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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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 numix Verfasst am: 25. Apr 2020 00:08 Titel: Hysteresekurve driftet davon |
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Hallo Zusammen, ich stehe aktuell vor folgendem Problem:
Ich habe einen Messaufbau, bei dem ich einen Ringtrafo mit zwei Wicklungen vorliegen habe. Auf die erste Wicklung gebe ich einen Welchselstrom von mehreren Ampere. Aufgund der magnetisierung des Ringelementes wird in die zweite Wicklung eine Spannung Induziert. Messe ich nun den Strom der Primärwichlung und die Spannung der Sekundärwicklung, so kann ich mir über weitere Parameter die Hystereschleife (B und H) berechnen bzw. anzeigen lassen. Das Problem dabei ist allerdings die Tatsache, dass mir die Messung "Wegläuft" (s. Abbilung 1). Wisst ihr woran das liegen könnte ? Ich habe die Messdaten und die Informationen zum Aufbau, zur Berechnung mal mit angefügt.
Die Berechnung führe ich mit Matlab durch, auch den Code habe ich mal mit angefügt. Meine Messwerte sind in 7.1.csv abgelegt ( t,I(t),U(t) ).
Die Datei ist mit 2 MB leider zu groß um sie als Anhang anzufügen, daher einmal hier als Link:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/447371/7.1.csv
| Code: |
N = 5; % Anzahl der Windungen
L = 0.01; % Länge des magnetischen leiters [m]
A = .00005; % Durchmesser des Jochs [m^2]
data=dlmread('7.1.csv'); %Messwertdatei
start = 3; %Überschrift der CSV wird übersprungen
ende = 1999990; %Letzter Messwert der CSV wird übersprungen
t = data(start:ende, 1); %Array mit den Zetstempeln
I = data(start:ende, 2); %Array mit Messwerten (Strom)
U = data(start:ende, 3); %Array mit Messwerten (Spannung)
% Berechnung der mag. Flussdichte über die Spannung der sek. Spule
flux = cumtrapz(t,U)/N
B = flux/A
% Berechnung der mag. Feldstärke
H = I*N/L;
%Plotten
plot(H,B);
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Ich wäre echt froh wenn ihr mir da Helfen könntet 
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 25. Apr 2020 02:05 Titel: |
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Sieht aus wie ein Artefakt bei der numerischen Integration. Wahrscheinlich ist eure zeitliche Auflösung nicht fein genug. Versucht mal den Versuch langsamer zu fahren oder die Daten vor der Integration zu glätten. Oder ihr wertet einfach nur eine Periode aus.
Just my 2 cents.
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Gast002
Gast
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| Gast002 Verfasst am: 25. Apr 2020 08:44 Titel: |
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Hallo numix,
mir sieht es danach aus, als ob die Spannungsmessung einen Offset enthält, also einen Gleichspannungsanteil, der dem Wechselspannungssignal von der Spule überlagert ist. Der kann vom Meßgerät selbst kommen. Bei der Integration wird dieser konstante Anteil zu einer linearen, hier abfallenden, Funktion. Das verschiebt die Werte von B kontinuierlich nach unten. Damit läßt sich auch erklären, warum die Kurven nicht symmetrisch sind. Sie schneiden sich selbst bei hohen positiven H-Werten, aber nicht bei negativen.
Wenn Du die Spannungswerte direkt über der Zeit plottest, solltest Du den Offset sehen, als kleine Unsymmetrie zwischen Maxima und Minima. Korrigiere den Offset, bevor Du die Integration ausführst.
Eine zu grobe zeitliche Auflösung der Meßwerte scheint es mir nicht zu sein. Dazu sehen die Kuven zu glatt aus.
Beste Grüße
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 25. Apr 2020 11:15 Titel: |
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Hallo,
| Gast002 hat Folgendes geschrieben: |
Korrigiere den Offset, bevor Du die Integration ausführst.
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Das hört sich aus meiner Sicht sehr plausibel an.
Um den Offset zu beseitigen, würde ich das Spannungssignal über einen Hochpass gehen lassen; ob analog oder digital, kannst Du Dir aussuchen.
Bei der Wahl der Grenzfrequenz musst Du dann berücksichtigen, was die Messungen überhaupt zeigen sollen. Willst Du beispielsweise zeigen, wie ein Trafokern zunächst in die Sättigung getrieben wird und wie sich das Feld anschließend wieder symmetrisiert (bedingt durch die Ohm'schen Spannungsabfälle in der Wicklung), so muss die Grenzfrequenz niedriger liegen als wenn Du "nur" Hysteresekurven zeigen willst.
Viele Grüße
Michael
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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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| numix Verfasst am: 25. Apr 2020 22:40 Titel: |
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Ich hab Mittelwert gebildet und von der Spannung abgezogen, das war die Lösung vielen Dank euch! 
Eine kleine Frage bliebe da noch übrig. Mein Ringtrafo weist folgende Eigenschaften auf:
Windungen je Wicklung: 30 (N)
mittlere Länge des Magnetkerns: 0.1 Meter
Querschnitt: 4cm^2 (A)
Der Erregerstrom Beträgt ~35 Ampere.
Da ich nur mit den SI-Einheiten rechne, sollte das Ergebnis is Tesla (B) und Ampere/Meter für die mag. Feldstärke sein.
Meine Hysterese erreicht dadurch quasi 150 Tesla und 10000 A/m. Das kann doch so nicht richig sein?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 25. Apr 2020 23:11 Titel: |
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Hallo,
| numix hat Folgendes geschrieben: | Ich hab Mittelwert gebildet und von der Spannung abgezogen, das war die Lösung vielen Dank euch!
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Wenn es denn die Lösung ist, die Du suchst. Du solltest Dir zumindest überlegen, wie Du den Mittelwert aktualisierst. Das wird nahezu zwangsläufig passieren, wenn sich beispielsweise Temperaturen verändern.
Nutze für die Forschung keine halbgaren Algorithmen. Du musst das Problem komplett verstehen!
| Zitat: | | Meine Hysterese erreicht dadurch quasi 150 Tesla und 10000 A/m. Das kann doch so nicht richig sein? |
Das H-Feld ist proportional zur Stromstärke.
Rechnerisch ist es zumindest richtig, sofern wir von einem leerlaufenden Trafo (=Spule) ausgehen. Allerdings bezweifle ich ein wenig, dass Du einen 10cm langen Ringkerntrafo betreibst, der einen Leerlaufstrom von 35A hat.
Oder sprichst Du von ganz kurzzeitigen Peakströmen während der Sättigung?
Plotte einfach mal die beiden Daten i(t) und u(t) und gib die zugehörige Schaltung an. Dann kann man dazu mehr sagen.
Vergiss auch nicht, ggf. vorhandene Sekundärwicklungen anzugeben.
Viele Grüße
Michael
Zuletzt bearbeitet von ML am 25. Apr 2020 23:47, insgesamt einmal bearbeitet |
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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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| numix Verfasst am: 25. Apr 2020 23:42 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | Du solltest Dir zumindest überlegen, wie Du den Mittelwert aktualisierst. Das wird nahezu zwangsläufig passieren, wenn sich beispielsweise Temperaturen verändern.
Nutze für die Forschung keine halbgaren Algorithmen. Du musst das Problem komplett verstehen! |
Ja da hast du recht, Matlab berücksichtigt hier den Mittelwert gemessenen Spannugen, für den Bereich über den in integrieren möchte. Für jede Messung wird dieser also neu berechnet. Unabhängig davon handelt es sich bei meinem Aufbau nur um einen mehr oder weniger einmaligen Test
| ML hat Folgendes geschrieben: | Allerdings bezweifle ich ein wenig, dass Du einen 10cm langen Ringkerntrafo betreibst, der einen Leerlaufstrom von 35A hat.
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Warum nicht? Die Primärwicklung mit wird mit einem 1 Ohm Widerstand zur begrenzung mit 35 A erregt. An den offenen Kontakten der Sekundärwicklung wird die Indukionsspannung gemessen.
| ML hat Folgendes geschrieben: |
Meine Vermutung ist, dass Du den Sekundärstrom vergessen hast. Der fließt bei Last ja genau idealisiert betrachtet andersrum um den Kern als der Primärstrom, so dass sich beide Ströme in Bezug auf das H-Feld näherungsweise gegeneinander aufheben. |
Kannst du das nochmal näher ausführen? In wie fern vergessen, meinst du bei der Berechnung?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 25. Apr 2020 23:49 Titel: |
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Hallo,
| Zitat: |
Warum nicht? Die Primärwicklung mit wird mit einem 1 Ohm Widerstand zur begrenzung mit 35 A erregt. An den offenen Kontakten der Sekundärwicklung wird die Indukionsspannung gemessen.
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Ich war noch nicht fertig mit Nachdenken und ging eigentlich davon aus, dass Du den Ringkern als Trafo nutzt. Ich hatte nicht berücksichtigt, dass Du Sättigungsversuche machst; da kommen ja schonmal größere Ströme zustande.
Mit Deinen CSV-Dateien komme ich nicht richtig zurecht; irgendwas ist beim Import komisch. Eine reine Matlab-Datei könnte ich einfacher lesen. Aber ein Plot u(t)/i(t) mit Schaltbild reicht.
Viele Grüße
Michael
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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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| numix Verfasst am: 25. Apr 2020 23:56 Titel: |
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Hier die aktuelle Messwertdatei:
https://www.xup.in/dl,20623590/9.3.mat/
Und hier der Code um sie einzulesen:
| Code: | clear ;
close all;
load("9.3.mat");
N = 30; % Anzahl der Windungen
L = .1; % Länge des magnetischen leiters [m]
d = 0.00004; % Durchmesser des Jochs [m^2]
I = A;
U = B;
U_offset = mean(U);
t = Tinterval:Tinterval:Tinterval*Length;
t = t.';
flux = cumtrapz(t,U-U_offset)
B = flux/d*N
B = B - mean(B); % to remove any DC bias
% Berechnung der mag. Feldstärke
H = I*N/L;
%Plotten
hold on
grid on
grid minor
title('Hystereseschleife - Messung 9.3 ')
plot(H,B,'k')
axis([-11000 +11000 -170 +170])
plot(0,0,'k+')
x0=400;
y0=400;
width=700;
height=500;
set(gcf,'position',[x0,y0,width,height])
grid
ylabel('mag. Induktion, B [T]')
xlabel('mag. Feldstärke, H [A/m]')
hold off |
Edit: und der Aufbau sieht in Etwa so aus:
 https://meettechniek.info/passive/hyst-images/circuit-digital.gif
Nur ohne den kondensator und dass der Strom in der Primärwicklung von einer Rogowsi-Spule gemessen wird. Also nicht über den Shunt.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 26. Apr 2020 00:25 Titel: |
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Hallo,
| numix hat Folgendes geschrieben: |
Nur ohne den kondensator und dass der Strom in der Primärwicklung von einer Rogowsi-Spule gemessen wird. Also nicht über den Shunt. |
Ich kann mir Deinen Aufbau nicht vorstellen.
In der Zeichnung steht was von einem Funktionsgenerator mit 50 Ohm Innenwiderstand. Das stelle ich mir ungefähr so vor:
https://de.wikipedia.org/wiki/Funktionsgenerator#/media/Datei:Embedded_World_2014_Oszilloskop_und_Funktionsgenerator.jpg
In Deiner Beschreibung steht aber was von 35A (und aus den Daten ergeben sich ca. 500 Hz Signalfrequenz). Solch hohe Ströme kann so ein Gerät aber gar nicht liefern.
Viele Grüße
Michael
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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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| numix Verfasst am: 26. Apr 2020 00:37 Titel: |
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Achso, ich wusste nicht , dass du es so genau wissen wolltest. Hier nocheinmal etwas genaut:
Primärseitig:
Der Signalgenerator erzeugt eine Wechselapnnung (3,5 Vp) diese wird über einen vier-Quadranten Verstärker auf 35 Vp verstärkt. An dem Ausgang des Verstärkers hängt ein 1 Ohm Widerstand und die Primäwricklung in Reihe.
Eine Rogowski-Spule wandelt den Strom in eine äquivalente Spannung um.
Diese Spannung wird von einem digitalen Oszi an Kanal A aufgezeichnet.
Sekundärseitig
An Kanal B hängt ein differentieller Tastkopf, welche die Spannung an der offenen Sekundärwicklung abgreift und misst.
Hoffe nun ist es etwas verständlicher 
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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numix
Anmeldungsdatum: 24.04.2020
Beiträge: 6
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| numix Verfasst am: 26. Apr 2020 13:20 Titel: |
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Ach so ein blöder Fehler, das hätte mir schon vorher auffallem müssen. Viele Dank !
Aktuell weiß ich selbst nicht genau um welchen Werkstoff es sich bei der Messung gehandelt hat. Ich werde versuchen das morgen mal in Erfahrung zu bringe. Der Anfangspermeabilität nach spricht es für Stahl mit 1 % Kohlestoff.
Ich werde auf jeden Fall berichten sobald ich näheres weiß
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