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Stell-Trenntrafo mit Oszillografenanschluß

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Dietmar Rudolph
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21.Feb.10 15:29
 
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Zur Reparatur von Radios und entsprechenden elektronischen Geräten ist ein Stell-Trenntransformator (auch nicht ganz korrekt als Regel-Trenntransformator bezeichnet) ein obligatorisches Hilfsmittel. 

Durch eine einfache Erweiterung eines vorhandenen Stell-Trenntrafos ist es zusätzlich möglich, die Form bzw. den Zeitverlauf des Stromes eines Gerätes oder den des Primärstromes eines Netztrafos auf dem Oszilloskop darzustellen. Dies ist insbesondere deshalb von Interesse, da der Zeitverlauf des Stromes infolge der Gleichrichtung im Radio nicht mehr sinusförmig ist. Weiterhin kann auch die Kurvenform infolge der Magnetisierung (Sättigungserscheinung) von der Sinusform abweichen.

Die notwendige Änderung in einem vorhandenen Stell-Trenntransformator ist relativ einfach. Man benötigt einen kleinen "Heiz-Trafo" TR (z.B. 220V => 6,3V), einen Lastwiderstand RB (die "Bürde") und Anschlußbuchsen für das Oszilloskop, wie im Schaltbild gezeichnet.

Der Trafo TR wird mit seiner Sekundärwicklung in Reihe mit dem Ausgang des Stell-Trenntrafos gelegt. (Kann genauso "unten" eingefügt werden.) Er wirkt als "Stromwandler", daher muß er mit einer "Bürde" RB abgeschlossen werden. Der Trafo TR muß (nur) so bemessen sein, daß er sekundär den maximalen Ausgangsstrom des Stell-Trenntrafos "verträgt".

Im Beispiel hat TR ein Übersetzungsverhältnis von 220V/6,3V = 34,92 ~ 35. Reziprok dazu ist das Übersetzungsverhältnis für die Ströme. Soll der Stell-Trenntrafo 1A max. Ausgangsstrom liefern, so wird dieser im Trafo TR in 1000mA/35 = 28,63mA übersetzt.

Dafür sollen auf dem Oszilloskop 10Veff  (14,14Vs bzw. 28,28Vss) dargestellt werden. Daraus berechnet sich der Wert der Bürde RB = 10V/28,63mA = 349,2Ω.

An der "6,3V-Wicklung" von TR fällt maximal die Spannung 10V/35 = 285mV ab, ist also praktisch vernachlässigbar.

In der Praxis ist fast jeder Trafo TR verwendbar, wenn seine Sekundärwicklung ausreichend dick ist. Das Übersetzungsverhältnis ist nachzumessen und der Widerstand RB ggf. abgleichbar zu machen (Drahtwiderstand mit Schelle), wenn der Strom auf dem Oszilloskop maßstäblich dargestellt werden soll.

MfG DR

Edit: Den Trafo TR kann man auch "ambulant" in einem geeigneten Gehäuse mit den zugehörigen Anschlüssen unterbringen. Das ist eventuell weniger aufwendig.

This article was edited 21.Feb.10 22:15 by Dietmar Rudolph .

Jürgen Ermel
 
 
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01.Dec.10 22:30

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Hallo,

ich verstehe nicht warum der so eminent wichtige Trenntrafo so vergewaltigt wird?

Sicher geht es anderen Usern auch so, nur haben sie es unterlassen zu fragen.

 

Gruß vom J. Ermel

 

 

Bernhard Nagel
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01.Dec.10 23:30

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Der Zweck dieser interessanten Zusatzeinrichtung ist im zweiten Absatz von Prof. Rudolphs Text beschrieben:

"Durch eine einfache Erweiterung eines vorhandenen Stell-Trenntrafos ist es zusätzlich möglich, die Form bzw. den Zeitverlauf des Stromes eines Gerätes oder den des Primärstromes eines Netztrafos auf dem Oszilloskop darzustellen. Dies ist insbesondere deshalb von Interesse, da der Zeitverlauf des Stromes infolge der Gleichrichtung im Radio nicht mehr sinusförmig ist. Weiterhin kann auch die Kurvenform infolge der Magnetisierung (Sättigungserscheinung) von der Sinusform abweichen."

Durch den Zusatztransformator im Strompfad des Stelltrafos bekommen wir einen Strom- Spannungswandler, wie er prinzipiell auch für Messungen von hohen (Wechsel-) Strömen verwendet wird. Mit Hilfe des Oszilloskops kann der Kurvenverlauf der vom Wandler abgegebenen Messspannung (die proportional zum Verlauf des Laststroms des Verbrauchers ist) beobachtet werden.

Dabei wird die sich ergebene Kurvenform z.B. eines Radios mit Netztransformator und Zweiweg- oder Brückengleichrichter von der eines Allstrom-Apparates mit Einweg-Gleichrichter deutlich abweichen. Zudem ist der Verlauf und damit die Netzbelastung bei Einweg-Gleichrichtung unsymmetrisch, wenn nach der Aufheizphase der Röhren der Anodenstromfluss einsetzt.

Starke Abweichungen von der sinusförmigen Stromaufnahme (die eine ohmsche Belastung ergeben würde) zeigen Verbraucher mit primär oder sekundär getakteten Schaltnetzteilen, wie sie etwa in Fernsehgeräten seit längerer Zeit Verwendung finden. Selbst die "Energiesparlampe" ist damit ausgestattet und verursacht durch die Schaltspitzen eine unerwünschte Erhöhung des Oberwellengehaltes unserer Netzspannung.

B. Nagel

 

This article was edited 02.Dec.10 01:23 by Bernhard Nagel .

Dietrich Grötzer
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02.Dec.10 08:36

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Herr Ermel,

ich verstehe ihren Beitrag nicht. Dem Stell- Trenntrafo geschieht ja nichts. Wenn Sie den Schaltplan richtig lesen wird lediglich ein Stromwandler in den Sekundärkreis eingefügt. Und damit ist eben die Beobachtung des Sekundärstromes mittels Oszilloskop möglich. Sicherheitstechnisch ist ja trotzdem eine galvanische Trennung vom Netz gegeben.

MfG DG

This article was edited 02.Dec.10 08:37 by Dietrich Grötzer .

Jürgen Ermel
 
 
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02.Dec.10 09:30

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Hallo, als Stromwandler zum Messen hoher Ströme ist mir diese Anordnung wohl bekannt.

Nur kann ich mir schwer vorstellen wo in der Praxis eine Anwendung hilfreich bzw. notwendig sein kann.

Schaltnetzteile sind in der Tat eine Spezie für sich und für Analogtechniker eher ein Greul.

In den 70 iger Jahren hatte ich erstmalig Anlagen mit Schaltnetzteilen im Service.

Da sie aber alle von einem Hersteller und baugleich waren, sind wir den Fehlern beizeiten auf die Schliche gekommen. 

Grüße aus dem winterlichen LE vom J. Ermel 

 

 

Konrad Birkner † 12.08.2014
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03.Dec.10 10:02
 
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In der "normalen" Reparaturpraxis, in der Radiowerkstatt, wird man die Untersuchung der Stromkurven kaum benötigen.

Aber für den fortgeschrittenen Techniker und den Entwickler (auch Bastler sind Entwickler!) gibt es einige interessante Anwendungen.

Ich denke dabei zunächst an Sättigungseffekte. Es gibt z.B. Fälle, wo der Trafo eines 220 V-Gerätes bei 235 V heiß wird bzw ein Brumm auftritt. Das muss nicht immer der höhere Verbrauch durch die Röhren sein. Hier kann auf einfachste Weise die Stromkurve bei 235 V mit jener bei 220 V verglichen werden.

Bei einem Windungsschluss kann man zeigen, wie beim Hochregeln die Überlastung eintritt (noch ehe es brennt oder die Sicherung fliegt). Da hilft zwar eine Vorschaltlampe, aber diese zeigt eben nur, dass etwas nicht stimmt.

Ähnlich kann man Brummeffekte untersuchen bei Allstromgeräten mit ihrer Halbwellengleichrichtung. Besonders interessant beim Einsatz von (energiesparenden) Vorschaltkondensatoren anstelle eines Vorschaltwiderstandes. Hier zeigt sich der Vorteil der Phasenverschiebung, weil die Gleichrichterlastspitze nicht mit der Spitze der Heizspannung zusammenfällt.
Anmerkung: Um Phasenvergleich Spannung/Strom darzustellen, muss zunächst das Verhalten bei ohmscher Last ermittelt werden. Am einfachsten zu simulieren mit einer Glühlampe (am besten eine "verbotene" Größe von 60 - 100 W, je nach Belastbarkeit des Stelltrafos).

Eine andere Anwendung:
man will sich ein kleines Niederspannungs-Netzteil bauen zur Heizung der alten Batteriegeräte aus den 1920ern. Also Trafo, Gleichrichter, Lade-Elko, Analog-Spannungsregler 78xx. Oberspannung plus Spannungsabfall am Gleichrichter mal Laststrom = Trafoleistung? Gut gemeint, aber bei Nennlast (oder schon darunter) erscheint Brumm. Ist die Differenz Oberspannung / Ausgangsspannung zu gering? Wenn nein, dann vielleicht der Ladeelko zu klein? Erhöhung bringt auch nichts?
Klar, denn der Trafo bringt den Spitzenstrom nicht auf ! Der Trafo kann seine Nennleistung nur an ohmscher Last, da heißt zeitunabhängig liefern. Auf eine Überschreitung, auch kurzzeitig während der Spitze einer Halbwelle reagiert er "beleidigt". Hier lässt sich durch Betrachtung des Strom- und Spannungsverlaufs sehr genau die Ursache bestimmen.

Also: Viel Erfolg!

This article was edited 03.Dec.10 10:42 by Konrad Birkner † 12.08.2014 .

Dieter Barkawitz
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EE:
Wie wir unten sehen, raten wir von dieser Lösung komplet ab - und das ganz prinzipiell.
Ich habe mir erlaubt, hier den Titel zu erweitern = ? - NEIN


Es gibt eine ganze Reihe guter Gründe die Form des Ausgangsstroms eines Stelltrenntransformators mit einem Oszilloskop zu visualisieren. Die Wichtigsten wurden bereits von den Vorrednern beschrieben.

Ich selber habe meinen Stelltrenntransformator vor langer Zeit hierfür erweitert. Allerdings realisierte ich die Stromadaption nicht mit einem transformatorischen Wandler sondern mit einem ohmschen Widerstrand (1Ohm/4W), dessen stromproportionale Spannung oszilloskopiert wird. Diese Methode ist in der Elektronik üblich wenn aus einem Strom eine proportionale Spannung zu generieren ist und hat ganz nebenbei den Vorteil, dass die am Skope angezeigte Spannung in einem weiten Frequenzbereich exakt phasengleich zum gemessenen Strom ist. Nachteilig ist die galvanische Kopplung zum Messobjekt. Netztrennung ist bereits durch den vorgeschalteten Stelltrenntransformator gegeben.


Sammlergruß   dB

This article was edited 03.Dec.10 16:31 by Ernst Erb .

Hans M. Knoll
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03.Dec.10 13:33

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Hallo  Leser dieses Textes.

Es war nicht fuer jeden Leser nachvollziehbar was die hier unmittelbar folgenden Zeilen an Brisanz enthalten. Aus dem von mir zitiertem Thread,  wurde die Skizze des "einfachen Aufbaues" damals entfernt. Ein Leser konnte sie noch beibringen und sie kann jetzt mehr zum Verstaendniss der Vorgaenge beitragen.

Es schrieb ein User in einem Forum als auf die Notwendigkeit dieses Trafos im Stromkreis verwiesen wurde:

hier nun das Original von damals:
 
 Der zugeordnete Text:
Geht natürlich auch einfacher und genauer:
Man sollte aber unbedingt einen Hochlast-Drahtwiderstand als Shunt nehmen, sonst raucht erst der Widerstand und dann der Oszi. 0,22 Ohm sollten für Ströme ab 100 mA reichen.

*Edit Admin: Vorsicht! Trenntrafo in diesem Fall wirkungslos. Siehe Warnhinweis unten*

Hier noch der Text mit dem Warnhinweis von Prof. Rudolph auf den der Admin hinwies:
 
Warnhinweis:
Die Schaltung mit dem Shunt ist lebensgefährlich!

Dies betrifft alle Geräte, die keine Netztrennung haben. Da ein Pol dieser angeblich "einfachen und genauen" Schaltung geerdet ist, kann bei einem nicht Netz getrennten Gerät somit das Chassis hoch liegen, wenn der Netzstecker entsprechend eingesteckt wird.
Da andererseits das Oszilloskop über seine Masseklemme an der Tastspitze auf Massepotential liegt, hat man dann somit volle Spannung zwischen dem Gehäuse des Oszilloskops und dem Chassis des nicht netzgetrennten Radios.

In der "einfachen und genauen" Schaltung ist der Trenn-Trafo wertlos, weil de fakto keine Trennung mehr vorhanden ist. Denn ein Pol liegt auf Masse und der andere liegt hoch.
MfG DR
 
 
Prof. Dietmar Rudolph:
 
Weshalb verwendet man in der kommerziellen / professionellen Technik dann bloß Stromwandler, wenn es mit Shunts so viel einfacher und genauer geht?

Der Nachteil der "Shunt-Lösung" besteht in folgenden Punkten:
Keine Potentialtrennung zwischen Stromversorgung und Meßgerät. Das kann bei Allstromgeräten (in Abhängigkeit von der Stellung des Netzsteckers) zu Kurzschlüssen führen.
Wärmeentwicklung im Shunt, denn zur genaueren Messung muß der Spannungsfall im Shunt genügend groß sein.
Die Spannung ist bekanntermaßen nur ~ I, während die Leistung ~ I^2 ist.
Unbekannte Übergangswiderstände verändern den effektiven Widerstand des Shunts in nicht definierter Weise und führen dann zu Meßfehlern, denn die gemessene Spannung entsteht am Shunt und der Reihenschaltung der Übergangswiderstände.
Schließlich die schon erwähnte Möglichkeit, daß bei Unterbrechung des Shunts das Oszilloskop Schaden nehmen kann.
 
Knoll:
 
Nach den Vorschriften der Berufsgenossenschaften und VDE, darf an der Sekundaerseite nur „ein“ Verbraucher angeschlossen sein.
Wir das Scope mit dem „Messwiderstand“ verbunden, ist ein Pol des Trenntrafos mit dem Gehaeuse des Scopes verbunden, der Gegenpol der Sek. Seite, der ja beruehrbar ist, macht den Trenntrafo unwirksam.
Aus genau diesem Grund, hat Herr Rudolph den Text der oben an zweiter Stelle von mir eingesetzt wurde, geschrieben.
 
Herr Barkawitz macht das nun wieder rueckgaengig.
 
ZITAT:   Netztrennung ist bereits durch den vorgeschalteten Stelltrenntransformator gegeben.


So was kann in der Bastelecke machen, aber nicht als Moeglichkeit oeffentlich machen.

This article was edited 07.Dec.10 20:09 by Hans M. Knoll .

Dietrich Grötzer
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03.Dec.10 13:46

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Bei Verwendung eines ohmschen Widerstandes, ist trotz Trenntrafo Vorsicht geboten. Der Masseanschluss des Oszilloskop ist in der Regel mit Erde (Schutzleiter) verbunden und dann ist der Trenntrafo unwirksam da sekundärseitig neuerlich Spannung gegen Erde auftritt. Aus Sicherheitsgründen kann diese Messart nicht akzeptiert werden ausser das Oszi wird ebenfalls über einen Trenntrafo betrieben.

Die Methode mit dem Stromwandler dagegen ist auf der sicheren Seite da am Stromwandler sekundärseitig nur geringe Spannungen auftreten.

MfG DG

Herr Knoll hat die Sichertheitsbedenken 3min vor mir hochgeladen, somit ist mein Beitrag gegenstandslos.

This article was edited 03.Dec.10 13:50 by Dietrich Grötzer .

Konrad Birkner † 12.08.2014
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Danke Herr Knoll,

aber sie sind noch viel zu milde ! Nicht mal in der Bastelecke sollte man so etwas machen.

Ich möchte es noch drastischer erläutern:
Wer ein Allstromgerät polrichtig anschließt, muss bereits wissen, dass dessen Chassis zwar auf dem Nullleiter liegt, aber nicht mit Schutzerde verbunden ist. Diese letztere Verbindung erfolgt. sobald ein netzbetriebenes schutzgeerdetes Messgerät angeschlossen wird, wodurch meist der FI-Schalter auslöst (sofern hoffentlich vorhanden).

Beim Einschalten eines Serienwiderstandes in die Zuleitung ist zumindest sicherzustellen, dass dieser sich auf der Nullleiterseite befindet. Der Verbraucher (Radio) liegt aber dann zusätzlich um den Spannungsabfall hoch. Wo schließt man jetzt den Oszi an ? Eine vernünftige Messung anderer Punkte im Prüfling ist damit wohl kaum möglich.
Und hoffentlich vergisst man nach vorübergehendem Ausstecken nicht, das Ganze auch wieder polrichtig einzustecken... denn das Anfassen eines messseitig noch angeschlossenen aber vom Netz ausgesteckten Oszis auf Phasenpotential ikann äusserst ungesund sein.

Wer Familie hat, auch Kinder, die unkontrolliert spielen können, Besucher bekommt, sollte sich keine Chance schaffen auf "Lebenslänglich wegen grob fahrlässiger Tötung".

"Ich passe schon auf" ist eine der dümmsten und gefährlichsten Ausreden aus Faulheit !

Das musste mal deutlich gesagt werden.

KoBi

This article was edited 03.Dec.10 14:06 by Konrad Birkner † 12.08.2014 .

Hans M. Knoll
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Hallo Herr Groetzer.

 

Es ist ja nicht falsch was Sie schreiben. Wenn aber  das Scope mit dem Tastkopf am Messwiderstand liegt,  ein Allstrom oder pseudo-Wechelstrom Geraet bearbeitet wird, steht  ja zwischen Chassis- Radio und Tastkopfmasse oder Gehaeuse des ueber zweiten Trenntrafo versorgte Scope, trotzdem das Netz vom Trenntrafo #1

 

Gruss Knoll 

This article was edited 03.Dec.10 14:18 by Hans M. Knoll .

Pius Steiner
 
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Vielen Dank Herr Rudolph

das wollte ich gleich ausprobieren, weil ich immer alles sehen will. Ich nahm einen ganz kleinen 7.5V Trafo (man nimmt was man hat) und gleichzeitig wollte ich sehen, ob es auch mit einem Ringkern funktioniert. Dazu nahm ich eine Entstördrossel und wickelte 2x den Leiter des zu messenden Stromes durch den Kern. Die zwei Wicklungen der Drossel schaltete ich in serie.
Als Last benutzte ich zuerst eine Glühlampe ... Die untere Kurve ist jeweils das Signal von der Drossel.

als nächstes eine 220V Led Lampe, deren Stromaufnahme natürlich viel kleiner ist:

 

und zum Schluss mein Netzgerät, das mit einer primären Phasenanschnittsteuerung vorgeregelt wird:

Da das Netzgerät die Vorregelung "langsam" durchführt, noch eine weitere Darstellung mit langsamer Ablenkung:

Nun, ich bin begeistert, wie einfach die Lösung ist.
Bin ich abwegig mit dem Gedanken, dass man mit einem Nulldurchgangsdetektor ein Trigger Signal für das Osziloskop erzeugen könnte und damit die Phasenverschiebung des Stromes ersichtlich machen?

Auf jeden Fall werde ich mir Ihren Tip merken.

Nochmals vielen Dank und herzliche Grüsse

Pius

 

 

 

Dieter Barkawitz
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03.Dec.10 16:24

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Meine Herren,
sie empören sich zu Recht, ich habe das Gefahrenpotential bei Anschluss eines Allstromgerätes nicht bedacht.

Ich hoffe einigen Sammlerkollegen bleibt aufgrund dieses Theards selbiger Fehler erspart!


Ich werde meinen Stelltrenntransformator vor der nächsten Inbetriebnahme mit einem transformatorischen Stromwandler, so wie von Herren Rudolph vorgeschlagen umrüsten.
 

Hans M. Knoll
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Hallo Herr Barkawitz,

ihre Mitteilung macht Sie weiterhin zu einem Fachpartner hier im Forum. .

Sie verlegen sich nicht aufs Lavieren, Sie reagieren, das ehrt Sie.

 

Hans M. Knoll

This article was edited 07.Dec.10 20:11 by Hans M. Knoll .

Hans M. Knoll
Hans M. Knoll
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07.Dec.10 20:20

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Hallo Leser im Forum.

Der Post # 8 wurde von mir mit zusaetzlichem Material erweitert.

Ich hoffe, dass die Problematik und die Gefaehrlichkeit der Vorgehensweise,  jetzt noch deutlicher sichtbar wird, als es bisher  der Fall war.

Hans M. Knoll

Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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Bei der in Post #8 zitierten Schaltung mit dem sekundärseitig geerdeten Trenntrafo kann die durch die Erdung hervorgerufene Gefahr gegebenenfalls noch größer sein, als das auf den ersten Blick zu sehen ist. Das hängt davon ab, wie die Sekundärwicklung gepolt ist. Man hat dadurch entweder ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 oder aber von 1:(-1).

Ohne sekundärseitege Erdung floatet die Sekundärwicklung und das Vorzeichen ist belanglos.

Bei geerdeter Sekundärseite sind die beiden Fälle unterschiedlich:

  • Beim Übersetzungsverhältnis 1:1 ist es gleichbedeutend als ob gar kein Trenntrafo vorhanden wäre.
  • Beim Übersetzungsverhältnis 1:(-1) entsteht zwischen den primärseitig und sekundärseitig hochliegenden Anschlüssen eine Spannung von 460V (!)

Man kann (nach Murphy) in einem solchen Fall nicht ausschließen, daß bei einem Gerät, das direkt am Netz liegt, das Chassis volle Spannung führt, während das andere hinter dem sekundärseitig geerdeten Trenntrafo ebenfalls "volle Spannung" auf dem Chassis hat. Dumm nur, daß dann zwischen diesen beiden Chassis nun 460Volt liegen.

Dieser Fall, der hoffentlich nicht eintreten wird, zeigt, daß die Bezeichnung "Elektrischer Stuhl" in Post #10 keinesfalls übertrieben ist.

Vor einer sekundärseitigen Erdung eines Trenntrafos kann also nicht nachdrücklich genug gewarnt werden!

Da ein angeschlossenes Gerät (Meßgerät, Oszilloskop) bereits zur einseitigen Erdung der Sekundärwicklung führen kann, darf demzufolge auch kein weiteres Gerät an den gleichen Trenntrafo angeschlossen werden!

MfG DR

Jürgen Ermel
 
 
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Hallo an die Herren der Technik!

Fehler werden hier schonungslos, ohne lavieren genannt und auch auf die möglichen Gefahren hingewiesen.

Das zeichnet so ein Forum aus.

Gerade diese Methode der Fehlersuche war mir schlicht und ergreifend unbekannt.

Ich hätte mich auch nicht auf die Erdung konzentriert, sonder nur den Messaufbau realisiert.

 

Gruß vom J. E.

 

 

  
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