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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Einfache Booster-Geräte. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Regler für Strom, Spannung, Leistung Der Artikel enthält Beschreibungen einfacher Booster-Geräte, mit denen Sie die Spannung im Stromnetz um einen bestimmten Betrag erhöhen oder mithilfe herkömmlicher Abwärtstransformatoren senken können. In der Praxis ist es beispielsweise häufig erforderlich, die erhöhte Spannung auf das Nennniveau abzusenken, um die Lebensdauer von Glühlampen zu verlängern, oder die reduzierte Spannung zu erhöhen, um die Lichtausbeute der Lampen zu erhöhen. Der einfachste, kostengünstigste und wirtschaftlichste Weg, dies zu erreichen, ist die Verwendung eines herkömmlichen Abwärtstransformators mit zwei Wicklungen, der nach dem Spannungsanhebungsschema eingeschaltet wird. Eine solche Einbeziehung bedeutet, dass die sekundäre Niederspannungswicklung des Transformators in Reihe mit der Last geschaltet ist und die primäre, höhere Spannungswicklung parallel zur Last oder zu den Netzanschlüssen geschaltet ist. Abbildung 1 zeigt die Schaltkreise von Booster-Transformatoren und deren Vektordiagramme.
Zur Vereinfachung werden die Vektordiagramme ohne Berücksichtigung der Verluste in den Sekundärwicklungen von Transformatoren erstellt. Abbildung 1, a zeigt das Anschlussdiagramm eines Booster-Transformators und sein Vektordiagramm mit der konsonanten Einbeziehung seiner Wicklungen, in dem die magnetischen Flüsse der Wicklungen in der Richtung übereinstimmen. Abb. 1b zeigt die Schaltung, wenn die Wicklungen in entgegengesetzter Richtung eingeschaltet sind, was zu einer entgegengesetzten Richtung der magnetischen Flüsse und folglich zu einer Verringerung des resultierenden magnetischen Flusses des Transformators führt. Wie aus den dargestellten Abbildungen hervorgeht, ist es mit einem herkömmlichen Abwärtstransformator möglich, die Spannung an der Last um ±∆U zu erhöhen oder zu verringern, je nachdem, wie seine Wicklungen angeschlossen sind – entsprechend oder gegenläufig. Mit anderen Worten: Die erforderliche Spannungserhöhung wird durch die Spannung der Sekundärwicklung eines herkömmlichen Abwärtstransformators bestimmt. Betrachten wir ein Beispiel. Wir verfügen über einen einphasigen Abwärtstransformator vom Typ OSO-0,25 (Beleuchtung einphasig mit einer Leistung von 250 VA) mit einer Spannung von 220/36 V (allgemein als „Kesselkasten“ bezeichnet), der auf einen L-förmigen Kern gewickelt ist. Die Sekundärspannung dieses Transformators beträgt 36 V und entspricht dem Wert der Spannungserhöhung U = 36 V, die je nach Konsonanten- oder Gegeneinschaltung der Wicklungen zur Netzspannung von 220 V addiert oder davon subtrahiert werden kann: 220 + 36 = 256 oder 220−36 = 184 (V). Angenommen, die Spannung im Netzwerk sinkt und beträgt 180 V, dann kann sie mit Hilfe eines herkömmlichen Transformators nach dem Spannungsanhebungsschema beim Einschalten der Wicklungen angehoben und näher an den Nennwert gebracht werden, da U2 = 180 + 36 = 216 (V). Bei einer erhöhten Spannung im Netz, beispielsweise U1 = 256 V gegenüber der Nennlast, kann diese durch Vertauschen der Enden beliebiger Transformatorwicklungen abgesenkt werden. In diesem Fall gilt für unser Beispiel U2=U1−∆U=256−36=220 (B), d.h. An den Lastklemmen liegt die Nennspannung an. In Fällen, in denen die erforderliche Spannungserhöhung nicht den Standard-Sekundärspannungen von Transformatoren entspricht, wird die Sekundärwicklung auf die erforderliche Spannung, beispielsweise 20 V, zurückgespult. Dies schließt die Möglichkeit nicht aus, eine bestimmte Anzahl von Windungen der Sekundärwicklung des Transformators auf- oder abzuwickeln, um die erforderliche Spannungserhöhung zu erhalten, da die Sekundärwicklung über die Primärwicklung gewickelt ist. Die Sekundärwicklung des Transformators muss dem Laststrom standhalten können. Die Gesamtleistung des Transformators durch die Sekundärwicklung beträgt S=U2I2, woraus sich der Strom der Sekundärwicklung I2=S/U2 ergibt. Für Transformator OSO-0,25 220/36 V, dieser Strom beträgt I2=250/36=6,1 (A). Somit kann ein Laststrom von bis zu 6,1 A durch die Sekundärwicklung dieses Booster-Transformators geleitet werden. Die Leistung eines Einphasentransformators, der zur Spannungserhöhung verwendet wird, ist um ein Vielfaches geringer als die Lastleistung. Es wird durch die Formel bestimmt: Sw=Snom⋅∆U/U=1000⋅22/220=100 (VA), wobei Svt die Leistung eines einphasigen Transformators ist, der zur Spannungserhöhung verwendet wird, VA; Snom – Gesamtlastleistung, VA; ∆U – der Wert der erforderlichen Spannungserhöhung, V; U1 - Spannung des Netzwerks, an das der Booster-Transformator angeschlossen ist, V. Beispielsweise beträgt die Leistung des Spannungserhöhungstransformators bei dem erforderlichen Wert der Spannungserhöhung ∆U=22 V, der Lastleistung Snom=1000 VA und der Netzspannung U1=220 V nur Svt=100 VA, d. h. 10-mal weniger Ladeleistung. Folglich sind die Abmessungen, das Gewicht und die Kosten einer solchen Verstärkervorrichtung relativ gering. Der Wirkungsgrad des Booster-Geräts erreicht Werte von 0,99 ... 0,995, die Masse pro Leistungseinheit beträgt 2,5 ... 3 kg/kV⋅A. Spannungs- und Wirkleistungsverluste in einem solchen Transformator sind gering und betragen dementsprechend 0,5 ... 3, sodass sie vernachlässigt werden können. Mit den in Abb. 1 dargestellten Schaltkreisen von Booster-Transformatoren können Sie die Spannung an der Last um einen bestimmten konstanten ungeregelten Wert erhöhen oder senken, weshalb sie als ungeregelte oder „taube“ Booster-Transformatoren bezeichnet werden. Es ist zu berücksichtigen, dass ungeregelte Booster-Transformatoren unabhängig vom Netzlastmodus eine Spannungsanhebung ∆U erzeugen. Aus diesem Grund ist es notwendig, den Wert der Toleranz nicht entsprechend dem minimalen (maximalen) Spannungsmodus, sondern entsprechend dem minimalen Lastmodus zu wählen, wenn die Spannung höher ist. Daher ist ein ungeregelter Schaltkreis zum Einschalten eines Booster-Transformators immer akzeptabel, wenn unabhängig von der Jahreszeit und der Last in allen Modi eine Erhöhung oder seltener eine Senkung der Spannung um ∆U erforderlich ist. Das Booster-Gerät kann dreiphasig ausgeführt werden. Ein schematisches Diagramm eines solchen Geräts ist in Abb. 2 dargestellt.
Es kann aus improvisierten Mitteln erstellt werden, über die fast jedes Unternehmen verfügt, nämlich aus drei einphasigen Kesselräumen (OSO-0,25, OSM-0,4U3) oder Schweißtransformatoren. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren mit einer Spannung von 12 ... 36 und 40 ... 60 V sind für hohe Ströme ausgelegt und können zur Einbindung in eine serienmäßig geschnittene Leitung verwendet werden. Diese Wicklungen erzeugen eine zusätzliche Spannung ∆U. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren dienen als Erreger und können direkt an ein Drehstromnetz in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen werden. Solche Transformatoren können in ausgedehnten industriellen und landwirtschaftlichen Netzwerken eingesetzt werden. Für den Hausgebrauch können geeignete Transformatoren aus Rundfunk- und Fernsehgeräten als Booster-Transformatoren verwendet werden, wie beispielsweise in [1] gezeigt. Booster-Transformatoren werden am häufigsten zur Spannungserhöhung eingesetzt, können aber auch umkehrbar gemacht werden. Ein Diagramm eines solchen Booster-Geräts ist in Abb. 3 dargestellt.
Es unterscheidet sich von den in Abb. 1 gezeigten Schaltungen durch das Vorhandensein eines zweipoligen Schalters SA1 mit drei Stellungen mit einer neutralen Stellung der beweglichen Kontakte in der Mittelstellung. Ein Beispiel für einen solchen Schalter ist ein Kippschalter vom Typ VT3 für einen Schaltstrom von 3 A (bis 660 W) und eine Schaltspannung von ~ 220 V mit Fixierung des Bedienknopfes in der Mittel- und Extremstellung. Wenn die Kontakte 1-2 und 3-4 des Schalters SA1 geschlossen sind, werden die Wicklungen W1 und W2 des Spannungswandlertransformators mit dem Netzwerk verbunden und die Spannung am Ausgang des Geräts erhöht sich um +∆U relativ zur Netzspannung. Sind die Kontakte 2-5 und 4-6 des Schalters geschlossen, dann sind die Enden der Sekundärwicklung W2 des Transformators vertauscht. Folglich sind die magnetischen Flüsse der Wicklungen entgegengesetzt gerichtet und die Spannung am Ausgang des Geräts wird um -∆U reduziert. In der Mittelstellung des Schaltknopfes SA1 ist die Wicklung W2 vom Netz getrennt und nicht umflossen, die Last und die Primärwicklung W1 des Spannungswandlertransformators sind nicht umflossen. Beim Betrieb eines Booster-Geräts ist zu berücksichtigen, dass das Öffnen der Primärwicklung W1 des Spannungswandlertransformators während des Betriebs des Geräts aufgrund der Sicherheitsbedingungen und der Regeln für den technischen Betrieb elektrischer Anlagen nicht akzeptabel ist. Tatsache ist, dass beim Öffnen der Primärwicklung W1 der Strom in der Sekundärwicklung W2 gleich bleibt und dem Laststrom entspricht. Tatsächlich handelt es sich bei dieser Betriebsart des Transformators um einen Leerlaufmodus, allerdings mit einem Leerlaufstrom des Transformators gleich dem Laststrom, der um ein Vielfaches größer ist als der normale Leerlaufstrom des Transformators, und dieser Strom ist vollständig magnetisierend. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung des magnetischen Flusses des Transformators. Verluste im Magnetkreis des Transformators sind proportional zum Quadrat des Magnetflusses. Dadurch kommt es zu einer starken Erwärmung des Transformatorkerns, die für dessen Isolierung gefährlich ist, und sogar eine Selbstentzündung des Transformators ist möglich. Darüber hinaus steigt die EMK der Primärwicklung W1 proportional zum magnetischen Fluss und kann große Werte erreichen, die sowohl für den Transformator selbst als auch für das Leben gefährlich sind. Umgebung. Die vom Autor durchgeführten Untersuchungen des Transformators vom Typ OSO-0,25 im Booster-Modus bei geöffneter Primärwicklung und auch bei nicht vollständiger Belastung führten zum Auftreten einer EMF an den Anschlüssen der Primärwicklung von 500 V, und mit zunehmender Belastung stieg der EMF-Wert an. Bei hohen Lastströmen oder der Notwendigkeit einer Fernsteuerung eines Booster-Transformators können Magnetstarter oder Hochstromrelais als Schaltgerät eingesetzt werden. Ein schematisches Diagramm einer solchen Booster-Vorrichtung ist in Abb. 4 dargestellt.
Es funktioniert auf folgende Weise. Im anfänglichen Vorstartzustand sind die Spulen K1 und K2 der Magnetstarter stromlos und ihre Leistungskontakte K1.1, K1.2 und K2.1, K2.2 im Stromkreis der Sekundärwicklung W2 des Spannungswandlertransformators sind geöffnet. Dadurch werden der Spannungswandler und die Last stromlos. Um die Spannung an der Last um ∆U zu erhöhen, drücken Sie die Schaltfläche „Mehr“. Dadurch wird die Spule K1 des ersten Magnetstarters erregt, der Anlasser ausgelöst und die Leistungskontakte K1.1 und K1.2 verbinden die Wicklungen des Transformators VT mit dem Netz, gleichzeitig sperrt der Kontakt K1.4 die Taste „Mehr“ und die Kontakte K1.3 der elektrischen Sperre öffnen. Wenn es notwendig ist, die Spannung an der Last zu reduzieren, drücken Sie die Taste „Stopp“, in diesem Fall kehrt der Stromkreis in seinen ursprünglichen Zustand zurück (alle Leistungskontakte sind geöffnet), und drücken Sie dann die Taste „Weniger“. Die Schaltung funktioniert auf ähnliche Weise, jedoch wird gleichzeitig der zweite Magnetstarter aktiviert, der seine Leistungskontakte K2.1 und K2.2 im Sekundärwicklungskreis W2 des VT-Transformators schließt, wodurch sich die Phase des darin enthaltenen Stroms in die entgegengesetzte Richtung ändert und die Spannung am Ausgang des Booster-Geräts um ∆U abnimmt. Zusätzlich zu zwei herkömmlichen Magnetstartern kann für diese Schaltung ein reversibler Starter verwendet werden, beispielsweise vom Typ PME-11-3 für einen Strom von 10 A und eine Spannung von 380 V mit einer Spannung der Schließspulen von 220 V, der mit einer mechanischen Sperrvorrichtung gegen das gleichzeitige Einschalten aller Leistungskontakte des Starters ausgestattet ist. Литература:
Autor: K. V. Kolomoizew
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Kommentare zum Artikel: Sieger Auf Abb. 2, 3, 4 hast du Eingang und Ausgang vertauscht. Kohl Abb. 4. Das Schema funktioniert nicht
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