Transformator andere resultierende Stromstärke und Spannung als erwartet

Ich bin mir nicht sicher, warum der Strom auf der Sekundärseite nicht der Gleichung folgt:

ich 2 = N 1 N 2 ich 1

was gibt

ich 2 = 20 3 ich 1

Um den Strom zu messen, verwende ich zwei 1-Ohm-Widerstände (einen auf der Primärseite und einen auf der Sekundärseite), an denen ich den Spannungsabfall mit einem Oszilloskop (Keysight InfiniiVision MSO-X 3012T) messe.

Durch Einstellen des Signalgenerators (im Oszilloskop) auf die Ausgabe einer Sinuswelle mit einer Amplitude von 2,5 V, dh 5 V Spitze-zu-Spitze, und einer Frequenz zwischen 10 kHz und 20 MHz erhalte ich den Sekundärstrom kleiner ist als der Primärstrom. Von 2 MHz bis 10 MHz beträgt die Amplitude des Sekundärstroms etwa 1/3 der Amplitude des Primärstroms.

Die Messung über den Widerstand an Kanal 1 ergibt für die meisten Frequenzen einen Sinus mit einer Amplitude von 50 mV, das würde bedeuten, dass ein Sinusstrom von 50 mA durch den Widerstand und die Primärspule fließt. Aus der Gleichung würde ich dann sekundärseitig einen Strom von 333 mA erwarten und damit einen Spannungsabfall von 333 mV über dem sekundärseitigen Widerstand. Stattdessen bekomme ich auf der Sekundärseite für alle Frequenzen Ströme unter 30 mA.

Ich habe folgenden Ringkern von FERROXCUBE: TN23/14/7-4C65 (Link führt zur Produktseite bei Farnell.com, Datenblatt ist hier verfügbar).

Das Bild zeigt, wie die Schaltung verdrahtet ist. Die linke Seite ist die Primärseite und die rechte Seite ist die Sekundärseite. Die Referenz des Signalgenerators und alle Kanäle sind innerhalb des Oszilloskops direkt mit Masse verbunden, d. h. das Oszilloskop ist vom Typ mit gemeinsamer Referenz.

Welche Last legen Sie auf die Sekundärseite, um Strom zu ziehen? Beachten Sie, dass der Primärstrom Magnetisierungsstrom enthält, wie haben Sie das berücksichtigt?
Im Moment ist die einzige Last auf der Sekundärseite dieser 1-Ohm-Widerstand. Und ich hatte den Magnetisierungsstrom vergessen, also habe ich nicht wirklich darüber nachgedacht. Ich bin mir nicht sicher, ob Sie sich das Datenblatt angesehen haben, aber die Informationen dort sind wirklich begrenzt. Ich weiß also nicht genau, wie ich die Werte finden soll, die ich zur Berechnung benötige. Könnte versuchen, eine E-Mail an FERROXCUBE zu senden.
Sind das Differentialsonden? Oder verbinden Sie die Sondenmasse an verschiedenen Teilen Ihres Stromkreises?
Sie sind nicht differentiell, nein, die Referenz des Oszilloskops, des Signalgenerators und der Sonden ist Masse. Also ja, ich verbinde verschiedene Teile der Schaltung mit Masse.

Antworten (1)

Wenn Sie sich das folgende Diagramm ansehen (ein typisches Ersatzschaltbild eines Leistungstransformators), sehen Sie einen roten Pfeil, den ich markiert habe. Dieser rote Pfeil zeigt an, dass ein Strom in die Primärwicklung fließt, selbst wenn die Sekundärwicklung unbelastet ist. Dieser Strom macht die Annahme über die Beziehung zwischen Sekundärstrom und Primärstrom fehlerhaft: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Magnetisierungsinduktivität entnehmen Sie bitte dem Datenblatt Ihres Ringkerns: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Multiplizieren Sie die Windungen im Quadrat mit 87 nH, um die Magnetisierungsinduktivität zu erhalten.

Wenn Sie dann 20 Umdrehungen haben L M A G = 34.8   μ H . Wie viel Strom wird dafür benötigt - das müssen Sie in Ihre Berechnungen einbeziehen. Am unteren Ende Ihres angegebenen Spektrums (10 kHz) beträgt die Impedanz von 34,8 μH jedoch 2,18 Ohm und ist wirklich dominant. Bei höheren Frequenzen wird es natürlich weniger dominant.

Von 2 MHz bis 10 MHz beträgt die Amplitude des Sekundärstroms etwa 1/3 der Amplitude des Primärstroms

Das ist eine Frequenz, die anständig genug ist, um das Problem der Magnetisierungsinduktivität zu vermeiden, also läuft es auf Streuinduktivität und Kupferverlust hinaus. Wenn beispielsweise der Kupferverlust der Nettoserie (bezogen auf Ihre Sekundärseite) (sagen wir) ein paar Ω beträgt, verlieren Sie eine erhebliche Fähigkeit, Strom in den 1-Ω-Lastwiderstand zu treiben. Sie können natürlich versuchen, einen größeren Lastwiderstand zu verwenden. Dann gibt es eine Streuinduktivität (deren Impedanz mit der Frequenz ansteigt) und die kann irgendwann ziemlich dominant werden.

Wenn beispielsweise die Streuinduktivität etwa 5 % der Magnetisierungsinduktivität beträgt, hat sie einen Wert von etwa 1,7 μH. Dieser hat bei 2 MHz eine Impedanz von 21,4 Ω. Sehen Sie hier das Problem?

Wenn wir den Lastwiderstand auf die Primärseite zurückführen würden, würde er als Widerstand angesehen werden von: -

( 20 3 ) 2 ⋅ 1   Ω = 44   Ω

Und natürlich wird eine Leckimpedanz von 21,4 Ω bei 2 MHz einen gewissen Effekt haben, aber bei 10 MHz wird sie die auf 44 Ω bezogene Lastimpedanz in den Schatten stellen und den Strom in der Sekundärseite radikal reduzieren.

Danke, war mir nicht bewusst, dass das die Magnetisierungsinduktivität ist. Ich werde das prüfen.
@TheJonaMr Vielleicht sollten Sie auch die 2-minütige Tour machen , um die Motivation hinter den Menschen zu verstehen, die kostenlose Hilfe leisten. Wenn Sie das verstehen, werden Sie feststellen, dass es nicht nötig ist, „Danke“ zu sagen, aber es ist auch immer willkommen!
Ich habe gerade Ihre neuen Bearbeitungen gesehen, und sie sind großartig, ich werde sie bald lesen. Ich arbeite noch daran, aber ich glaube, dass ich gute Fortschritte habe. Ich habe versucht, die Streuinduktivität basierend auf einer Methode zu finden, die unter dem folgenden Link unter "Die traditionelle Lösung" erwähnt wird. Ich habe dies mit einem Oszilloskop und dem eingebauten Signalgenerator gemacht, eine Rechteckwelle angelegt und die Zeitkonstante der Entladung gefunden, anstatt ein LCR-Meter zu verwenden. Dann fand ich heraus, dass die Streuinduktivität 6,148 nH beträgt. Bin mir aber nicht sicher ob das sinnvoll ist. voltech.com/Articles/104-105/1_What_is_Leakage_Inductance
@TheJonaMr das klingt für meinen Geschmack etwas zu leise. Dies würde einen Kopplungsfaktor zwischen den Spulen implizieren, der sogar für einen Toroid möglicherweise zu gut wäre.
Gute Einführung, Andy.
Ist das ein Wortspiel mit dem Wort „Einführung“ @MituRaj
Du hast es.. 😉
@Andyaka ja, ich sehe das jetzt, ich habe die Gesamtleckinduktion auf der Sekundärseite mit der auf der Primärseite verwechselt. Ich sehe jetzt, dass aufgrund der reflektierten Impedanz durch den Transformator die von beiden Seiten gesehene Gesamtstreuinduktivität unterschiedlich und in diesem Fall größer ist, was in meinem Fall primär ist. Ich habe neue Messungen durchgeführt und festgestellt, dass die Streuinduktivität 3,825 uH beträgt. Scheint dies ein vernünftigerer Wert zu sein? Ich habe meine Messungen zunächst von der Sekundärseite genommen, da es mit meinem Setup einfacher war (nicht, dass es viel Arbeit erforderte, es von der Primärseite aus zu tun).
@TheJonaMr ja, darum geht es im Kampf mit der Streuinduktivität. Etwa 3 bis 5 % sind ungefähr richtig für einen guten Toroid, aber wenn man die geringe Permeabilität des Materials (4C65) berücksichtigt, bedeutet dies, dass Sie es schwer haben werden, dies zu erreichen. Ich gehe davon aus, dass Sie möchten, dass Primär- und Sekundärwicklung nicht übereinander gewickelt werden.
Nun, im Moment sind sie nicht übereinander gewickelt, und ich weiß nicht, wie sich das auf meine Schaltung auswirken würde. Persönlich kann ich mir keinen Grund vorstellen, sie nicht übereinander zu wickeln, außer der Sicherheit, die damit verbunden ist, sie auseinander zu halten, wenn man eventuelle Kurzschlüsse in Betracht zieht (nicht, dass ich es für wahrscheinlich halte).
Wenn Sie damit leben können, dass sie übereinander gewickelt sind, sollten Sie eine verbesserte (niedrigere) Streuinduktivität erhalten.
Übrigens, was meinen Sie, wenn Sie sagen, dass ich eine erhebliche Fähigkeit verlieren werde, Strom in den 1-Ω-Lastwiderstand zu treiben?
@TheJonaMr Ich meine, dass Sie mit einem Serienwiderstand von ein paar Ohm, der Ihren Wicklungen innewohnt (nur eine Zahl, die ich aus dem Nichts gezogen habe), nicht in der Lage sein werden, so viel Strom in die 1-Ohm-Last zu liefern, wie Sie dachten Sie sollten .
@TheJonaMr Wenn wir hier fertig sind, sollten Sie vielleicht erwägen, diese Frage-und-Antwort-Sitzung zu beenden - lesen Sie dies, um zu verstehen, was Sie in Betracht ziehen sollten - es heißt "Annahme der Antwort", aber wenn Sie noch ungelöste Probleme in Bezug auf Ihre ursprüngliche Frage haben, Dann hinterlasse einen weiteren Kommentar.
Hi, ich arbeite noch daran, ich habe gerade viel zu tun, da ich meine Bachelorarbeit schreibe. Ich werde diese Antwort höchstwahrscheinlich als Antwort auf meine Frage akzeptieren, da sie mir sehr geholfen hat. Aber ich werde damit warten, bis ich mit diesem Teil des Projekts fertig bin, was irgendwann nächste Woche sein wird.
@Andyaka, woher hast du das Verhältnis von 3% - 5% Leckage zu Magnetisierungsinduktivität?
Aus meinen Erfahrungen mit solchen Dingen @TheJonaMr - Wenn die Mag-Induktivität 1 Henry beträgt, beträgt eine typische Leckage etwa 30 bis 50 mH.
Transformator andere resultierende Stromstärke und Spannung als erwartet
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