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Einfache Messungen am Netztransformator

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Eike Grund
Eike Grund
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18.Sep.11 23:54
 
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Der Netztransformator ist selten völlig zerstört, mit infolge fehlerhafter Überlastung durchgebrannter oder miteinander verschmolzenen Wicklungen. Sofern es sich nicht um eine modellspezifische Ausführung handelt, kann oft Ersatz gefunden werden, weil die Hersteller nach Möglichkeit für ein oder auch mehrere Modelljahre den Netztrafo unverändert ließen und auch in möglichst vielen Modellen verwendeten. Den Trafo neu zu wickeln ist möglich, setzt aber Erfahrung voraus. Sollte nur eine äußere Wicklung betroffen sein, kann man es eher wagen.

Schwierig wird es auch, wenn der Netztrafo noch funktioniert, aber eine Fehlfunktion vermutet wird. Solche Vermutungen werden meistens durch eine hohe Temperatur des Netztrafos ausgelöst. Diese kann aber auch dann noch im Grünen Bereich liegen, wenn man sich schon die Finger verbrennt. Kritisch wird es aber, wenn es riecht. Die oft gestellte Frage lautet:


Wie heiß darf mein Netztransformator werden?
Die Übersicht:


1. Grundlagen
2. Erste Schritte und Ergebnisse
3. Weitere Messungen
4. Arbeiten im Bereich der Stromversorgung
5. Prüfung eines beliebigen Netztrafos auf Eignung für einen Ersatz
6. Literaturhinweise


1. Grundlagen
Mittelklassegeräte mit Standardröhrenbestückung (6 Röhren, eine Skalenlampe) der Novalserie (die hier betrachtet werden) haben meist einen Netztrafo mit Eisenkernblechen EI78 (Dynamoblech III). Dieser Größe entspricht eine maximale Verlustleistung, durch Wirkungsgrad und Sekundärleistung bestimmt. Im Telefunken Laborbuch Band 1 (1) wird eine maximale Dauer- Übertemperatur von 55 Grad C bei Nennlast angegeben. Das bedeutet, dass diese Trafos auch Temperaturen im Bereich der siebziger Grade ohne Folgeschäden überstehen würden.

Im Telefunken Laborbuch Bd. 1 (1) und im Bericht von Otto Limann in der FUNKSCHAU 1958 / Heft 1 (2) wird die Nennlast (Sekundärleistung) für einen Trafo dieser Größe mit 35 VA angegeben.
In beiden Unterlagen wird die Berechnung von Netztrafos beschrieben. Kern ist die Ermittlung der Sekundär(schein)leistung. Dazu müssen Gleichspannung und –strom in den Wechslstrom –bzw. Spannung der Sekundärwicklung umgerechnet werden. Die Umrechnungsfaktoren können aus den Daten mancher Stromlaufpläne errechnet werden, können gemessen - oder den genannten Unterlagen entnommen werden.
In beiden Beiträgen unterscheiden sich die Angaben zur Umrechnung der Anoden- Gleichstromleistung in die von der Sekundärwicklung abgegebenen Wechselstromleistung geringfügig. In seltenen Fällen sind in den Schaltplänen auch alle Wechselspannungen und Ströme vermerkt, die gefundenen Daten entsprechen den Angaben im Telefunken Laborbuch (N~ = 1,4 x N=) und gelten für Selen-Brückengleichrichter (U=  = 1,16 x U~     und   I~ = 1,6 x I=)
Im Funkschaubericht ist aber auch zu lesen (etwas locker interpretiert), dass es genügt, einen einzelnen  Trafo überschlägig zu berechnen, weil das gewickelte Ergebnis sowieso etwas anders aussehen wird.
Ermittelt man die Sekundärleistung des Netztrafos eines Radiomodelles der Mittelklasse, wird man feststellen, dass die Sekundärleistung eher bei 45 VA liegt.
Des Rätsels Lösung: Die Wärmeableitung bei Chassismontage.

Die Netztrafos unserer Röhrenradios wurden aus Kostengründen nicht überdimensioniert, im Gegenteil: Man ging bis an die Grenzen, s. auch (2) FUNKSCHAU 1958 Heft 4 S. 95 oben.  Die sich dadurch ergebenden hohen Temperaturen der Netztrafos variieren wegen unterschiedlicher Leistungsdaten und konstruktiver Lösungen. Außerdem muss eine Exemplarstreuung bei der Qualität unterstellt werden. Die endgültige Betriebstemperatur des Netztrafos wird erst nach 2 bis 3 Stunden erreicht.

2. Erste Schritte und Ergebnisse
Stimmen Strom und Spannung am Gleichrichterausgang, der Gleichrichter ist geprüft bzw. der sekundäre Wechselstrom vor dem Gleichrichter gemessen und man möchte sich trotzdem nicht an die hohe Temperatur des Netztrafos gewöhnen, helfen folgende einfache Messungen:
Im Stromlaufplan bzw. auf der Rückwand ist meistens die Leistungsaufnahme in Watt vermerkt. Diese (Wirk-)Leistung misst man mit einem Wattmeter. Man weiß oft gar nicht, dass man eines hat: Die Steckdosengeräte zur Messung des Energieverbrauchs.

Sehr aufschlussreich zum Zustand des Netztrafos ist die Messung der Leerlaufleistung, ebenfalls mit einem Wattmeter. Man muss den Trafo nicht ausbauen, man unterbricht die Stromkreise der Sekundärwicklungen. Im Heizstromkreis reicht auch das Ziehen aller Röhren und Lampen. Vorsichtshalber prüft man im Stromlaufplan, ob nicht doch noch ein Strom fließen kann.
Mit der Leerlaufleistung wird die Magnetisierung des Eisens abgedeckt, sie beträgt bei den hier besprochenen Trafos ca. 3 – 5 Watt. Schon eine geringe Last durch Schäden ließe den Wert deutlich ansteigen. Das Bild rechts zeigt die Leerlaufleistung bei 240/50 Volt-Einstellung des Netztrafos der Schatulle H42, der im Vergleich mit einigen Trafos anderer Hersteller niedrige Werte zeigt. Manche dieser Leistungsmonitore sind allerdings an der unteren Grenze des Messbereichs nicht sehr genau.
Ein Netztrafo wird im Leerlauf bei Chassismontage im Gerät nicht warm.


3. Weitere Messungen:
Stichprobe mit einer Schatulle H52, restauriert:
Raumtemperatur 20 Grad C,  die Endtemperaturen wurden jeweils nach ca. 2,5 h erreicht.
Spannungswähler  in 240/250 Position: 51 Grad C
Spannungswähler  in 220 Volt Position: 61 Grad C
Zu den Folgen einer fehlenden 240 Volt Einstellung siehe auch (3) “Netztrafo Magnetisierungsstrom: Anstieg bei 235V“

Aber eine fehlende Umschaltmöglichkeit auf 240/250 Volt kann das Fass zum Überlaufen bringen, wenn der Trafo schon bei 220 Volt im Grenzbereich betrieben wurde. Hier kann der Einbau eines geräuscharmen kollektorlosen Lüfters (ein Vorwiderstand reduziert das Geräusch) erwogen
werden, das ist möglich ohne Spuren zu hinterlassen.

Der Netztrafo bei der Schatulle H52  liegt in einem Ausschnitt des seitlichen Chassisblechs (1,6mm) am “kalten Ende“ des Chassis, in allen vier Bohrungen der Bleche mit dem Chassis verschraubt, dicht zu den Lüftungslöchern der Geräterückwand. Konstruktiv ideal umgesetzt.

Ein Netztrafo gleicher Bauart (aus Schatulle H42) wurde mit etwas geringerer Sekundärleistung (entsprechend zwei Skalenlampen weniger) im Versuchsaufbau (s. weiter unten) betrieben. Mit einer der Chassismontage entsprechenden Kühlung und Betrieb in der 220 Volt Position stabilisierte sich die Temperatur nach 2,5 h bei 59 Grad C. Ohne Kühlung wurde die Messung vorzeitig abgebrochen, weil die Temperatur zügig gegen 70 Grad C strebte.
Die Wärmeableitung über das Chassis hat also großen Einfluss auf die Betriebstemperatur.

Eine Betriebstemperatur von ca. 60 Grad C kann demnach als moderat angesehen werden, findet man doch auch Chassis, die eine weniger gute Wärmeableitung ermöglichen.

4. Arbeiten im Bereich der Stromversorgung
sind gefährlich und erfordern daher Konzentration und Sorgfalt, hat man doch bald ein Gewirr von Messleitungen mit Klemmen auf dem Tisch. Es kann daher sinnvoll sein, sich für solche Arbeiten eine universell einsetzbare Brettschaltung aufzubauen. Das Bild links zeigt einen solchen Aufbau mit verschiedenen Baugruppen, die sowohl miteinander verbunden oder auch als Referenz bei der Prüfung der im Radio verbauten Teile verwendet werden können:


1) Netztransformator, nur mit 2 Schrauben gesichert, Austausch leicht möglich.
2) Sicherungen für Primär- und Sekundärwicklungen, das erleichtert auch die Messung der Ströme.
3) Elektrolytkondensator, 2 x 47 µF, 450 Volt
4) Netzdrossel
5) Novalfassung, Heizung mittels Schalter (8) zuschaltbar. Die weiteren 7 Anschlüsse sind an die Lötleiste herangeführt. Durch Wahl einer geeigneten Röhre kann die Feinabstimmung der Last im Heizstromkreis vorgenommen werden, auch kann  eine Röhre oder z.B. ein Ausgangstrafo geprüft werden.
6) Silizium Brücke, in Verbindung mit dem Lastbrettchen können die überschlägig berechneten Vorwiderstände bei Einsatz einer Si-Brücke vor dem Einbau nochmals geprüft werden.
7) Dreheiseninstrument 150mA, umschaltbar zw. Sekundärwicklung und erstem Siebelko
8) Schalter für 220 bzw. 240 Volt Anschluss des Trafos, Dreheiseninstrument und Röhrenheizung.


Sinnvoll ist die Montage einer Anzeigelampe (Glimmlämpchen) für die Netzspannung, noch vor der Sicherung, damit immer der Zustand “Netzstecker steckt“ angezeigt wird.

Das Lastbrettchen (s. Bild rechts) dient zur Einstellung beliebiger Lastprofile im Heiz- oder Anodenkreis. Eine H4 Autolampe, beide Systeme in Reihe, belastet den Heizkreis mit ca. 2,4 Ampere bei 6,3 Volt.
Handelsübliche 260 Voltlampen (E14) verschiedener Stärken simulieren eine Gleich- oder Wechselstromlast. Dabei ist darauf zu achten, dass nicht die für nur 12Volt geeigneten Spielzeugfassungen verwendet werden. Bei Messungen im Heizstromkreis ist zu beachten, dass sich der Widerstand der Zuleitungen auswirkt wenn diese zu lang oder zu dünn gewählt werden.

5. Prüfung eines beliebigen Netztrafos auf Eignung für einen Ersatz
Man wird zunächst mit Hilfe des Ohmmeters versuchen, die einzelnen Windungen zu lokalisieren. Der Wert des gemessenen Gleichstromwiderstandes ist dabei wenig aufschlussreich, weil auch gleiche Wicklungen, weil übereinander gewickelt, unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
Man wird unschwer die Heizwicklung am Drahtdurchmesser erkennen
Auch die Primärwicklungen erkennt man, weil diese zuerst gewickelt werden. Die Primärwicklung wird entweder in einem Stück mit herausgeführten Anzapfungen ausgeführt – (dabei wird für die erste Hälfte ein größerer  Drahtdurchmesser verwendet, um der größeren Stromstärke bei Betrieb mit 110 / 125 Volt gerecht zu werden) – oder  auf zwei getrennte Wicklungen mit gleicher Windungszahl und gleichem Drahtdurchmesser aufgeteilt (bei Betrieb mit 110 / 125 Volt werden die Wicklungen parallel geschaltet, der höhere Strom wird dadurch auf beide Wicklungen verteilt). Im letzteren Fall ergibt die  Messung der Gleichstromwiderstände beider Wicklungen jedoch unterschiedliche Werte, weil die Wicklungen übereinander gewickelt werden. Das Bild unten zeigt die

herausgeführten Enden einer Primärwicklung. Rechts im Bild sieht man jeweils nur einen Draht, das sind die Enden. Bei den Anzapfungen werden beide Drahtenden herausgeführt, die zum Messen miteinander verlötet werden müssen.

Dann misst man die Leerlaufleistung des Trafos (s. oben), um sicher zu gehen, dass keine inneren Schlüsse vorliegen.
Legt man nun 6,3 Volt (zum Beispiel von der oben gezeigten Brettschaltung) an die Heizwicklung, kann man die ungefähren Wechselspannungen der übrigen Wicklungen prüfen.
Wer sich sicher ist, wird gleich die Netzspannung an die Primärwicklung legen und die oben beschriebenen Messungen im Leerlauf und unter Last durchführen.
Unübersichtlich kann es werden, wenn mehr als eine Heizwicklung oder zwei Anodenwicklungen für Zweiweggleichrichtung vorhanden sind.

Verwendete Messgeräte:
VOLTCRAFT VC850 mit Temperaturfühler
VOLTCRAFT Energy Monitor 3000
...

6. Literaturhinweise

(1) Telefunken Laborbuch Bd. I: "Netztransformator"

(2) FUNKSCHAU 1958: "Die Berechnung von Drosseln, Netztransformatoren und Nf-Übertragern"  (Otto Limann)

(3) "Netztrafo Magnetisierungsstrom: Anstieg bei 235V"


E. Grund
 

  
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