Trafo wird heiß

Hallo Helmut,

bei Netztransformatoren werden (wurden) die Bleche grundsätzlich wechselseitig geschichtet um den Luftspalt möglichst gering zu halten, so kann die max. verfügbare Eisenpermeabiltät genutzt werden.

Bei Ausgangstransformatoren (Eintakt) mit Gleichstromvormagnetisierung ist ein definierter Luftspalt erfoderlich und das ist nur bei einseitiger Schichtung zu erreichen. Das führt aber zu einer Verringerung der Permeabilität µr und muß durch entsprechend höhere Windungszahlen bei der Wicklungsdimensionierung berücksichtigt werden.

Das Gesagte gilt vordergründig für EI-Schnitte. Bei M-Schnitten ist der Luftspalt bereits produktionsseitig vorgegeben - bei Netztrafos ist er so gut wie null. Auch bei M-Blechen werden Netztrafos wechelsinnig geschichtet, weil dadurch in den Überlappungsbereichen der effektive Lutspalt noch geringfügig verkleinert wird.

Bei der modernen Trafoproduktion werden jedoch die alten Regeln nicht mehr so genau genommen, da werden die I's einfach maschinell auf die E's gedrückt und an den Übergangsstellen mit einer Schweißnaht zusammengebruzzelt - heute muss einfach alles nur schnell gehen...

Freundliche Grüsse, Peter

Hallo Peter,

herzlichen Dank für die schnelle und plausible Beantwortung meiner Frage.

Wenn ich daran denke wie ich in meiner Lehrzeit "Bleche stopfen" durfte, tun mir heute noch die Finger weh !

Viele Grüsse

Helmut

Ja, Helmut. Aber das Auseinandernehmen, um Spule und Draht zu retten, ist auch kein Zuckerschlecken und geht selten ohne blutende Verletzung ab!

sabaheseen postete
...entsteht doch am Kern ein Luftspalt. Ist der notwendig ?

Teilweise ist er erwünscht.

Der gesamte Trafo kann dann nicht schlagartig in die Sättigung gehen. Stichwort ist der Magnetische Kreis:
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Kreis
Bei Wiki ist das leider sehr wissenschaftlich abgehandelt. Ich habe aber ein interessantes Beispiel. Ich besitze einen kleinen Schweißtrafo für Elektroden, der stufenlos einstellbar ist. Vergrößert man den Luftspalt, wird der Schweißstrom geringer. So kann man den optimalen Schweißstrom einstellen in Abhängigkeit von Schweißgut und Elektrodenstärke. Elektroden haben die Eigenschaft, gern mal zu kleben, was praktisch einen Kurzschluß bedeutet. Durch den Luftspalt wird der Strom begrenzt, die Netzsicherung fliegt normalerweise nicht. Würde man z.B. einen Ringkerntrafo nehmen, wird der Strom sehr hoch, die Netzsicherung würde sofort fliegen.
Früher hat man Trafos mit Luftspalt ganz gern bei Ladegeräten für Autobatterien verwendet, damit diese mit annähernd konstantem Strom laden. Eine noch nicht tiefenentladene Autobatterie hat etwa 10 Volt und die Ladeschlußspannung beträgt 14,4 Volt.

Andreas, DL2JAS

Hallo Andreas,

auch Dir herzlichen Dank für die Beantwortung meiner Frage.Dein eigenes Beispiel klingt plausibel. Wenn ich es richtig verstanden habe, wird durch Veränderung des Luftspaltes das Magnetfeld verändert und damit fliesst mehr oder weniger Strom.
Um mit der Darstellung im Wikipedia - Magnetischer Kreis- klar zu kommen, muss man nach m.E. mindestens 5 Semester Physik studiert haben.

Viele Grüsse

Helmut

Hallo,

ich glaube, dass sich hier keiner daran traut eine nachvollziehbare, allgemeinverständliche Aussage über die zu diesem Tread führende Frage zu machen. Warum ein Trafo warm wird, warum der aufgenommene Strom nicht dem ohm'schen Wicklungswiderstand entspricht und wie man den Leerlaufstrom des unbelasteten Trafos bestimmen (abschätzen) kann. Und ich denke die ursprüngliche Frage bezog sich auf einen üblichen Netztrafo.

Alle bisherigen Antworten wichen dem eigentlichen Thema aus. Und jetzt sind wir sogar bei Schweißtransformatoren und sonstigen Spezialanwendungen angelangt. Mit Hinweisen auf komplizierte, unverständliche Abhandlungen im Wiki und ähnlichen Quellen ist dem Fragesteller auch nicht wirklich gedient.

Leider ist das Thema nicht ganz einfach, jedoch sollte man nach einigen Überlegungen und Recherchen hier eine konkrete Aussage machen können, welche auch ein normaler Elektriker nachvollziehen kann.

Ok, nun habe ich ein wenig rumgetönt, obwohl ich auch auf Anhieb die gestellte Frage nicht erschöpfend beantworten kann. Aber ich werde versuchen mich ein wenig schlau zu machen und hoffe eine einleuchtende Erklärung zu finden. Das braucht aber etwas Zeit...

Grüsse, Peter.

Leider ist in allen etwas anspruchsvolleren Bereichen es nicht immer so leicht möglich volksverständliche Simpelantworten aus dem Hut zu nehmen. Elektrotechnik ist eben leider keine Politik, wo ja bekanntlich mit dem Maule oftmals alles super klappt, was dann in praxi leider mit Karachow an die Wand fährt.
Da geht es mirauch nicht anders als anderen in diesem Thread - wie sag ich´s dem geneigten Leser?
Man müßte tiefer in den See abtauchen, aber wer hatdann noch die Puste dafür?
Und tut man´s nicht kommt sofort einer der es auch weiß und sagt zurecht - Ja aber... und was du da schreibst ist zu simplifiziert.

Was haben wir also bisher an Fakten, wo gehen die Verluste hin?
[Akademiker weggehört]
Ganz grob in Eisenverluste und Kupferverluste, in Ummagnetisierungsverluste (physikalisch zu postulierende, nicht diskutierbare Beharrungswiderstände aller zur Veränderung angeregter Beteiligungseinheiten - der Strom will sich einfach nicht mehrfach in der Sekunde zum Gegenteil dessen was er vorher darstellte umdrehen lassen), in parasitäre Widerstände (Wicklungswiderstand) und nicht zuletzt entsteht bei jedem Umwandlungsprozeß in der Physik ein genereller Schwund, Schlupf oder wie auch immer genannte naturgesetzlich verbriefte Verluste.
Und da nirgendwo unten was rauslaufen kann, der Transformator auch keine wesentliche kinetische Energie (wie ein Auto) entwickeln kann solange er festgeschraubt ist, wird all das in Wärmeenergie umgesetzt und an die Umgebung abgestrahlt.

sagnix postete
Hallo,

ich glaube, dass sich hier keiner daran traut eine nachvollziehbare, allgemeinverständliche Aussage über die zu diesem Tread führende Frage zu machen. Warum ein Trafo warm wird, warum der aufgenommene Strom nicht dem ohm'schen Wicklungswiderstand entspricht und wie man den Leerlaufstrom des unbelasteten Trafos bestimmen (abschätzen) kann. Und ich denke die ursprüngliche Frage bezog sich auf einen üblichen Netztrafo.

Alle bisherigen Antworten wichen dem eigentlichen Thema aus. Und jetzt sind wir sogar bei Schweißtransformatoren und sonstigen Spezialanwendungen angelangt. Mit Hinweisen auf komplizierte, unverständliche Abhandlungen im Wiki und ähnlichen Quellen ist dem Fragesteller auch nicht wirklich gedient.

Leider ist das Thema nicht ganz einfach, jedoch sollte man nach einigen Überlegungen und Recherchen hier eine konkrete Aussage machen können, welche auch ein normaler Elektriker nachvollziehen kann.

Ok, nun habe ich ein wenig rumgetönt, obwohl ich auch auf Anhieb die gestellte Frage nicht erschöpfend beantworten kann. Aber ich werde versuchen mich ein wenig schlau zu machen und hoffe eine einleuchtende Erklärung zu finden. Das braucht aber etwas Zeit...

Grüsse, Peter.

naja entweder wollens eine bla bla antwort "weils so ist" oder eine exakte.

und dass die exakte net einfach ist, kann man dem erklärenden net vorwerfen, beschweren sie sich bei den physikalischen grundprinzipien

der anspruch, es für einen (gelernten mit abschlußprüfung) elektriker verständlich zu machen ist mir neu, aber probier mas mal

ohmscher widerstand allein kanns net sein mit einem bisserl nachdenken, da wir hier keinen batterie gleichstrom haben, sondern wechselstrom. das ist vielleicht kompliziert, aber nicht zu ändern

ich oute mich jetzt mal

ich habe elektrotechnik in wien studiert und eine daumen mal pi erklärung bleibt eine solche

aber ihre fragen sind extrem komplex (huch ich erwische mich, so zu klingen wie ein auf einem anderen forum postender ehemaliger mitarbeiter einer ehemaligen radiofirma )

auch wenn sie simpel klingen

die frage:ich glaube, dass sich hier keiner daran traut eine nachvollziehbare, allgemeinverständliche Aussage über die zu diesem Thread führende Frage zu machen. Warum ein Trafo warm wird, warum der aufgenommene Strom nicht dem des ohm'schen Wicklungswiderstand errechneten entspricht und wie man den Leerlaufstrom des unbelasteten Trafos bestimmen (abschätzen) kann. Und ich denke die ursprüngliche Frage bezog sich auf einen üblichen Netztrafo.



warum wird der trafo warm?
1. kupferverluste
stromfluß bewirkt wärme in der wicklung
warum im leerlauf? der kollege vor mir hat eine schöne analogie gebracht: um elektronen oder schwerere dinge zu bewegen, muss energie aufgewendet werden. wenn wir nun in der sekunde 50 mal hin und 50 mal herbewegen ist das eben mehr, als einmal in gang setzen.

vergleichen sie mal eine schwimmbewegung der hand im becken...wie sehr ermüden sie 100 tempi ? im gegensatz zum einmal reingehen und still stehen? eben....
(und ich denke, sie werden mehr angestrengt sein als michael phelps-so wie unterschiedliche trafos)

der strom fließt nun hin und her, erwärmt die wicklung!
ABER das ohmsche gesetz lautet nicht mehr U = I * R sondern U = I*Z
denn es gibt neben dem ohmschen widerstand eben den SCHEINWIDERSTAND bei dem es den ohmschen anteil (kupferwirkwiderstand) als auch blindwiderstände (induktivität und kapazität) gibt.
drum kann mit einem widerstandsmessgerät dass ein paar mA batteriestrom durch einen trafo fließen läßt NIE der scheinwiderstand bestimmt werden. auch der scheinstrom belastet die wicklung!

das geht eigentlich nur bei der sollfrequenz und sollspannung
und einstündigem betrieb.
wieso?
um die verluste zu messen muss die betriebssituation herrschen. das blech wird nur ummagnetisiert und kann widerstand leisten wenn nennspannung bei nennfrequenz anliegt. ebenfalls muss betriebstemperatur herrschen, denn der ohmsche widerstand der die verluste mitbestimmt steigt bei kupfer mit der temperatur.
der bastelkeller mit 18-20° und der heiße trafo im betrieb (wicklungstemp 90...100°) unterscheiden sich da auch grundlegend.
aber das weiß ein gelernter elektriker ja....(auch wenns bestimmt lange her ist, ich begann mein studium vor 33 jahren...auweia..das tut weh!)

meine maturaarbeit bestand darin, einen 500 MW trafo für ein kraftwerk zu berechnen, konstruieren und zu zeichnen (hand, tusche!)
es stand ein texas instruments sr56 taschenrechner zur verfügung,ein reißbrett aus holz, lineale, tuschestifte,bleistifte,zirkel. das war alles...und 2 wochen unter maturabedingungen....


verluste eines trafos: der konstrukteur bestimmt, ob und welche verluste wann auftreten.
faktoren: was macht der trafo? in einem radio unserer lieblingsgattung laufen die meistens mit nennlast...kein leerlauf.darum wird man die kupferverluste niedrig halten und eisenverluste höherer ausprägung in kauf nehmen.(gegenteil wäre stromversorgungstrafo für eine schrebergartensiedlung die nur am wochende im sommer bewohnt wird)
denn für die normgröße (ein radio mit einem doppelt so großen trafo wäre neben den höheren kosten auch volumen nicht akzeptabel)
muss abgewogen werden, wo die präferenz liegt.
also kann im volumen nur eisen oder kupfer angebracht werden. in gewissen grenzen kann und wird das verhältnis je nach anwendung variiert.

warum der ohmsche dc -widerstand neuerlich eine sackgasse ist, ist leicht erklärt: skin effekt: bei wechselstrom steht NICHT der gesamte leitungsquerschnitt dem stromfluss zur verfügung, weil die induzierten ströme im leiter - ganz untechnisch- keinen platz haben und daher nach außen gedrängt werden. es leitet sozusagen nur der außendurchmesser..in der mitte des kupferleiters wird bei wechselstrom kein elektronenfluss statfinden.

darum scheitert das multimeter R neuerlich bei der bestimmung des Widerstandes und daraus befindlichen Verlustes P (= Iquadrat *R) wobei es hier nur ums kupfer geht....sonst S= I2*Z

so das wär mal der grundsätzliche BEGINN der traforechnung.
und da keiner weiß, worauf der konstrukteur seinen schwerpunkt legte ist eine geschätzte (leerlauf-)Verlustleistung nur kaffeesudlesen. keiner weiß das mehr nach 50...80 jahren netzradios.

man kann bestenfalls faustregeln beachten.
ein netztrafo sollte im leerlauf auch nach stunden nicht mehr als 40° eisentemp. bekommen. das gilt bitte NUR für den trafo allein. im gehäuse mit röhren etc gilt das nicht mehr und da ist er ja nicht mehr im leerlauf und unter nennlast!
ein trafo unter last sollte nicht mehr als 70° blechtemp. bekommen (es wurde damals papier zur separation der trafobleche verwendet, das würde zwar nicht brennen, aber riechen)
wenn es ein bißchen abweicht, muss das kein ko sein, kann aber auf isolationsprobleme zwischen den leitern bedeuten. windungsschlüße sind nicht immer totaler kurzschluß oder totaler unterbruch, es können auch nur ein paar windungen sich gegenseitig kurzschließen, bei der anodenspannung zb merkt man das in der spannung nicht, aber in der energiebilanz und gefühlten temp. schon.
trafos sind die panzer des radios....da muss schon einiges schiefgehen, damit es hier zum stillstand kommt.
ich will hier enden....

was das war noch nicht alles? nun ich sag mal nur : einflüsse wie
klirrgrad, einseitige last ( zb einweggleichrichter), dynamischer innenwiderstand, verkettung der induktivitäten, unsauberer netzstrom, usw.

fazit
es gibt weder eine faustformel, wie der fragesteller sie sich wünscht (und sicher JEDER trafokonstrukteur) die die parameter schätzen könnte, noch eine einfache erklärung der physikalischen phänomene:
.)leitung elektrischen stromes
.)wechselstromphysik
.)eisenmagnetisierung
.)induktion
und vor allem der abweichung des IDEALEN physikmodells das berechnet wurde, mit der zu verwirklichenden REALEN KONSTRUKTION

und wollen wir nicht vergessen, wieviel stress diese bauteile im betrieb hatten und wieviele betriebsstunden sie hinter sich haben

( 1 sek 100 mal ummagnetisieren! eine stunde 360.000 mal; 5 stunden am tag, 50 jahre lang- 90 millionen mal hin und her!!!)

so das war ein harter brocken am sonntagmorgen.

wenns nicht so kompliziert wäre, hätte ich es nicht 5 jahre lang studieren müssen, da ist eine 10 zeilige antwort nicht realistisch!
liebe gruße aus ebreichsdorf
radiomeister wolfgang

Hallo alle miteinander,

" Hier stehe ich, ich armer Thor und bin so schlau fast wie zuvor".........

Viele Grüsse

Helmut

Helmut, ich auch!

Otto wollte an sich nur wissen, warum sich ein Trafo im Betrieb erwärmt und ob dies primär oder sekundär geschieht.
Wir haben darauf die Antwort - und noch viele auf nicht gestellte Fragen:
Beim Trafo ist es genauso, wie bei der Glühlampe: 20% der eingespeisten Energie wird in Licht umgewandelt, 80% in Wärme.
Beim Trafo dürfte das Verhältnis günstiger sein: Also 20% Wärme, 80% Sekundärstrom. Überalll, wo Strom fließt, entsteht Wärme und Magnetismus.

Ich habe fertig.

Hallo Peter, hallo Jogi, hallo Wolfgang,

ich erinnere mich noch genau an meine Lehrzeit zum Feld-Wald und Wiesenelektriker.:D Mit beginn der Wechselstromlehre fing es an etwas komplizierter zu werden, wenn da solche Fragen von Schülern gestellt wurden, waren die Antworten meist sehr dürftig. Letztendlich wurde dann einem noch gesagt, das braucht ihr nicht unbedingt zu wissen, für die Prüfung sei es eh nicht relevant.

Wolfgang, wenn ich Deinen Post lese (übrigens sehr gut erklärt):respekt: wird mir einiges bewusst warum die Akademiker damals nicht diskret auf die Fragen eigegangen sind. Zu viele Faktoren spielen eine Rolle um genaue Aussagen machen zu können in welchen Zusammenhang sich Ströme und Spannungen in Abhängigkeit von Frequenz in induktiven Lasten verhalten.

Eine Frage habe ich aber noch zu den Skin-Effekt: tritt dieser auch bei Netzspannung 230V auf, oder nur bei Hochspannung von mehreren tausend Volt?

schabu postete
Helmut, ich auch!

Otto wollte an sich nur wissen, warum sich ein Trafo im Betrieb erwärmt und ob dies primär oder sekundär geschieht.
Wir haben darauf die Antwort - und noch viele auf nicht gestellte Fragen:
Beim Trafo ist es genauso, wie bei der Glühlampe: 20% der eingespeisten Energie wird in Licht umgewandelt, 80% in Wärme.
Beim Trafo dürfte das Verhältnis günstiger sein: Also 20% Wärme, 80% Sekundärstrom. Überalll, wo Strom fließt, entsteht Wärme und Magnetismus.

Ich habe fertig.

Ich auch ! Gruss Helmut

Hallo in die Runde,

der Thread hat sich ja zu einen schönen Abhandlung entwickelt. Es ist mir klar, daß es für die eingangs gestellte Frage keine exakte allgemeingültige Antwort gibt. Leider kommt mir der praktische Ansatz etwas zu kurz.

Mich würde interessieren in welcher Größenordnung sich die Verluste eines Radiotrafos (darauf möchte ich mich hier beschränken) im Nennbetrieb aufteilen? Kupferverluste (primär, sekundär), Eisenverluste. z.B: 1/3 : 1/3 : 1/3 oder 40 : 40 : 20 ?
Sicherlich kann man das auch nachmessen - vielleicht hat aber jemand praktische Erfahrung und eine Faustformel?

Gruß
Wolfgang

Hallo Franz,

der Skin Effekt ist nicht von der Spannung abhängig, sondern von der Frequenz. Bei unserem Netztrafo, welcher mit 50Hz betrieben und dessen Drähte recht dünn sind, wird ist er noch nicht wirklich wirksam. Ich würde also im Zusammenhang mit unseren kleinen Netztrafos, den Skin Effekt als nicht relevant ansehen.

Wenn wir jetzt schon beim Skin Effekt sind und unser Hobby alte Radios sind, hier einige Beispiele wo uns dessen Auswirkungen und Gegenmaßnahmen in den Empfägern begegnen:

Alle Spulen im Lang- und Mittelwellenbereich, auch AM-ZF bestehen aus HF-Litze, also vielen dünnen Litzendrähtchen, um die wirksame, für HF leitende Oberfläche zu vergrößern, damit sich vernünftige Kreisgüten (Trennschärfe) realisieren lassen. Bei Kurzwelle werden recht dicke Kupferdrähte (große Oberfläche) verwendet, das ist bei den geringen Windungszahlen eine brauchbare Lösung. Und wir alle haben bestimmt schon bemerkt, dass die Spulen in den UKW-Boxen versilbert sind, auch dieses ist ein Tribut an den Skin Effekt, denn auf diese Weise wird die gute Leitfähigkeit des Silbers genutzt um die Kreisgüte aufzuwerten.

Ich hoffe damit deine Frage einigermassen praxisorientiert beantwortet zu haben

Grüsse, Peter.

Ja, die Theorie des Transformators ist keineswegs trivial!

Aber glücklicherweise gibt es gerade beim Umgang mit Transformatoren im NF-Bereich, was Netztrafos einschließt, für fast alle den Praktiker interessierenden Fragen sehr gute Näherungsformeln - wenn es etwa um die Identität der Proportionalität der Windungszahlen und der Spannungen, den für eine bestimmte Leistung passenden Kern, die Drahtstärken, zu erwartende Verlustwärme etc. geht.

Eine umfassende theoretische Fundierung ist eigentlich nur für Hersteller sinnvoll und für rein akademische Belange.

Ich empfehle jedem, der vor einer konkreten Fragestellung im Zusammenhang mit Trafos steht, mit den Näherungsformeln zu arbeiten - das klappt prima.
Es klappt auch dehalb so gut, weil wir mit unseren 50 Hz ja fast noch bei Gleichspannung sind und viele Effekte der Wechselstromtechnik nur einen Einfluss haben, den wir vernachlässigen können - wie etwa die oben angesprochene Stromverdrängung.

Eben Achim, der Praktiker nimmt Faustformeln.
Die Rechnerei um des Rechnens willen hat mich schon während meiner Studienzeit (Elektrotechnik) nicht sonderlich angetörnt und so tue ich mir sowas heute freiwillig auch nicht an.

Es ist ja auch so einfach.
Will man bspw. einen End-Verstärker bauen (Halbleiter) der nicht ganz so übel ist wie ein gekaufter Sony oder Technics, dann rechnelt man mit "harten" Faustformeln und dann klappt das auch. Während solche Massenschrott-Hersteller es durchaus so machen, daß die Leistung der Endstufen zusammenbricht, wenn man einen Sinus-Dauerton mit Nennlast aus beiden Endstufen gleichzeitig entnimmt.
Einige treiben es noch bunter und geben die Trafoeingangsleistung an, statt der Sinus-Daurtonleistung oder eine imaginäre PMPO- Phantasieleistung.

Und bei Geräten niedriger Leistungsanforderung nimmt der Bastler eh keinen Spitz auf Knopf gerechneten Trafo, sondern einen der mit Sicherheit nicht einbricht, also mindestens 20% überdimmernsioniert nach Herstellerangabe. Kostenoptimierung an der Stelle ist eh nicht vorrangig, wenn man keine Großserienproduktion anplant sondern im Bastelkeller sitzt. Die Trafo-Mehrkosten gehen in so eine Privatbastler-Arbeit auch überhaupt nicht ein, wenn ich extra drei Städte weiter fahren muß um einen um einen Euro billigeren, schwächeren, genau angepaßten Trafo zu kaufen, hab ich eh schon mit dem Sprit den ganzen Vorteil wieder weggefahren. Da nehm ich doch gleich einen verfügbaren Trafo, selbst wenn er 70% überdimmensioniert ist.

Hallo Peter (Sagnix),
Du hast PM.
Herzliche Grüße Klaus (Köln)