaft ist, recht müßig ist. Zumindest wenn man keine Betriebsbedingungen festlegt. Je weiter der Kern in die Sättigung getrieben wird, was schon bei Nennspannung sehr ausgeprägt sein kann, desto geringer ist das µR und desto mehr Feldlinien laufen außerhalb des Kerns - ergo geht der Kopplungsfaktor zurück. Ulrich H. schrieb: > für die Leerkaufspannung eher das Spannungsverhältnis. Das hat mir besonders gefallen.
Hat denn nie jemand die Verhältnisse ausreichend komplett erfasst? Jeder MOSFET ist fest im Griff der Modellierung, nur beim ollen Trafo scheiterts regelmäßig. Offensichtlich müßte man irgendwie zwischen beiden Meßvarianten arbeiten.
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Abdul K. schrieb: > Hat denn nie jemand die Verhältnisse ausreichend komplett erfasst? Magnetische Nichtlinearitäten und andere Effekte lassen sich, glaube ich, in modernen Simulatoren durchaus erfassen. Aber da 1. Trafos in den meisten Fällen individuelle Produkte sind und 2. selten damit simuliert wird, gibt es wohl auch keine Standard-Modelle und so können die Hersteller dafür auch keine Daten liefern. Mal sehen, ob ich noch genug Langeweile und Lust habe, mal einen oder zwei Trafos bei verschiedenen Spannungen nach der einen Methode zu vermessen und mit der anderen zu vergleichen. Dann klebe ich hier noch einen Beitrag dran. Dafür müsste ich auch erst mal meinen Regeltrafo aus dem Büro hierher schaffen - das kann noch dauern.
Hallo, der Transformator wird nicht mit der Netzfrequenz betrieben, sondern mit 25 kHz.Als magnetischer Kreis wird ein Ferritkern eingesetzt. Ich habe nach einer allgemeinen Messmethode zur Bestimmung der Kopplung gesucht. @Abdul K. Die Methode die du vorgeschlagen hast mit k=WURZEL(1-Lshort/Lopen), ist wohl nur bei Spulen mit hoher Güte anwendbar. Ein interessanter Artikel dazu, der auch die Zusammenhänge mathematisch angeht. http://www.radiomuseum.org/forumdata/upload/kopplungsfaktor_rel.pdf Am Ende des Artikels taucht eine interessante Gleichung auf, mit der man den Kopplungsfaktor aus gemessenen Trafoelementen bestimmen kann. Nur braucht man dazu ein Induktivitätsmessgerät. Das ich zwar habe, aber den Werten nicht ganz so traue. Daher bevorzuge ich die Methode mit Messung der induzierten Spannung. Was mir noch Kopfzerbrechen bereitet, ist die Frequenz der eingespeisten Spannung. Diese scheint doch einen größeren Einfluss auf die Messung zu haben. Im Grunde ist es ja der Skin- und Proximityeffekt. Mit HF-Litze sollte das aber kein so großen Einfluss haben. Habe die Kopplung mit der induzierten Spannungsmethode und mit der letzten Gleichung aus dem obigen PDF-Artikel bestimmt. Beide Ergebnisse weichen voneinander ab... Bei der Spannungsmethode erhalte ich eine Kopplung von ca. 60% und mit der Gleichung 70%
Hm. Auf einem Ferritkern so schlecht? Dann hast du wohl die Wicklungen voneinander abgesetzt, so wie bei stromkompensierten Netzdrosseln. Interessantes Paper! Warum bloß ist "Text kopieren verweigern" so beliebt bei pdfs? Also er schreibt dann am Ende, man müsse die Blindanteile für low-Q Bauelemente messen. Finde ich nicht gerade eine einfache Methode. Klar, wenn man einen Netzwerkanalysator hat. Aber wer hat schon sowas?
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Hier ungeschützte Version. Ich meine den Satz: "Messtechnisch muss hier also der Blindanteil des im Primärkreis auftretenden komplexen Widerstandes bei kurzgeschlossener Sekundärspule, sowie die Induktivitäten L 1 und L 2 und der Reihenverlustwiderstand R V2 der Sekundärspule bei einer vorgegebenen Kreisfrequenz ω bestimmt werden."
Alle Elemente in der Gleichung können mit einer LCR-Messbrücke gemessen werden. Einen Netzwerkanalysator braucht man nicht. Den Imaginärteil aus der Gesamtimpedanz Z erhält man, bei sekundärseitigem Kurzschluss. @Uwe Beis. Wäre schön wenn du einer Trafos nach der Spannungsmethode vermessen könntest. Würde mich mal interessieren was du für Ergebnisse erhälst.
Wer misst, misst Mist. Noch habe ich das "Zeugs" für die Spannungsmethode nicht hier, aber ich habe mal mir der Kurzschlussmethode angefangen - und merke, dass das doch alles komplexer ist. Ich habe hier: Trafo M65B, 54 VA, Primär 2 x 117 V, Sek. 2 x 20 V/0,5 A, 1 x 10 V/1 A, 1 x 25 V/1 A. L/C-Meter HM8018, Oszi, Frequenzzähler, Funktionsgenerator, Multimeter. Erste Messung: Mit L-Meter Primär 1,320 H wenn alle sek. offen. Primär 15,1 mH wenn 2 x 20 V kurzgeschlossen - plausibel Primär 31,6 mH wenn 24 V kurzgeschlossen - plausibel Primär 24,0 mH wenn 10 V kurzgeschlossen - plausibel Primär 18,2 mH wenn alle kurzgeschlossen - ??? Wie bitte? Wenn nur 2 x 20 V kurzgeschlossen ist, ist K größer als wenn alle kurzgeschlossen sind? Mehrfach nachgeprüft: Ja, so ist es. Außerdem: Primär 18,1 mH wenn 2 x 20 V und 24 V kurzgeschlossen Primär 15,7 mH wenn 2 x 20 V und 10 V kurzgeschlossen Primär 28,4 mH wenn 24 V und 10 V kurzgeschlossen Kann mir das jemand erklären? Da ich meinem HM8018 nicht ganz traue, weil ich nicht ganz sicher bin, ob ich die Reparatur nach dem Gebrauchtkauf wirklich vollständig und richtig gemacht habe, habe ich die Induktivitäten mit Resonanzmessungen verifiziert. Mit einem Folien-C, 33 nF, 1%, über 47 k eingekoppelt, Phasenverschiebung 0°, ergab sich: Leerlauf Primär: Resonanz bei 752 Hz -> 1,357 H --- passt doch! Kurzschluss 2 x 20 V: Resonanz bei 6,9 kHz -> 16,1 mH --- na also! Ohne 33 nF: Kurzschluss 2 x 20 V: Resonanz bei 63 kHz, d.h., die Wicklungskapazität ist ca. 400 pF, also vernachlässigbar. So, nun stehe ich da, und weiß nicht, was ich mit Ergebnissen anfangen soll. Ich fürchte, ohne die volle Dröhnung der Formel auf Seite 7 unten in kopplungsfaktor_rel.pdf sind Messungen, zumindest an diesem Trafo, nicht sehr zuverlässig.
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Freut mich, wenn auch andere Probleme haben. Fühle mich dann nicht so einsam und dumm. Ich meine, hier ist man ja immer von den vielen High-Performern umgeben, die alle 100K+ im Jahr bekommen und sich auf den Malediven zum Kaffee treffen. Solche komische Ks gibts eigentlich nur bei Drehstromtrafos. Vielleicht würde es was bringen, wenn man die zwei gleichen 117V Wicklungen näher untersucht?
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Was ich noch ganz vergaß: Er schrub: "der Transformator wird nicht mit der Netzfrequenz betrieben, sondern mit 25 kHz.Als magnetischer Kreis wird ein Ferritkern eingesetzt."
@Uwe Beis Hast du mal die Elemente einzeln ausgemessen und dann mal den Kopplungsfakor k mit der Formel auf S. 7 mit dem gemessenen Kopplungsfaktor verglichen? Ich habe auch ein LCR-Messgerät von Hameg und zwar den HM8118 Übrigens, wie hast du die Wicklungskapazität von 400pF bestimmt? Grüße Daniel
Ich vermute das du die Resonanzfrequenz des Trafos im Leerlauf bestimmt hast und anschließend auf die Kapazität über die gemessene Primärinduktivität zurückgerechnet hast?
Daniel schrieb: > Ich vermute das du die Resonanzfrequenz des Trafos im Leerlauf bestimmt > hast und anschließend auf die Kapazität über die gemessene > Primärinduktivität zurückgerechnet hast? Ja, richtig. Nach der Bestimmung der Resonanzfrequenz mit 33 nF als 6,9 kHz habe ich die Resonanzfrequenz ohne ext. Kapazität als 63 kHz bestimmt. Daraus ergibt sich ungefähr 400 pF, prinzipiell waren es vorher also ~33,4 nF und mathematisch wäre der Ansatz nicht korrekt, aber darauf kommt es jetzt nicht mehr an. Daniel schrieb: > Hast du mal die Elemente einzeln ausgemessen und dann mal den > Kopplungsfakor k mit der Formel auf S. 7 mit dem gemessenen > Kopplungsfaktor verglichen? Nein. Das Bisschen, was ich da gemacht habe, war schon aufwändig genug, weil ich wegen der unerklärlichen Ergebnisse alles Mögliche doppelt nachprüfen musste. Bis ich zur Spannungsmethode komme, wird es noch eine Weile dauern. Außerdem werde ich einen oder zwei viel einfachere Trafos nehmen. Wenn ich mal groß bin, werde ich mir auch ein HM8118 leisten können...
Jeden linearen Vierpol kann man durch ein T-Ersatzschaltbild ersetzen. Die drei Impedanzen kann man durch Messung der Vierpolparameter Z11, Z22 und Z12 leicht ermitteln. Im Falle eines Trafos sind daraus L1, R1, L2, R2 und M eindeutig bestimmbar. Es ist aber die Frage, wie gut so ein Trafomodell dann über über verschiedene Frequenzen und Aussteuerungen ist und wie man den Kopplungsfaktor überhaupt definiert, wenn Eisenverluste vorhanden sind, und Z12 nicht rein reaktiv ist. Einen Zahlenwert für k kriegt man immer raus, der kann aber durchaus von anderen Parametern abhängen. Ist das sinnvoll? Das hängt davon ab, was man wirklich damit tun will: Daher ist diese ganze Diskussion eher fragwürdig...
Michael W. schrieb: > Daher ist diese ganze Diskussion eher fragwürdig... Zu dem Ergebnis sind wir auch schon gekommen. Allerdings interessiert uns doch, was so ungefähr in der Praxis passiert, daher will ich noch einen Versuch mit unterschiedlichen Spannungen (Sättigungen) an einem Trafo machen.
Michael W. schrieb: > Es ist aber die Frage, wie gut so ein > Trafomodell dann über über verschiedene Frequenzen und Aussteuerungen > ist und wie man den Kopplungsfaktor überhaupt definiert, wenn > Eisenverluste vorhanden sind, und Z12 nicht rein reaktiv ist. Es soll kein Modell für jede beliebige Frequenz und Aussteuerung sein. Sondern ein Modell für meinen Transformator in der Nähe des Arbeitspunkts.Um zu anderen um ein Gefühl zu bekommen in welchem Bereich die Kopplung liegt. Mir ist klar das ich mit so einem einfachen Modell das Sättigungsverhalten wohl kaum berücksichtigen kann. Wie aus dem Paper bereits entnehmbar ist, hat man einen frequenzabhängigen Kopplungsfaktor k. In Sättigung kommt mein Kern bei den Messungen nicht, da ein Luftspalt eingebaut ist. Eisenverluste gibt es beim Ferritkern nicht. Wobei die Kernverluste bei einem Ferritkern bei der Betriebsfrequenz so unbedeutend klein sind. Mich würde auch interessieren wie das in der Praxis gemacht wird.
Was den Ferrittrafo angeht: Warum nicht geometrisch vergleichen anhand der Beispiele von http://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm Der Eisentrafo ist natürlich ne größere Baustelle. Ehrlich gesagt, habe ich das für mich ziemlich aufgegeben. Bei den üblichen Kleintrafoherstellern war ich auch nicht erfolgreich. Die verstehen die Fragen meist erst gar nicht. Da werden wohl stur Tabellen und Diagramme aus den 50ern verwendet.
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