Reduzierung der Erwärmung von Transformatoren von Stromversorgungen mit geringer Leistung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Bei der selbstständigen Herstellung von netzbetriebenen funkelektronischen Geräten mit geringem Stromverbrauch geraten Funkamateure häufig in die Situation, dass der Netztransformator das einzige spürbar heizende Element des Geräts ist und Leistung in Form von Wärme abgibt, die manchmal um ein Vielfaches höher ist als das Nützliche. Tatsache ist, dass Industrietransformatoren bei geeigneten Abmessungen und Spannungen manchmal so „sparsam“ gebaut sind, dass sie sich selbst bei Leerlaufstrom erwärmen.

Besonders häufig weisen in Südostasien hergestellte Transformatoren diesen Nachteil auf [1]. Sie eignen sich eher für Länder, in denen eine Netzspannung von 220 V mit einer Frequenz von 60 Hz verwendet wird, für den Normalbetrieb in einem Netz mit einer Frequenz von 50 Hz jedoch die Windungszahl der Netzwicklung nicht ausreicht.

In Abb. Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit des Leerlaufstroms von der Netzspannung einiger Transformatoren. Kurve 1 entspricht Transformatoren der Universaladapter „SANWALL“ und „BELLSONIC“ mit einer Leistung von 5 W, einem maximalen Laststrom von 300 mA, einer Ausgangsspannung von 3...12 V und Magnetkernen mit Querverlegung. Querschnitt von 1,4 cm2. Zum Vergleich: Die Kurven 2 und 3 sind im Inland hergestellte Transformatoren TP-133 und TP-321, deren Querschnittsflächen der magnetischen Leiter 2 bzw. 1,6 cm2 betragen.

Da die Netzspannung insbesondere in Städten über einen längeren Zeitraum 235 V überschreiten kann und ein Spannungsanstieg über die Nennspannung zu einem überproportionalen Anstieg des Leerlaufstroms führt, empfiehlt sich der Einsatz solcher Transformatoren insbesondere in Geräte, die für den unbeaufsichtigten Langzeitbetrieb ausgelegt sind (Zeitschaltuhren, Thermostate, Antennenverstärker usw.), sollten sehr vorsichtig angegangen werden.

In dieser Situation gibt es einen Ausweg. Es ist notwendig, einen aktiven oder reaktiven Ballastwiderstand in den Stromkreis der Primärwicklung des Netzwerktransformators einzubauen, um die Spannung an ihm um 20...30 V zu reduzieren. Der Leerlaufstrom und die Erwärmung des Transformators werden merklich abnehmen. Dadurch sinken natürlich die Sekundärspannung und die Leistung des Transformators. Wenn die vom Gerät aufgenommene Leistung jedoch deutlich geringer ist als die Gesamtleistung des Transformators, ist dies durchaus akzeptabel.

Typischerweise werden für solche Zwecke Widerstände oder Kondensatoren verwendet [2]. Der Hauptnachteil von Widerstandsvorschaltgeräten ist ihre Erwärmung, die den Anwendungsbereich dieser Methode einschränkt. Darüber hinaus haben die Spannungen an der Primärwicklung eines leicht belasteten Transformators und am Widerstand unterschiedliche Phasen (die Phasenverschiebung kann 70 bis 80 Grad erreichen), sodass die Spannung am Widerstand normalerweise höher ist als erwartet. Beispielsweise kann bei einer Netzspannung von 220 V und an der Primärwicklung eines unbelasteten Transformators von 195 V die Spannung am Widerstand bis zu 45 V erreichen. Wenn die Transformatorbelastung auf Werte nahe dem Nennwert ansteigt, die Phasenverschiebung geht auf nahezu Null zurück.

Kapazitive Vorschaltgeräte erzeugen praktisch keine Wärme, aber wie die Praxis zeigt, empfiehlt sich der Einsatz von Kondensatoren vor allem dann, wenn die Spannung an den Transformatorwicklungen um mehr als 25 bis 30 % reduziert werden muss. In jedem Fall ist beim Einsatz von Kondensatoren darauf zu achten, dass es bei Änderung der Last- und Versorgungsspannung nicht zu Resonanzerscheinungen im Primärwicklungskreis kommt, wenn die Spannung am Transformator stark ansteigen kann [3].

Bei Verwendung eines induktiven Vorschaltgeräts treten solche Phänomene nicht auf, da die Spannungsphasen nahezu gleich sind und Wärme nur am aktiven Widerstand der Vorschaltgerätwicklung abgegeben wird, der um ein Vielfaches geringer ist als der eines äquivalenten Vorschaltgerätwiderstands.

Es ist zweckmäßig, elektromagnetische Gleichstromrelais mit einer Betriebsspannung von mehr als 20 V als induktive Vorschaltgeräte zu verwenden, zum Beispiel RSM, RES6, RES9, RES22 usw. Um ihre Abmessungen zu reduzieren, kann das Relais zerlegt werden und nur eine Spule mit a Es kann ein Magnetkern verwendet werden. Um Rattern zu vermeiden, sollte der Relaisanker im angezogenen Zustand durch Biegen oder mit einem spitzen Streichholz und Kleber fixiert werden. Bei der Auswahl eines Relais ist der maximale Strom im Primärkreis des Transformators zu berücksichtigen, der den Nennbetriebsstrom des Relais nicht überschreiten sollte.

Kurve 4 in Abb. Abbildung 1 zeigt die Änderung des Leerlaufstroms eines Transformators (Abhängigkeit 1 in Abb. 1) mit einem induktiven Vorschaltgerät (Relais RSM-2 für eine Spannung von 24 V mit einem Wicklungswiderstand von 750 Ohm, Nennbetriebsstrom 35 mA ). In Abb. Abbildung 2 zeigt die Lastcharakteristik desselben Transformators (Spannung am Ausgang des Gleichrichters mit Filter): Kurve 1 – ohne Vorschaltgerät; 2 - mit induktivem Vorschaltgerät (RSM-2-Relais); 3 - mit einem äquivalenten (für einen Laststrom von 20 mA) ohmschen Vorschaltgerät - einem Widerstand mit einem Widerstand von 3 kOhm und einer Leistung von 4 W.

Die größere Belastbarkeit eines Transformators mit einem induktiven Vorschaltgerät im Vergleich zu einem äquivalenten Widerstandsvorschaltgerät erklärt sich offenbar durch eine Abnahme der Induktivität des Vorschaltgeräts aufgrund der Sättigung des Magnetkreises mit zunehmendem fließenden Strom. Dies macht sich an der charakteristischen Änderung der Krümmung der Abhängigkeit 2 gegenüber den Diagrammen 1 und 3 bei einem Laststrom von 150...200 mA bemerkbar.

Literatur

1. Biryukov S. Netzwerkadapter. - Radio, 1998, Nr. 6, p. 66, 67.
2. Biryukov S. Anschluss kleiner, entfernter 120-Volt-Stromversorgungen an ein 220-V-Netz. - Radio, 1998, Nr. 7, S. 49, 54.
3. Sadovskov B. Transformatorblöcke mit Ballastkondensator. - Radio, 2000, Nr. 1, S. 40, 41.

Autor: V. Andreev, Toljatti, Region Samara.

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