bewickelter Ringkern als Stromwandler/Transformator

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Autor
bewickelter Ringkern als Stromwandler/Transformator
Suche nach: transformator (1299)

    







BID = 840165

elektrorobert

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Hallo,
habe mal eine Frage zum Themengebiet Stromwandler/Transformator:
Bild eingefügt

Durch einen Eisenpulverringkern mit ca 2000 Windungen Kupferdraht ist eine Leitung durchgesteckt, durch der ein einstellbarer Wechselstrom mit 50Hz fließt. Die Spule des Ringkerns(Sekundärwindung) ist an einen einstellbaren Widerstand angeschlossen. Der Widerstand wird leistungsangepasst eingestellt.

Folgendes ist mir aufgefallen:
Je nachdem wie groß der Strom in der Primärwindung(durch den Ringkern gesteckte Leitung) liegt der Widerstand für den Fall der Leistungsanpassung woanders.
Bsp: Primärstrom | Widerstand für Leistungsmaximum
1,5A | 20kOhm(2,5mW)
3A | 12kOhm(11,2mW)
6A | 5kOhm(30,7mW)

Wieso bekomme unterschiedliche Widerstandswerte heraus(sollte nicht die Anpassung fix bei einem Widerstandswert sein)?
Die Flussdichte im Kern durch die eine Primärwindung dürfte doch noch nicht für nichtlineare Sättigungserscheinungen ausreichen.

Hoffe jemand weiß eine Erklärung.
Vielen Dank schon mal


BID = 840169

perl

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Zitat :
Die Spule des Ringkerns(Sekundärwindung) ist an einen einstellbaren Widerstand angeschlossen. Der Widerstand wird leistungsangepasst eingestellt.
Das sollte man nicht machen, wenn man messen will.

Zitat :
Die Flussdichte im Kern durch die eine Primärwindung dürfte doch noch nicht für nichtlineare Sättigungserscheinungen ausreichen.
Augenscheinlich doch.
Schau dir mal die Stromform auf der Primärseite (Meßwiderstand verwenden) und gleichzeitig die dazugehörige Spannungsform auf der Sekundärseite mit einem Oszilloskop an!

Wenns genau und platzsparend werden soll, kann man auch den Kupferwiderstand der Sekundärwicklung nicht mehr vernachlässigen und verwendet deshalb eine weitere Kompensationswicklung, deren Strom man so steuert, daß die Spannung an der unbelasteten Sekundärwicklung zu Null wird.
Den Strom durch diese Kompensationswicklung kann man mit den üblichen Methoden messen.

BID = 840172

elektrorobert

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Zitat :


Zitat :

Zitat :
Die Spule des Ringkerns(Sekundärwindung) ist an einen einstellbaren Widerstand angeschlossen. Der Widerstand wird leistungsangepasst eingestellt.

Das sollte man nicht machen, wenn man messen will.

Ich will nicht messen, sondern den Ringkern zur Energieübertragung nutzen(aber mit nur einer Primärwindung),daher die Leistungsanpassung.

Die Stromform habe ich mir angeschaut und festgestellt, dass wenn der Widerstand oberhalb der Leistungsanpassung liegt, die Sinusspannung immer mehr verzerrt wird.

Aber zurück zur Flussdichte, bei einer Primärwindung ist doch die Flussdichte im Kern entsprechend niedriger, als wenn man den gleichen Primärstrom durch mehrere Windungen schickt? Wieso kommt man dann schon in die Sättigung, kann das einer erklären?
Wirkt sich diese Sättigung dann auf die Innenimpedanz des Kernes aus(woraus eine unterschiedliche Leistungsanpassung resultiert)?

BID = 840176

perl

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Zitat :
Aber zurück zur Flussdichte, bei einer Primärwindung ist doch die Flussdichte im Kern entsprechend niedriger, als wenn man den gleichen Primärstrom durch mehrere Windungen schickt? Wieso kommt man dann schon in die Sättigung, kann das einer erklären?
Dann wirst du wohl, im Gegensatz zu deiner Behauptung einen Eisenpulverkern verwendet zu haben, wohl doch ein hochpermeables Material erwischt haben.
Du kannst ja mal unter Verwendung der Sekundärspule und eines Kondensators versuchen die Resonanzfrequenz zu bestimmen und daraus µrel zu berechnen.
Mit der Soundkarte des PC und etwas Freeware als NF-Generator sollte das möglich sein.
Versuche die Komponenten so zu wählen, dass deren Blindwiderstände viel größer sind, als der Gleichstromwiderstand der Spule.

P.S.:
Wie hast du denn überhaupt die Leistungsanpassung bestimmt?

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 26 Jul 2012 18:44 ]

BID = 840271

elektrorobert

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ja, stimmt, ganz sicher war ich mir mit dem Kern nicht. Habe nun nur erfahren, dass der Typ von Vacuumschmelze ist( Trafoperm N2).
gefunden habe ich auf der Homepage lediglich Infos zum Trafoperm N3:
"TRAFOPERM N3® is part of VAC's group of Silicon-Iron (SiFe) materials and is part of the category of electro-laminations. The saturation of this material is only slightly below that of Iron, but the electrical resistivity is four times higher."


Zitat :

Du kannst ja mal unter Verwendung der Sekundärspule und eines Kondensators versuchen die Resonanzfrequenz zu bestimmen und daraus µrel zu berechnen.
Mit der Soundkarte des PC und etwas Freeware als NF-Generator sollte das möglich sein.
Versuche die Komponenten so zu wählen, dass deren Blindwiderstände viel größer sind, als der Gleichstromwiderstand der Spule.

Wäre es nicht einfacher die Induktivität(und daraus das µrel ) mit einem einfachen LR Ladekreis zu bestimmen(analog zum RC Ladekreis)? Könnte man dann ja per Oszilloskop die Zeit genau bestimmen. Frequenzgenerator hätte ich hier allerdings auch, falls das mit dem Schwingkreis einfacher/genauer ist. Der Wicklungswiderstand der Spule liegt jedenfalls bei 65 Ohm.


Zitat :

Wie hast du denn überhaupt die Leistungsanpassung bestimmt?

Einfach Spannung und Strom am Lastwiderstand der der Sek. Spule gemessen und werde in einen Graphen gezeichnet und max. Leistung bestimmt.

BID = 840277

perl

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Zitat :
Einfach Spannung und Strom am Lastwiderstand der der Sek. Spule gemessen
Das hatte ich befürchtet.
"Einfach mal messen" ist bei nichtsinusförmigen Signalen gar nicht so einfach, es sei denn, du hättest ein Instrument mit Effektivwertbildung (TrueRMS) verwendet.


Zitat :
Wäre es nicht einfacher die Induktivität(und daraus das µrel ) mit einem einfachen LR Ladekreis zu bestimmen(analog zum RC Ladekreis)? Könnte man dann ja per Oszilloskop die Zeit genau bestimmen
Eben das ist eine ziemlich ungenaue Angelegenheit, sowohl was die Zeitmessung als auch die Spannungsmessung angeht.
L über die Resonanzfrequenz zu bestimmen ist viel einfacher und genauer, solange der Kondensator gut bekannt ist. Dessen Kapazität kann man heute mit vielen DMM recht genau bestimmen.
Insbesondere aber Vorsicht mit Keramikkondensatoren, da deren Dieelektrika oft einen fürchterlichen Temperaturkoeffizient aufweisen und darüber hinaus auch noch spannungsabhängig sind.
Glimmerkondensatoren oder Folienkondestoren mit Polystyrol oder Polypropylen (FKP, MKP) sind am besten geeignet, aber Polyesterfolie (MKT) ist hier sicher auch noch gut genug.

Jedenfalls hast du einen Kern für Leistungsübertrager erwischt, dessen Permeabilität ein Vielfaches der typischen Werte für Pulvereisen beträgt.
http://www.sekels.com/distribution-.....offe/



BID = 840289

elektrorobert

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[/quote]ja das habe ich vergessen zu schreiben. Wie gesagt ist mir auch aufgefallen, dass die Ausgangsspannung des Kernes bei höheren Widerständen oberhalb der Leistungsanpassung stark verzerrt wird. Der Unterschied ist mir dann auch aufgefallen, als ich die Messungen noch mal mit einem TrueRMS Messgerät gemacht habe. Aber noch mal Danke für den Tipp, da bin ich zuerst drauf reingefallen.

Gut, jetzt wo ja µrel vom Kern bekannt ist(Perls Link von sekels), kann es denn nun sein, dass ich wirklich eine so hohe Flussdichte mit einer Primärwindung erzeuge, dass ich in die Sättigung(nichtlineare Bereiche komme) gehe? Kann ich mir immer noch nicht vorstellen, habe da aber auch noch nicht so viele Erfahrung damit(die hier im Forum sicherlich einige haben )

BID = 840305

perl

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Zitat :
kann es denn nun sein, dass ich wirklich eine so hohe Flussdichte mit einer Primärwindung erzeuge, dass ich in die Sättigung(nichtlineare Bereiche komme) gehe?
Dafür ist die magnetische Länge maßgebend, und die ist bei Ringkernen ganz gut zu berechnen: l=d*π.
Wenn du dir aber einmal die Hysteresekurven solcher Materialien ansiehst, wird du bemerken, daß die Nichtlinearitäten schon weit unterhalb der Sättigungsinduktion beginnen.
Bei Netztrafos führt das zu einer Verzerrung des Primärstroms, aber das interessiert normalerweise niemanden, weil diese Trafos nicht mit eingeprägtem Strom, sondern mit sinusförmiger Spannung betrieben werden.
Die Sekundärspannnug bleibt dadurch auch sinusförmig; jedenfalls, solange der Spannungabfall am Kupferwiderstand der Primärwicklung gering bleibt.

Drosseln bzw. Trafos, bei denen der Kern absichtlich stark in die Sättigung getrieben wurde, waren übrigens in der Vor-Halbleiterzeit durchaus vertraute Bauteile. Man verwendete sie z.B als Impulstransformatoren oder um den Kontaktabbrand an mechanischen Synchrongleichgrichtern zu verringern.

BID = 840914

elektrorobert

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Zitat :

Die Sekundärspannnug bleibt dadurch auch sinusförmig; jedenfalls, solange der Spannungabfall am Kupferwiderstand der Primärwicklung gering bleibt.

In meinem Fall ist doch die Primärwindung nur der eine Draht(1 wdg) und hat daher auch einen geringen Kupferwiderstand.
Ich habe, wie schon geschrieben, festgestellt, dass die Sekundärspannung dann verzerrt wird, wenn die angeschlossen Last immer höherohmig wird.
Daher verstehe ich deine Erklärung leider nicht ganz.
Könnte man es vielleicht so sagen:
Im Falle einer niederohmigen Last(oder Kurzschluss) an der Sekundärseite, ist der Sekundärstrom gerade so groß, dass er das Magnetfeld im Kern fast zu null kompensiert. Dadurch wird der Kern in einem schmalen Bereich der Hystereskurve betrieben und die/der Ausgangsspannung/strom ist sinunsförmig.
Im hochohmigen Fall hingegen wird das Magnetfeld der Primärseite nicht durch einen induzierten Strom der Sekundärseite kompensiert(Lenzsche Regel) und verzerrt sich, da der Kern im weiteren Bereich der Hysterekurve betrieben wird.
Hoffe ich liege nicht total falsch.

Zum Schluss noch eine Frage zur Leistungsanpassung/Spannungswandlung der Sekundärseite:
Wenn ich die gleichgerichtete und geglättete Spannung der Sekundärseite mit einem Schaltregler auf eine feste Spannung regeln möchte, findet der Schaltregler automatisch den Punkt der Leistungsanpassung oder muss man den irgendwie einstellen.Ziel ist es die max. Leistung aus der geregelten Spannung zu erhalten. Ich kenne mich zwar ein wenig mit Schaltreglern aus, aber stehe bei der Frage gerade auf dem Schlauch..

BID = 840920

perl

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Zitat :

Zitat :

Die Sekundärspannnug bleibt dadurch auch sinusförmig; jedenfalls, solange der Spannungabfall am Kupferwiderstand der Primärwicklung gering bleibt.

In meinem Fall ist doch die Primärwindung nur der eine Draht(1 wdg) und hat daher auch einen geringen Kupferwiderstand.
Nur, dass du diese sehr geringe Primärspannung nicht gemessen hast, und durch Innenwiderstand der speisenden Schaltung i.W. mit einem sinusförmigen Primärstrom arbeitest.
Wenn du es schaffst, kannst du dir ja mal die Primärspannung direkt am Übertrager anschauen. Dann wirst du feststellen, dass auch sie schon verzerrt ist.

Im Übrigen stimmt dein Verständnis der Vorgänge wohl so, wie du es hingeschrieben hast und solange nicht noch eine primär- oder auch sekundärseitige(!) Gleichstrombelastung hinzukommt.

Ob das Ding also als Transformator mit einer halbwegs sinusförmigen Ausgangsspannung arbeitet, oder als Impulsformer, der bei den primärseitigen Stromnulldurchgängen in der Sekundärspule nur kurze Spannungsimpulse induziert, richtet sich tatsächlich nach der Spannung der Sekundärwicklung; genauer gesagt nach deren Integral, das auch Spannungs-Zeitfläche genannt wird.



Zitat :
findet der Schaltregler automatisch den Punkt der Leistungsanpassung
Schön wär's.
Mir ist jedenfalls keine einfache Schaltung bekannt, die von sich aus den MPP aufsucht.
In gewisser Weise macht ein Sperrwandler etwas ähnliches, indem er von Prinzip her über einen weiten Bereich von Ausgangsspannungen arbeitet, indem der Transistor stets bei einem bestimmten Strom und damit Energiegehalt der Speicherdrossel abschaltet.
Da aber die Aufmagnetisierung (=Energieaufnahme) bis dorthin umso länger dauert, je niedriger die Speisespannung ist, und die Entmagnetisierung (=Energieabgabe) um so länger, je niedriger die Ausgangsspannung ist, verändert er seine Schwingfrequenz und damit die gepumpte Leistung über einen weiten Bereich.
Du wirst das also sorgfältig optimieren müssen.

Eines kann ich dir aber jetzt schon versprechen:
Mehr, als du hineinsteckst, kommt auch aus einem noch so gut durchdachten Wandler nicht heraus.

BID = 841050

elektrorobert

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Zitat :

Wenn du es schaffst, kannst du dir ja mal die Primärspannung direkt am Übertrager anschauen. Dann wirst du feststellen, dass auch sie schon verzerrt ist.

tja da wüsste ich bloß nicht, wo die "Primärspule beginnt. Nicht vergessen, ich habe folgenden Übertrageranordnung:
Übertrager
Aber du meintest ja schon: " wenn du es schaffst" ^^

Ein Sperrwandler ist ja an sich noch kein vollständiger SchaltREGLER, sondern vom Prinzip her auch ein Aufwärts/Abwärtsregler(buck/boost converter) nur mit galvanischer Trennung.

Ein Schaltregeler schaut sich ja ständig dessen Ausgangsspannung an und regelt dementsprechend die Schaltfrequenz/Tastrate, um diese entsprechend bei Belastung aufrecht zu erhalten. Wird der Ausgang des Schaltreglers(der an meiner sek. Seite des Übertragers angeschlossen ist) nun belastet, so müsste doch automatisch der Arbeitspunkt der Eingangsspannung(Leistungsanpassung nicht nach Lastwiderstand sondern nach Lastspannung) zum MPP(maximum power point) verschoben werden.

Na ja ich werde jetzt erst mal nach gewissen Schaltreglern ausschau halten und das ganze dann auch experimentell untersuchen.
Was ich einfacher halber zusammenfassend eigentlich suche ist nicht ein Schaltregeler, der automatisch den MPP findet(was natürlich toll wäre), sondern ein Regler, bei dem man nicht nur eine feste Ausgangsspannung hat, sondern die Eingangsspannung(bei dem der MPP ist) vorgibt. Natürlich mit den Regeloptionen, sonst wäre es ja kein Regler

Bis hierhin aber erst mal vielen Dank für die hilfreichen Antworten

[ Diese Nachricht wurde geändert von: elektrorobert am  1 Aug 2012  0:53 ]

BID = 841077

perl

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Zitat :
Ein Sperrwandler ist ja an sich noch kein vollständiger SchaltREGLER, sondern vom Prinzip her auch ein Aufwärts/Abwärtsregler(buck/boost converter) nur mit galvanischer Trennung.
Nun betreibst du Wortklauberei.
Um etwas -egal wie zu regeln- muß erst einmal etwas zum Regeln vorhanden sein.
Wie ich deinen Beiträgen entnehme, gebricht es aber vor allem daran. Du bekommst zu wenig Leistung aus dem Übertrager.

Daher empfehle ich dir zunächst festzustellen, wieviel Leistung du brauchst.
Damit kannst du dann die Daten des benötigten Übertragers ermitteln.
Dabei kannst du dich an den Daten für entsprechende Netztrafos orientieren.
I.W. geht es dabei um den Kernquerschnitt und den zur Verfügung stehenden Wickelraum.







BID = 841201

elektrorobert

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Wie schon geschrieben, bewege ich mich im mW Bereich. Mit diesem Wandler möchte ich stromeffiziente µC Sensorschaltungen betreiben(Verbrauch liegt im µW Bereich).
Es geht also lediglich darum einen vorhandenen Ringkern so auszulegen(Anz. Sek. Windungen, Spannungsbetrieb für maximale Leistungsabgabe), dass ich genug Leistung in dem Bereich bekomme(was bei dieser schon ausgemessen Spule der Fall ist).

Bei Linear habe ich auch schon einen entsprechenden Wandler gefunden, der speziell für Niedrigenergieanwendungen konzipiert wurde:
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/35881fa.pdf
Die Frage wäre, ob sich dieser Baustein beim Betrieb auch im Leistungsmaximum der Spule bewegt.
Piezos verhalten sich doch aber als Spannungsquellen ähnlich wie die Spule meines Übertrager(vgl Bild im Anhang und Datenblattseite 11 Fig.4). Von daher denke ich, dass der Wandler der Spule maximale Energie entnimmt.
Würde das so klappen?
Danke

BID = 841204

perl

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Zitat :
Die Frage wäre, ob sich dieser Baustein beim Betrieb auch im Leistungsmaximum der Spule bewegt.
Wozu denn noch, wenn du nur ein paar µW brauchst?
Aus deinen Meßergebnissen geht ja hervor, dass du Leistungen im mW-Bereich zur Verfügung hast. Da genügt doch eine Zenerdiode um zu verhindern, daß die Versorgungsspannung für diese µW-Elektronik bedenkliche Werte annimmt.


Zitat :
Piezos verhalten sich doch aber als Spannungsquellen ähnlich wie die Spule meines Übertrager
Eher ist das Gegenteil der Fall, insbesondere, wenn du zwecks ökonomischer Fertigung die Windungszahl deines Übertragers reduzierst.

Dann hast du eine Quelle mit induktivem Verhalten, die gut geeignet ist um hohe Ströme bei niedriger Spannung zu liefern, während Piezos in erster Linie kapazitives Verhalten zeigen und hohe Spannungen bei wenig Strom liefern können. Wie hoch diese Spannugen sein können, siehst du an den billigen Gasfeuerzeugen, in denen ein kleiner Zylinder aus Piezokeramik die Hochspannung für den Zündfunken liefert.
Es existieren sogar auf dieser Basis (zwecks Erzeugung von mechanischen Spannungen wird das Piezoelement dabei impulsweise elektrisch geheizt) Röntgengeneratoren, die nicht größer als ein Transistor im TO-5 Gehäuse sind.

BID = 846857

elektrorobert

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Ist zwar schon ein wenig her, aber trotzdem noch mal Danke für die bisherigen Antworten.

Ich bin verzweifele gerade ein wenig am folgenden Problem:

Mein obiger Ringkern hat ja wie gesagt ca. 2000 Wdg und besteht aus dem Material Trafoperm N2 von der VAC.
Jetzt habe ich folgende Eisenpulver Kerne bei Reichelt bestellt:
http://www.reichelt.de/Amidon-Eisen.....83be3

Diese mit 1100 bis 2000 Wdg bewickelt(zum Bewickeln habe die Kerne sauber halbiert mit glatter Schnittfläche, sodass sie wieder glatt zusammengefügt werden können. Sie sollen später auch öffenbar sein!), um sie ebenfalls "Transformator" mit einer Primärwindung zu betreiben.

Was bei dem Trafoperm Kern von der VAC(wird leider nicht mehr als Ringkern verkauft, nur noch als Bandmaterial) super funktioniert, lässt mich bei den Amidon Kernen verzweifeln.
Bei einem Primärstrom von 1,5A-6A messe ich lediglich eine Induktionsleerlaufspannung im mV Bereich, während bei dem Kern der VAC 10-25V rauskamen. Der Kurzschlusstrom liegt hingegen zwischen 1-6mA bei den Amidon Kernen.

Die gewickelten Windungen sind elektrisch OK(DC Widerstand von 50-90 Ohm gemessen).

Wo liegt der Fehler? Sind Eisenpulverkerne oder auch amorphe/nanokristalline Materialen ( http://www.vacuumschmelze.de/index.php?id=140 ) nicht für solche Leistungsübertragungen geeignet?

Ich hoffe mein Problem ist verständlich


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