Sekundärspannung beim Transformator bricht unter Last ein

Hallo

Ich hoffe mir kann hier jemand weiterhelfen. Ich möchte gerne mit Schülern einen Transformatorversuch aufbauen. Die Schüler haben die Aufgabe, eine 12 V Lampe zum Leuchten zu bringen, obwohl sie nur eine Spannung von 4 V haben. Zur Verfügung stehen den Schüler zwei Spulen mit 400 Windungen, 2 Spulen mit 1600 Windungen und ein geschlossener Eisenkern.

Wenn ich den Transformator mit einer 400er Primärspule und einer 1600 Sekundärspule aufbaue, dann messe ich 16 V Spannung. Mehr als genug, um die 12 V Lampe zum Leuchten zu bringen. Schließe ich aber die 12 V Lampe an dem Transformator an, bricht die Spannung an der Lampe ein und es es liegen nur 6 V an der Lampe an, entsprechend schwach leuchtet die Lampe.

Die Lampe braucht zum Leuchten 12V und 0,1 A. 12 V Lampen, die mehr Leistung brauchen, leuchten gar nicht.

Mein Vermutung ist, dass unsere Transformatoren an der Schule nicht effizient genug sind, um genügend Leistung zu übertragen, weshalb die Spannung an der Lampe einbricht und diese nur sehr schwach leuchtet.

Meine Fragen sind:
1.) Kann das sein?

2.) Gibt es Möglichkeiten die Effizienz beim Transformator zu steigern?

2.) Gibt ich eine Lampe/Schaltung, bei der eine 6 V (LED) Lampe leuchtet, wenn die Spannung über 5 V ist und aus bleibt, wenn die Spannung unter 5 V ist?

Das klingt irgendwie nach Physikunterricht. Sollte ein Physiklehrer dies nicht wissen?

Die Frage ist, was geht in den Trafo als Leistung rein. Die Leistung geht ja quasi verlustfrei durch den Trafo.

Axel Schweiß schrieb:

Sollte ein Physiklehrer dies nicht wissen?

Zum Vergrößern anklicken....

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Wer weiß welchen Quereinsteiger das zuständige Kultusministerium, während es auf eine Eingebung wartet,
hier wieder aus dem Ärmel gezaubert hat ?

Mag ja alles sein, ist aber nicht Gegenstand meiner Fragen. Wer möchte kann gerne einen extra Thread aufmachen, indem ich gerne über die Probleme der Lehrersituation an Schulen diskutiere. Und zur erste Frage: Auch ein ausgebildeter Physiklehrer konnte bei dem Problem nicht helfen.

Was macht denn deine Primärspannung in dem Moment, wo dir auf der Sekundärseite die Spannung zusammenbricht ?

Danke, dass muss ich mal anschauen.

Die Effizenz zu steigern bringt da nichts der Trafo ist damit an seiner Belastungsgrenze, wenn nicht wie zuvor vermutet vielleicht die Primärspannung die Schwachstelle ist.

Um das zu ändern braucht man andere Spulen.
Für solche Schulversuche sind die Spulen oftmals in der Leistung aus Schutzgründen begrenzt.
Schließlich kann man ja nach Anordnung der Spulen auch Hochspannung damit erzeugen.
Wird dabei dei Leistung stark begrenzt ist die Gefahr trotz Hochspannung deutlich reduziert.

@yagharek

Da wäre noch ein Tipp, bzw. eine Sache, auf die ich dich aufmerksam machen möchte.

Du hast es zwar nicht ausdrücklich erwähnt, aber ich denke ihr verwendet "Glühwendellampen"
für eure Versuche. Bitte beachten, dass Glühwendel aus einem Material gefertigt sind,
welches einen sehr niedrigen Kaltwiderstand besitzt, was bedeutet, dass im Moment
des Einschaltens ein bis zu zehnmal größerer Strom fließen kann, als der Nennstrom
der Glühlampe im warmen Zustand ist.

Mein Vorschlag wäre mit einem Ohmschen Widerstand (so ein Schiebewidertand aus dem Labor)
eine Belastungsprobe zu machen, um diesen Kaltwiderstand-Effekt der Glühlampe zu eliminieren,
wodurch man vielleicht etwas mehr Klarheit schaffen könnte.
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Danke für eure Rückmeldungen.
Ja, ich verwende Glühwendellampen. Ich habe mir jetzt LEDs bestellt.

Das mit dem Widerstand klingt gut, werde ich morgen ausprobieren. Danke für den Tip.

Die Leistungsbegrenzung macht auch Sinn. Ich habe gelesen, dass Transformatoren theoretisch einen Wirkungsgrad von 95% haben, aber damit sind dann wohl Bedingungen gemeint, die nicht an der Schule herrschen.

Ich hatte gehofft, die Stunde anschaulicher machen zu können, als es sonst beschrieben wird. Der Klassische Versuch geht darüber, dass die Schüler die Spannungen an der Primär- und Sekundärspule messen und das wars. Ich hatte gehofft, dies mit der Lampe anschaulicher machen zu können. Hat wohl ein Grund, warum der Versuch in der Art, wie ich ihn durchführen möchte, z.B. in den Schulbüchern nicht so beschrieben wird.

yagharek schrieb:

Ich habe mir jetzt LEDs bestellt.

Zum Vergrößern anklicken....

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Bist du dir im klaren darüber, dass LEDs stromgesteuerte Bauteile sind.
LEDs sind zudem noch Bauteile, deren Arbeitsweise einer nichtlinearen Kennlinie folgen.
Wenn du in der Handhabung von LEDs nicht komplett "fit" bist, wirst du beim
Experimentieren mit LEDs erneut in einem Desaster enden.

Nochmal: der Wirkungsgrad hat nichts mit Deinem Problem zu tun!!!

Das Problem heißt " Leistungsanpassung".

Das Pferd von hinten:
12 Volt, 100mA bedeuten auf der Pimärseite bei 4 Volt mindestens 300 mA (netto) bereitgestellt werden müssen.
Betrachtet man nun einen Transformator, sagen wir mal der Wirkungsgrad soll 85 % sein,
Alo muß die Speisung mindestens 12 Volt mal 0,3 A mal 1/85 sein.
Damit kommt man dann auf die zu Leistung. Welche Leistung?
12 Volt mal 0,30 A mal 1/85 = 4,3 Watt.

D.h. Enspeisung 4 Volt AC, mindestens 1,3 Ampere.
Zum Übertager:
Der Übertrager soll ja nun 1,3 Ampere in die Primärwicklung treiben.
Dazu muß aber die Primärwicklung entsprechende Drahtstärke haben...

Recht simpel kann man das berechnen mit:
https://www.electronicdeveloper.de/Images/ED-NL-46x46-3.png
Electronic Developer


Gruß Gert

Dein Trafo da aus den 2 Spulen wird bestenfalls auf 30 % Wirkungsgrad kommen. Dieser Trafo ist gewollt extra weich gebaut und deshalb bricht da auch die Spannung beachtlich ein .

du könntest auch mal ausprobieren den Trafo als Spartrafo auszuführen . Da wird schon ein Teil des Stromes direkt vom Netzteil geliefert . Durch die Ausführung als Spartrafo wird der " Härter"

Als Ersatz für die Glühlampe kannst du auch diese Schaltung verwenden .
Unter ca 8 V werden die Led nicht leuchten . Erst wenn die Spannung weit genug ansteigt leuchten diese .

Die Led sind auf Grund der Wechselspannung gegen sinnig geschaltet und schützen sich somit gegenseitig.

Nun, es gibt hier im Forum Leute, die ein Schaltungsbeispiel, wie es im Beitrag #15 vorgestellt wurde, hinterfragen.

Der einfachste Weg die Schaltung zu hinterfragen ist die Simulation in einer entsprechenden Software.
Dieser Weg wird von einigen Leuten abgelehnt, vielleicht weil damit "Schwachstellen" aufgedeckt werden könnten.

Der etwas mühsamere Weg ist die graphische Überprüfung mittels Superposition der Bauteilekennlinien im Kennlinienfeld.

Die dritte Möglichkeit ist als "Milchmädchenrechnung" zu bezeichnen, ist aber dennoch in der Lage "Schwachstellen" aufzuzeigen.

Da mein Simulationsprogramm heute streikt, und die graphische Untersucheng sehr zeitaufwändig ist,
will ich die "Milchmädchenrechnung" zur Anwendung bringen.

Gegeben sind 5 rote LEDs, ein Widerstandswert von 560 OHM und eine Angabe von 8V, welche man wohl als 8VAC interpretieren muss. Da die "roten LEDs" nicht fachgerecht spezifiziert wurden, soll angenommen werden, dass es sich um STANDARD-LEDs mit einer Schwellspannung von 1,9Volt @20mA handelt. Zu Gunsten der "Schaltung" soll der Strom bestimmt werden, den die Scheitelspannung durch den jeweils aktiven Strang der Parallelschaltung "jagen" könnte.

Zuerst addiert man die fünf Schwellspannungen: 1,9V + 1,9V + 1,9V + 1,9V + 1,9V = 9,5V.
Danach stellt man fest, welche Spannung wohl noch über dem Vorwiderstand anliegt,
bezogen auf den Scheitelwert der Spannung: 11,3V - 9,5V = 1,8V.

Und nun wird's spannend. Welcher Strom fließt zum Zeitpunkt der maximalen Spannung der Wechselspannung durch den gerade aktiven Teil der Schaltung: 1,8V : 560 OHM = ~ 3,21mA.

MERKE: 3,21mA für den kurzen Moment, da die Spannung ihren Scheitelwert erreicht hat !

Ein kurzer Test im Simulationsprogramm hätte den Zeitaufwand minimiert.
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Warum gebe ich wohl die 8 V an ? Und selbst wenn da 3 mA fließen so werden die LED deutlich dunkler als bei 20 mA sein ! Wichtig ist das die LED eben mit den 4 V nicht leuchten aber mit der hoch transformierten Spannung .

und bei 16 V marschieren dann eben rund 30 mA aber auch das verkraften die LED . Der Te kann aber auch den Vorwiderstand auf 1 k erhöhen . Dann sinkt eben der Strom durch die LED .

Vielen Dank für eure Anregungen und Antworten.

Ich habe mir jetzt kleine 3V LED Glühlampen bei Amazon bestellt. Und mit diesen klappt der Versuch. D.h. bei einer Spannung von 0.75 V leuchten die Lampen nicht und bei 3 V transformierte Spannung schon. Zwar nicht sehr stark, aber ausreichend, das man es sieht.