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Netztrafo Magnetisierungsstrom: Anstieg bei 235V

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Papers » Basic principles of radio technique » Netztrafo Magnetisierungsstrom: Anstieg bei 235V
           
Dietmar Rudolph
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15.Apr.11 19:35
 
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Nachdem die Netzspannung von ursprünglich 220V auf 230V bis 235V umgestellt wurde, sollte der Spannungswähler auf 240V umgestellt werden.

Wie wirkt sich die Erhöhung der Netzspannung aber auf die Radios aus, die als höchste Spannung nur 220V vorgesehen haben?

Eine Erhöhung von 220V auf 235V entspricht +6,8% bezogen auf 220V.

Anodenspannung: In Abhängigkeit vom Zustand der Gleichrichterröhre oder des Selengleichrichters dürfte das normalerweise unbedenklich sein, weil i.a. ältere Gleichrichter einen erhöhten Innenwiderstand haben. Beim Ersatz eines Selen- durch einen Silizium-Gleichrichter sollte aber ein geeigneter Schutzwiderstand vorgesehen werden, dessen Größe z.B. meßtechnisch ermittelt werden kann.

Heizspannung: Die leichte Erhöhung der Heizspannung ist unkritisch. Ratheiser schreibt dazu in "Rundfunkröhren; Eigenschaften und Anwendungen, Regelin, 1949":
"Als zulässige Toleranz der Heizspannung ist allgemein ein Wert von +- 15% festgelegt. Hiervon sind für Netzspannungsschwankungen +- 10% vorgesehen, während die restlichen +- 5% für Schaltmittelstreuungen (Heizwicklung des Netztransformators, Vorwiderstände usw.) angesetzt sind...."

Magnetisierungsstrom des Netztrafos: Viele Netztrafos sind so dimensioniert, daß sie bei Nominalspannung bereits in den Bereich kommen, wo der Magnetisierungsstrom überproportional ansteigt.

Hierzu 4 willkürlich gewählte Beispiele. Es sind Meßwerte von unterschiedlich großen Trafos mit nominell 220V Primärspannung.

Leerlauf-Kennlinie von Trafo 1.

Man erkennt den typischen Verlauf, bei dem der Strom für kleine Spannungen zunächst proportional ansteigt, dann aber, wenn das Eisen allmählich in den Sättigungsbereich kommt, überproportional ansteigt. Hier hat man in dem interessanten Bereich zwischen 220V und 235V einen Anstieg von ca. 6mA/V. Dieser Trafo hat offensichtlich noch etwas "Reserve", da der steile Anstieg erst ab 250V erfolgt.

Leerlaufkennlinie von Trafo 2.

Dieser Trafo wird stärker magnetisiert, wie aus der größeren Steigung von 13mA/15V zu erkennen ist.

Leerlaufkennlinie von Trafo 3.

Leerlaufkennlinie von Trafo 4.

Die Kennlinien von Trafo 3 & 4 zeigen eine ähnlich Steigung von ca. 10mA/15V im Bereich zwischen 220V und 235V, obgleich es sich um zwei völlig unterschiedliche Typen handelt.

Allgemein kann man davon ausgehen, daß die Trafos grundsätzlich so dimensioniert sind, daß sie für die nominelle Netzspannung so weit magnetisiert werden, daß sie in den Bereich mit überproportionalem Anstieg des Magnetisierungsstromes kommen.

Der erhöhte Magnetisierungsstrom des Trafos wirkt sich in einer stärkeren Erwärmung des Trafos aus. Aber auch hierbei wird bei einer Erhöhung der Netzspannung um 7% die zulässige Temperatur des Trafos nicht überschritten.

Spartrafo 235V→220V: Um die Radios mit 220V Netzspannung zu "schonen", bietet sich eine einfache Lösung an. Einfach wird die Lösung deshalb, weil nur 15V heruntertransformiert werden müssen.

Es eignet sich ein (relativ kleiner) Trafo, der 220V primär und 15V sekundär hat. Die Sekundärwicklung soll für so viel Strom ausgelegt sein, wie es als maximale Strom-Belastung später auftritt.

Man schaltet nun Sekundär- und Primärwicklung in Serie (hinter einander) und speist 235V ein. Sind die Anschlüsse der Sekundärwicklung richtig herum gewählt, so werden die 235V an der Verbindungsstelle zwischen Primär- und Sekundärwicklung auf 220V heruntertransformiert.
[Achtung: wenn hier 250V gemessen werden, sind die Anschlüsse der Sekundärwicklung zu tauschen.]

Wie groß soll der Trafo gewählt werden? Das hängt davon ab, wie viele Geräte gleichzeitig damit versorgt werden sollen.
Annahme: Es soll maximal ein Strom von 1A entnommen werden. Dann ist ein Trafo mit 15W Leistung erforderlich.

Es empfiehlt sich, den Spartrafo so an das Netz zu schalten, daß die 15V Wicklung zwischen 235V und 220V zu liegen kommt. Dann ist für das angeschlossene Radio die Netzspannung (wie üblich) auf einer Klemme 0V und auf der anderen 220V.

Beim Nachbau sollte auch eine Feinsicherung vorgesehen werden, die den maximal entnehmbaren Stom absichert, also z.B. 1A.

Achtung: An einen Nachbau sollten sich nur Personen machen, die ausreichende Erfahrung mit Netzanschlüssen haben!

NfG DR

This article was edited 18.Apr.11 17:31 by Dietmar Rudolph .

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17.Apr.11 00:08

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Sehr geehrter Prof. Rudolph:

Vielen Dank für die sehr nützliche Messungen.

Ein weiterer Effekt ist die Verwendung eines 60Hz Transformatoren bei 50Hz. Der Magnetisierungsstrom steigt auch überproportional mit der niedrigeren Frequenz.

Dies bezog englischer Sprache Artikel mit Messungen aus einem kleinen Transformator von Interesse sein kann.

Mit besten Grüßen,
-Joe

Dietmar Rudolph
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17.Apr.11 21:17

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Herr Pfister hat per Mail folgende nützliche Ergänzung vorgeschlagen:

Hallo Herr Rudolph
Danke für den Beitrag und die Messungen, ich wusste nicht, dass die meisten Trafos so knapp bemessen sind, da ich auch schon selber solche berechnet und gebaut habe. Da hätte vielleicht ein Nachmessen dieses "Knicks" die Berechnung bestätigen können.


Nachtragen könnten Sie vielleicht, dass sich mit diesem Phänomen auch die vorgesehene Primärspannung eines unbeschrifteten Trafos "messen" oder zumindest abschätzen lässt z.B. 110 oder 220 Volt. Das habe ich schon gemacht, da war dann bei einem 110 V Trafo bei 220 V etwa der zehnfache Leerlaufstrom vorhanden und natürlich wurde er, trotz unbelastet, warm.
Freundliche Grüsse
David Pfister, Thun

Die Messungen führt man mit Hilfe eines Stell-Trenntrafos aus. Hat dieser dann auch noch den Zusatz zur Messung des Stroms, kann man dessen Anstieg nicht nur als Zahlenwert feststellen, sondern sieht dann auch noch wie die Kurvenform des Stroms immer stärker von der Sinus-Form abweicht. Das sieht dann so ähnlich aus, wie die von Herrn Steiner gemessenen Ströme.

Besser noch sieht man die verzerrten Ströme eines Trafos in der von Herrn Sousa vorgestellten Messung eines kleinen Transformators.

MfG DR

Joe Sousa
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18.Apr.11 04:02

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Ich habe gerade Geschrieben eine einfache Methode zur Schätzung Wicklungstemperatur.
Mit freundlichen Grüßen.
-Joe

Dietmar Rudolph
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19.Apr.11 10:45

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Die Sättigung des Eisens, die bei Netztrafos störend in Erscheinung tritt, wenn die angelegte Spannung erhöht wird, wurde zu Beginn der Funktechnik dazu verwendet, um eine Frequenzvervielfachung zu erzeugen. Aber auch zum Zwecke der Modulation wurden Drosseln verwendet, bei denen das Eisen gezielt in die Sättigung gefahren wurde.

In dem Aufsatz "Die Technik der Amplituden-Modulatren" findet man in den Kapiteln 2.1.3, 2.1.4 & 2.2 einige Beispiele dazu.

Wie so häufig in der Techik ist ein störender Effekt bei einer Anwendung bei einer anderen Anwendung nutzbringend anwendbar.

MfG DR

Ernst Erb
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19.Apr.11 13:50

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Georg Richter hatte uns das aus F. Vilbig, Lehrbuch der Hochfrequenztechnik" via ein PDF zitiert:

III. Maschinensender.

Dazu hat er auch das Modell eines Maschinensenders für 10 kW angelegt und bebildert.


Bei "Radios von gestern" sind erste Maschinensender mit Frequenzvervielfachung in Deutschland (Gross-Station Eivese bei Hannover und Gross-Station Nauen) auf Seite 47 besprochen. Siehe auch die Sendeprinzipien ab Seite 332. Da ist auf Seite 334 auch der alte Rundfunksender München erwähnt, der nach diesem System gebaut war. Aber auch die Versuche mit Lichtbogensendern in Deutschland sind erwähnt. In den Niederlanden ging man da bis zu einer Leistung von 2400 kW!

 

  
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