Trafo in verzadiging

Je rendement zakt enorm waardoor de energie grotendeels omgezet wordt in warmte de rest kun je wel raden

[Bericht gewijzigd door Koen Van Vlaenderen op donderdag 21 augustus 2003 18:04:18 ]

Lekker... Het word nog al warm je koperdraadisolatie smelt weg zorgt voor kortsluiting... Boem. Nou dan is je trafo wel dood zeg!

Een trafo raakt nooit in verzadiging als je hem/haar(?) goed ontwerpt. Bij een slecht ontwerp kan de kern in verzadiging geraken en daarna is het 'water naar de zee dragen': de extra energie die je er in stopt komt er niet meer uit behalve dan dat deze energie wordt omgezet in warmte. Op een koude winterdag van harte welkom natuurlijk maar ehmm, wanneer krijgen we weer een koude winterdag?

NOOIT.... jammer eigenlijk... broeikaseffect:(! Maar ik weet dat het komt door een slecht ontwerp en dat de energie er niet meer uit kan. Maar WAAROM kan de energie er niet meer uit? Wat houd het tegen? Ik heb een keer geloof ik iets gelezen over elektronen enzo in de kern dat die er wat mee te maken hebben. Maar wat gaat er dan precies verkeerd in zo'n transformator?

hehe dat heb eens meegemaakt met een sony versterker
feestje gegeven in een schuur en in een klap stilte naja stilte de transformator knetterde ff lekker na

Op 21 augustus 2003 19:10:41 schreef ·°*teslaman*°·:
Maar WAAROM kan de energie er niet meer uit? Wat houd het tegen? Ik heb een keer geloof ik iets gelezen over elektronen enzo in de kern dat die er wat mee te maken hebben. Maar wat gaat er dan precies verkeerd in zo'n transformator?

Stel je voor dat jij op een fiets zit en je fietst tegen de wind in: hoe hard je ook op de pedalen gaat staan maakt niet veel uit: je gaat niet eg sneller. Hetzelfde voor trafo's: als ze hun limiet (trafo verhouding!!) hebben bereikt zijn ze net zo waardeloos..

Okey dat snap ik. Maar kun je me ook vertellen wat er dan in de kern van de transformator gebeurt?

door op de primaire van je trafo een AC spanning aan te leggen wordt door de AC stroom een wisselend magnetisch veld opgewekt in de spoel
de spoel is rond de kern gewikkeld dus de kern vormt een gesloten circuit voor de magnetische veldlijnen.
door induktie vormt er zich als het ware een magnetische stroom (dit noemt de flux) deze flux induceerd in de secundaire een spanning afhankelijk van het aantal windingen.

wet van OHM : "weerstand= spanning/stroom"

bij magnetisme is het hetzelfde "reluktantie= MMK/flux"
reluktantie= magnetische weerstand van de kern
flux = magnetische stroom
MMK = magnetomotorische kracht (veld)

een weerstand uit de eletriciteit is lineair (in theorie)
een magnetische weerstand echter is afhankelijk van de sterkte van het magnetisch veld
men kan waarnemen dat met een stijgende veldsterkte de inductie (in Tesla uitgedrukt trouwens) of flux niet meer toemneemt dit omdat alle dipoolmomenten (kernmateriaal) gericht zijn volgens het veld

toegepast wil dit zeggen:
je vraagt een grotere secundaire stroom maar die krijg je niet (magnetische flux wordt niet groter)
maar primair aan je trafo wordt er toch meer vermogen opgenomen (magnetisch veld blijft stijgen)
dus al dat toegevoegde vermogen kan niet weg en je trafo smelt

dit is gewoon het hysteresisverschijnsel en is ook de hoofzaak van verzadiging van een trafo

nog een fotootje van de hysteresiskromme H is veld en B is inductie
de opp ingesloten in de kromme is een maat voor de opgeslagen energie in de trafo

Het omsloten oppervlak van de hysteresekromme is geen maat voor de opgeslagen energie, maar voor het energie verlies. De opgeslagen energie volgt uit: w=B*H/2 [J/m^3] of W=flux*Um/2 [J]. Um is het symbool voor de MMK.

De hystereseverliezen zijn niet afhankelijk van de belasting van de trafo.
De hystereseverliezen van een gegeven kern worden bepaald door de veldsterkte en de frequentie. De veldsterkte is bepalend voor het oppervlak van de lus, en dus het energieverlies per keer dat de lus doorlopen wordt. De frequentie bepaald hoe vaak de lus per seconde doorlopen wordt. Deze twee gegevens samen levert ons de uiteindelijke hystereseverliezen in Watt op.

Het verband tussen de veldsterkte en het oppervlak van de hysterese lus is niet lineair. De hystereseverliezen nemen onevenredig hoog op bij het verhogen van de veldsterkte.

Als we een gegeven trafo op een hogere frequentie laten werken neemt de schijnbare weerstand toe. De magnetiseringsstroom neemt hierdoor af, en dus ook de veldsterkte. Het oppervlak van de hysterese lus wordt hierdoor onevenredig kleiner. Door de verhoogde frequentie wordt de lus wel vaker doorlopen, maar het uiteindelijke resultaat is dat de hysterese verliezen afnemen.
(Bij kernen hebben we ook nog te maken met wervelstroom verliezen, maar die vallen hier buiten beschouwing omdat we het hebben over de kernverzadiging).

Bij het verhogen van de werkspanning zal de magnetiseringsstroom ook toenemen, en dus ook de veldsterkte. Het oppervlak van de hystereselus en dus de hystereseverliezen zullen hierdoor sterk toenemen.

Bij dit bovenstaande treed nog een versterkend effect op. Als de veldsterkte toeneemt, zal de permeabiliteit afnemen. En de primaire zelfinductie en de reactantie neemt hierdoor af. Met als gevolg een hogere magnetiseringsstroom en veldsterkte.

Kortom, bij het verhogen van de werkspanning en/of het verlagen van de frequentie zullen de hystereseverliezen sterk toenemen.

Aha, een heel ingewikkeld verhaal. Bedankt voor de moeite. Ik zal dit allemaal eens zorgvuldig door lezen.

Hmmm Ik vind het wel boeiend... Ik heb het nu 1 keer goedgelezen maar ga het zo nog ff een paar keer doen. Dan word het wat duidelijk;)! Bedankt!

Op 22 augustus 2003 11:24:53 schreef Freddy:
Het omsloten oppervlak van de hysteresekromme is geen maat voor de opgeslagen energie, maar voor het energie verlies. De opgeslagen energie volgt uit: w=B*H/2 [J/m^3] of W=flux*Um/2 [J]. Um is het symbool voor de MMK.

sorry dat bedoelde ik ik kan het gewoon minder goed uitleggen

Op 22 augustus 2003 11:24:53 schreef Freddy:
Bij het verhogen van de werkspanning zal de magnetiseringsstroom ook toenemen, en dus ook de veldsterkte. Het oppervlak van de hystereselus en dus de hystereseverliezen zullen hierdoor sterk toenemen.

dus zijn de hysteresisverliezen toch afhankelijk van de belasting van de trafo: stijgende secundaire stroom -> stijgende primaire stroom -> stijgende veldsterkte -> en ook de inductievector wordt groter dus oppervlakte in kromme wordt groter door het werken in minder lineair gebied

formules voor toroidale spoel (ringkern)

B =(µ0*N*I)/2*PI*r
H = N*I/l

empirische formule hysteresisverliezen in watt:

Ph = k*f*V*B^m
met k=materiaalconstante
f= zoals je zei frequentie
V=volume van de kern
B=inductie
m=1,5 a 4

dit gewoon eens ter info

nog een vraagje:

het zoemen van een trafo komt van de lamellen kern die trilt op 100HZ hoe meer belast hoe luider de de trafo zoemt
(bij hogere spanning gromt ie ook harder)

ik ben het niet zeker maar komt die 100HZ door vervorming van het 50HZ signaal door hysteresis?.
en hoe meer belast, hoe luider dus hoe groter het aandeel van de 1ste harmonische door een grotere vervorming

kweet het zelf nie zeker dus als iemand daar een antwoord op weet

Op 21 augustus 2003 17:44:22 schreef Tommyboy:
Mijn vraag was dus: Wat gebeurt er (ongeveer) als een trafo in verzadiging raakt en wat zijn de gevolgen dan precies?

Van de praktische kant gezien: de trafo's die je in een winkel koopt hebben een VA rating. 50VA betekend dus dat je er 50 VA uit kunt halen bij de opgegeven frequentie (50Hz?). Als je er meer vermogen in zou stoppen betekend dat niet dat je er meer vermogen uit kunt halen. Dat ding kan 50VA aan en de rest die je er eventueel in zou willen stoppen gaat op in warmte!! (:))

Op 22 augustus 2003 19:04:02 schreef Atlantis:
Van de praktische kant gezien...

...yep...

Nee, de belasingstroom heeft geen invloed op de hystereseverliezen. Er is een duidelijk onderscheid tussen de magnetiseringsstroom en de belastingstroom.

Denk je een trafo in waarvan je de secundaire wikkeling even weg denkt. Dus alleen de primaire wikkeling aangesloten op een wisselspanning. Deze primaire wikkeling op de kern is een gewone zelfinductie. Door de schijnbare weerstand gaat er dus een stroom lopen. Dit noemen we de magnetiseringsstroom. En deze is verantwoordelijk voor het wisselende magnetisch flux in de kern.

Nu denken we de secundaire wikkeling er weer op. De wisselende flux induceerd een spanning in deze wikkeling. Wordt nu de secundaire wikkeling belast dan veroorzaakt deze een magnetische spanning (I*N) die een extra flux in de kern veroorzaakt. Deze flux is vele malen groter dan de magnetiseringsflux. De fasehoek die deze maakt met de magnetiseringsflux is afhankelijk van de belasting. Ook de vorm is afhankelijk van de belasting.
De door de secundaire stroom veroorzaakte flux verstoort de magnetiseringsflux. Als reactie hierop gaat door de primaire wikkeling een dusdanige stroom vloeien dat hierdoor een flux ontstaat die precies gelijk, maar tegengesteld, is aan de secundaire flux. Wat dus overblijft is de magnetiseringsflux. En deze is afhankelijk van de primaire zelfinductie, de primaire spanning, en de frequentie.

In de kern heerst dus alleen de magnetiseringsflux, De fluxen veroorzaakt door de primaire en secundaire stromen zijn exact gelijk, maar tegengesteld gericht.

Dan de 100Hz brom. Door een 50Hz spanning wordt de kern 50 maal positief en 50 maal negatief gemagnetiseerd. Dus in totaal 100 maal per seconde.
Niet alleen de lamellen trillen. Door de magnetische krachten trillen ook de wikkelingen onderling. Hoe groter de stromen, hoe groter de krachten en heftiger de bewegingen, hoe luider het gebrom.

DE VA rating: Zoals in dit topic is uitgelegt veroorzaakt de primaire spanning -V- alleen de kernverliezen. Dit deel is verantwoordelijk voor de opwarming van de kern. De stroom wordt afgeleid van de opgegeven nominale spanning. Dus bij een 50VA trafo en een nominale secundaire spanning van 10V mag er een effectieve secundaire stroom van 5A lopen. Met de nadruk op effectieve stroom. De faseverschuiving tussen de spanning en stroom is niet interesant. De effectieve (primaire en secundaire) stroom is samen met de ohmse weerstand van de (primaire en secundaire) wikkelingen verantwoordelijk voor de opwarming van het koper.

De warmte veroorzaakt door de kernverliezen en koperverliezen moet wel weg kunnen. Dit is voor een groot deel afhankelijk van het koelend oppervlak, dus de afmetingen van de trafo. Een trafo heeft een redelijke thermische massa. Het is dus best mogelijk om een trafo voor een korte periode te overbelasten. Zolang de temperatuur van de trafo het maximum maar niet overschrijd.

Je stopt geen vermogen in een trafo!
Bij een trafo onttrek je een bepaald vermogen, en de trafo neemt een bepaald vermogen op, en een deel blijft achter.!

Op 22 augustus 2003 20:42:55 schreef Freddy:
Door de magnetische krachten trillen ook de wikkelingen onderling. Hoe groter de stromen, hoe groter de krachten en heftiger de bewegingen, hoe luider het gebrom.

Hetgeen uiteindelijk leidt tot het doorslijten van de isolatielaag op de windingen met als gevolg kortsluiting.

Nou das lekker:(! Een trafo die dus een flink voltage maakt neem mijn NST heeft dus een kortere levens duur als een trafo voor bv een telefoon? Alleen omdat het bij een NST harder zou trillen?

Op 22 augustus 2003 20:42:55 schreef Freddy:

Nu denken we de secundaire wikkeling er weer op. De wisselende flux induceerd een spanning in deze wikkeling. Wordt nu de secundaire wikkeling belast dan veroorzaakt deze een magnetische spanning (I*N) die een extra flux in de kern veroorzaakt. Deze flux is vele malen groter dan de magnetiseringsflux. De fasehoek die deze maakt met de magnetiseringsflux is afhankelijk van de belasting. Ook de vorm is afhankelijk van de belasting.
De door de secundaire stroom veroorzaakte flux verstoort de magnetiseringsflux. Als reactie hierop gaat door de primaire wikkeling een dusdanige stroom vloeien dat hierdoor een flux ontstaat die precies gelijk, maar tegengesteld, is aan de secundaire flux. Wat dus overblijft is de magnetiseringsflux. En deze is afhankelijk van de primaire zelfinductie, de primaire spanning, en de frequentie.

In de kern heerst dus alleen de magnetiseringsflux, De fluxen veroorzaakt door de primaire en secundaire stromen zijn exact gelijk, maar tegengesteld gericht.

je hebt volledig gelijk ik heb gemist de formules die ik opschreef zijn van een spoel dus niet van twee gekoppelde spoelen (= trafo)
enige flux is de magnetiseringsflux
de flux van de belastingsstroom primair en secundair werken elkaar volledig tegen en hebben een resultante 0 door de wet van lenz

zo speelt de belastingsstroom geen rol bij de hysteresisverliezen alleen bij de koperverliezen in de wikkelingen

Op 22 augustus 2003 20:42:55 schreef Freddy:
trafo!
Bij een trafo onttrek je een bepaald vermogen, en de trafo neemt een bepaald vermogen op, en een deel blijft achter.!

dat wist ik wel

kheb gewoon wat papieren bovengehaald uit de schooltijd
en eens GOED gekeken

missen is menselijk e

Op 23 augustus 2003 09:30:26 schreef ·°*teslaman*°·:
Nou das lekker:(! Een trafo die dus een flink voltage maakt neem mijn NST heeft dus een kortere levens duur als een trafo voor bv een telefoon? Alleen omdat het bij een NST harder zou trillen?

eerst en vooral stroom speelt denk ik de belangrijkste rol bij het trillen op de wikkelingen. in jou geval is dat waarschijnlijk hoge spanning en lage stroom

ook spanning heeft invloed op het gebrul we hebben ooit op een teststand voor vermogentrafos bij een trafo van 10MVA de primaire spanning verdubbeld van 70KV naar 140 KV (dubbelespanningsproef) dat spel stond daar te ronken als een vliegtuig.

die NST is ontworpen voor een bepaalde (hogere) spanning dus ik denk bij gewoon gebruik dat ie nie meer last zal ondervinden dan een gewone trafo bv 220-24

Heb ik een ander soort vraagje maar wel over verzadiging van trafo's bestaan er mogelijk enkele mogelijkheden om aan trafo of spoelen die in verzadiging zijn te meten.
Zodat ik direct kan zien dat die in verzadiging is.

Kijk op m'n hompage http://www.meettechniek.info/index.html
bij "meten van kerneigenschappen"

[Bericht gewijzigd door Freddy op zaterdag 22 april 2006 00:59:39 ]

ik heb nu eigenlijk een antwoord op mijn eigen vraag dit kun je meten met behulp van de hystereselus.
Normaal is deze zoals eerder getekend te zien is gespiegeld. Is de trafo in verzadiging dan zal de linkeronder hoek van de hystereselus veranderen in de zin van dat die niet meer gespiegeld kan worden.