Trafo

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Trafos in der Modellbahn

Trafos for model railroaders

Transformatoren dienen zum Übertragen von Energie, dabei erfolgt auch eine galvanische Trennung. Üblicherweise wird auch die Spannung übersetzt, zB von 230V Netzspannung nach 16V Niederspannung. Transformers are used to transport electrical energy from one side to the other with insulation between. Usually the voltage level is also changed, for example from 110V mains to 16V low level.
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Trafo / trafo

Modellbahntrafos haben üblicherweise 2 Aufgaben. Einerseits die Trennung von der Netzspannung und die Reduzierung der Spannung auf en ungefährliches Niveau, weiters auch die Begrenzung der Ströme.

Ein theoretisch idealer Transformator würde im Kurzschlußfall unendlich viel Strom abgeben. Selbstverständlich wäre das gefährlich, weil damit Leiter erhitzen könnten die zu Verletzungen führen. Für Spielzeuganwendungen verwendet man daher Eisenkerne die frühzeitig in die Sättigung gehen. Damit erhöht sich der magnetische Widerstand und die übertragbare Leistung wird begrenzt. Diese Sicherheitsmaßnahme kann aber auch gefährlich wirklen.

Die gute Seite: durch das ansteigen des magnetischen Innenwiderstands wird die Spannung bei steigender last kontinuierlich abgesenkt, damit wird die Leistung reduziert.

Um ausreichende Spannung im Normalbetrieb zu liefern, läuft die Spannung bei geringer Last oder Leerlauf nach oben hin ein wenig weg. Das kann zu gefährlichen Situationen führen. ein 16V Trafo kann durchaus im Leerlauf 22V abgeben. Gleichgerichtet und geglättet führt das zu 30V. Das ist natürlich zuviel für manch elektronischen Einrichtungen wie zb Decoder von Lokomotiven.

 

Model transformers have 2 main functions. First the galvanic ally separation from the mains and reduction of the voltage. Second they limit the current which are available.

A theoretically ideal transformer would deliver infinitive current when it is shortened. Of course that would be dangerous. High current even at low voltages can overheat any wires and cause injuries. For toy applications the transformers are built less perfect. The iron core is built in a way that it moves in saturation early. that limits the amount of energy which may flow through. Of course that security feature has some also potentially dangerous side effects.

The good thing: if the transformer has more and more load the internal magnetic resistor increases and the power gets limited. The voltage at the secondary side is decreasing, in this way protecting the user.

To allow enough voltage at normal situations the transformer delivers much more voltage at no or low load situations. For example a 16V transformer may deliver up to 22V in idle mode! This could be dangerous for electronics. Rectified sinus which is smoothed by capacitors may reach 30V. Of course that is a worst case scenario, but a DCC decoder will potentially die behind that "16V" power supply.

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Industrietrafos / typical transformers

Üblicherweise sind die "weichen" Transformatoren auch in gekapselten Gehäusen untergebracht. Einige haben auch Schalter und Sicherungen. Usually the model railroad transformers are sold as compact sealed models. Some of them have switches and fuses.
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gekapselter Transformator / sealed transformer

Hysteresisschleife

hysteresis loop

Für die Übertragungsleistung eines Transformators wesentlich ist die Hysteresisschleife. Eine möglichst schmale Form bedeutet wenig Verluste im Eisenkern. Übersteigt die Magetisierung die Möglichkeiten des Kerns kommt man in den äußeren horizontalen Verlauf hier ist das material gesättigt der Widerstand steigt. To describe the possibilities of a transformer the hysteresis loop is used. A narrow form means little losses in the core. Moving to the outer parts of the loop means driving the iron into saturation the resistance increases.
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Hysteresisschleife / hysteresis loop

Die X-Achse ist die Feldstärke in A/m die Y-Achse fir Flußdichte in Tesla.

Die grüne Kurve beschreibt einen Trafo mit gutem Kern, die rote einen "magnetisch weichen" kern.

X-axis is the magnetic field in A/m the y axis the the flux density in Tesla

The green figure describes a good hard core, the red one a more weak model transformer.

     
   

 

 

 

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