Unstabilisiertes Netzteil (0,5-1 kVA) mit LC-Glättung?

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Unstabilisiertes Netzteil (0,5-1 kVA) mit LC-Glättung?
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BID = 1069281

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3780
 

  


Hallo zusammen. Aktuell suche ich Informationen zu L-C-Siebglieder im Hinblick auf ein Netzteil (10-15 A).
Habe bisher nur im "Werkbuch Elektronik" von Dieter Nührmann (Ausgabe 1979) folgendes gefunden:

Zitat :
Ein L-C-Glied wird jedoch weniger angewandt, da die Siebdrosseln vom Preis, Volumen und Gewicht her den Vorteil einer dann einzusetzenden elektronischen Stabiliserungsschaltung nicht aufheben.


Mit den beiden Brummspannungen und ergibt sich der Siebfaktor S zu:


= Spannung am Filter-Eingang
= Spannung am Filter-Ausgang



Für den Siebfaktor soll S > 5 gelten und für die L-C-Siebung ist folgendes angegeben:


CS ist der zweite Kondensator im Pi-Filter


Das wars. Suche ich mit den falschen Begriffen oder macht das keiner mehr in dieser Leistungsklasse?
Links oder Tipps zu ähnlichen Projekten würde ich auch dankend annehmen.


Aktuell frage ich mich auch ob mein Ansatz überhaupt notwendig ist. Würde gerne den primärseitigen Stromflusswinkel vergrößern. Speichert ein Trafo schon genug Energie im magnetischen System um das abzufangen? Werde im Bezug auf Stromflusswinkel nämlich in meinen Büchern und Online auch nicht fündig. (Im Hinblick auf einen unbelasteter/belasteter/überlasteter Trafo.)
Dass ich eine Drossel wohl selber wickeln muss habe ich inzwischen eingesehen. Bzw. für die ersten Tests habe ich hier schon zwei MOTs ohne Sekundärwicklung liegen.

Da meine Stromzange fürs Oszi frisch angekommen ist, werde ich es mir sonst wohl selber durch Versuch und Irrtum anschauen.

Hintergrund:
Das ganze ist als Spannungsversorgung für ein DC/DC-Labornetzteil gedacht. Hab mir schon das kleinere Model mit 360 W (60V, 6A) und Schalnetzteil als Bausatz gekauft. Bin damit sehr zufrieden. Jetzt kam der Nachfolger raus und kann 12 A bei max. 60 V. Wollte mir diesmal kein 800W-Chinaknaller-Schaltnetzteil kaufen sondern einen meiner 600-VA-Trafos nutzen die nur Staub ansetzen. Hab mich bei dem Umfang von dem Projekt doch etwas vertan. Aber wenn es einfach wäre, könnte es ja jeder machen und ich will jetzt auch was über Transformatoren und Spulen/Drosseln lernen.

Auch sollte der Trafo bei Nennlast länger durchhalten, weniger rauschen und bei Überlast auch nicht sofort den magischen Rauch rauslassen.
(Eine Luftkühlung ist schon vorhanden und eine Temperaturüberwachung ist geplant.)

Der Trafo hat Abgriffe für 30V/40V/50V/60V. Wenn ich das Typenschild richtig verstehe liefert er bis 40 V 15 A und darüber 10 A. Wiegt 12,5 kg. Datenblatt finde ich keins. Primärseitig gibt es Abgriffe für 200V/220V/240V. D.h. habe einige Optionen die gleichgerichtete DC-Spannung anzupassen.

BID = 1069312

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Aktuell suche ich Informationen zu L-C-Siebglieder im Hinblick auf ein Netzteil (10-15 A).
Abgesehen vom schlechten Wirkungsgrad und dem hohen Innenwiderstand eines C-belasteten Gleichrichters ist es in diesem Leistungsbereich vorgeschrieben etwas zur Reduktion der Oberwellen tun.
Hintergrund ist die potentielle Überlastung des N im Drehstromnetz durch die Impulsströme dieser Gleicrichterschaltungen.

Ein L-belaster Gleichrichter ist in diesem Sinne eine gute Idee, aber auch er verursacht Oberwellen, weil dort die Stromkurve nicht aus kurzen Impulsen besteht, sondern einen rechteckförmigen Verlauf hat.
Wie das mit den aktuellen Vorschriften zusammenpasst, musst du selbst mal eruieren. Ich habe mich schon recht lange nicht mehr darum gekümmert.
Mit einem Schaltungssimulator bekommst du ja recht schnell realistische Werte z.B. für den Oberwellengehalt und kannst sie mit den Anforderungen vergleichen.
Vermutlich stehen im Nürmann auch die interessanten Zusammenhänge U_out= 0,9*U_trafo und I_out=1,1*I_trafo. Diese Zahlen sind genau genug um sie sich zu merken, die exakten Werte ergeben sich durch den Zusammenhang des geometrischen Mittelwerts des Sinusspannung mit ihrem arithmetischen Mittelwert.


Zitat :
macht das keiner mehr in dieser Leistungsklasse?
Das ist durchaus noch interessant, denn bei niedrigen Spannungen und hohen Strömen wird eine Glättung mit Elkos zunehmend problematisch - und Drosseln halten ewig und vertrocknen nicht.

Der Haken an der Sache sind die doch recht großen und damit schweren und teuren Drosseln. So eine Glättungsdrossel hat bei 50Hz fast das gleiche Kaliber wie der zugehörige Netztrafo.
Deshalb arbeitet man heute vorzugsweise mit hochfrequentem Wechselstrom.
Einen dafür typischen Aufbau findest du in PC-Netzteilen, die ja seit langem schon mit PFC ausgerüstet sein müssen:
Ein Aufwärtswandler lädt mit der gleichgerichteten Netzspannung einen Pufferkondensator auf z.B. 400V auf.
Bei dieser hohen Zwischenkreisspannung können Elkos ihre Vorteile ausspielen, und man kann den Aufwärtswandler so führen, dass seine Stromaufnahme proportional zum Momentanwert der Netzspannung ist. Damit verhält sich die Eingangsstufe wie eine ohmsche Last, und im günstigsten Fall kompensieren die Ströme sich im Drehstromnetz vollständig, so dass gar kein Strom mehr im N fliesst: Problem "Überlastung des N" gelöst!

Diese -durchaus heftig verbrummte- Zwischenkreisspannung führt man dann einem weiteren (Gegentakt-) Wandler zu, der den Trenntransformator für die gewünschte Ausgangsspannung speist.
Das Tastverhältnis dieses Wandlers kann man so modulieren, dass der Mittelwert der gleichgerichteten Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung und der Belastung konstant bleibt.
Damit hat man die Voraussetzungen für eine (diesmal kleine) Glättungsinduktivität geschaffen.

Bei einer konstanten Last, wie etwa einem Peltierelement oder einer Elektrolyse, brauchte man im Prinzip nun keine Siebkondensatoren mehr.
Die großen Kapazitätswerte, die man meist trotzdem dort findet, dienen hauptsächlich dazu schnelle Lastschwankungen aufzufangen, denn naturgemäß hat die Siebdrossel einen relativ hohen Wechselstromwiderstand, und auch die Regelschaltung kann ja frühestens nach einer halben Periode des Wechselstroms auf die Laständerung reagieren.


Zitat :
Speichert ein Trafo schon genug Energie im magnetischen System um das abzufangen?
Nein, und das wäre auch die falsche Stelle.
Es ist ein großer Unterschied, ob man die Induktivität vor oder hinter dem Gleichrichter anordnet.


Zitat :
für die ersten Tests habe ich hier schon zwei MOTs ohne Sekundärwicklung liegen.
Damit wirst du nicht viel Freude haben.
Das sind Streufeldtrafos, die eine absichtlich schlechte Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung haben.
Dies kann man auch durch eine Induktivität vor dem Gleichrichter modellieren, und eine solche Serieninduktivität hat vor allem eines: Blindwiderstand.
Der würde zwar auch die Stromspitzen eines C-belasteten Gleichrichters dämpfen und den Stromflusswinkel vergrössern, aber es käme dabei ein ausgesprochen weiches Netzteil, also mit hohem Innenwiderstand heraus.
L-belastete Gleichrichterschaltungen hingegen haben einen geringen Innenwiderstand, sind also "hart", was meist erwünscht ist.

Ausserdem haben Schaltnetzteile meist einen besseren Wirkungsgrad als die 50Hz-Trafos mit schwerem Eisenkern. Rechne mal mit 3W Leerlaufverlusten pro kg Eisen.
Die Trafos von Mikrowellenherden sind sicher noch viel schlechter, denn sie müssen möglichst wenig kosten, arbeiten nur kurzzeitig, und der Gesamtwirkungsgrad wird durch das Magnetron diktiert und liegt dadurch eher unter 60% als darüber.


Zitat :
Aber wenn es einfach wäre, könnte es ja jeder machen und ich will jetzt auch was über Transformatoren und Spulen/Drosseln lernen.
Einfacher und billiger geht das mit einem Schaltungssimulator wie PSpice.




P.S.:
Wofür brauchst du so starke Netzteile?





[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 24 Jul 2020 23:33 ]








BID = 1069644

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3780

Hallo perl, danke für die Antworten!



Zitat :
Wofür brauchst du so starke Netzteile?
Wirklich brauchen tue ich die nicht. Aber 50€/75€ für ein DC/DC-Front-End mit 6A/12A finde ich recht attraktiv.
Bei der 12-A-Version ist aber definitiv der Weg das Ziel. Als ob ich vor 2 Monaten schon gewusst hätte, dass ich jetzt Zeit für das Projekt habe.

Bis jetzt hat mir das kleine Netzteil völlig gereicht. Mehr als 20 V brauche ich selten.

- Für den Test von dem 1000:1-Tastkopf hatte ich zum ersten mal 60 V genutzt.
- Letztens mal die Strombegrenzung hochgedreht um einen DC-Motor (18,5 V und max. 5 A) zu testen.

Normalerweise sind 1 A mit Kelvin-Klemmen für ein improvisiertes Milliohmmeter am oberen Ende. Aber ich habe lieber ein (günstiges) Netzteil mit genug Reserve und es langweilt sich bei mir nur als anders herum. Und nein, einen KONSTANTER von Gossen o.ä. werde ich mir privat nicht anschaffen. Zu groß und zu laut.


Offtopic :
Muss die Tage noch RotExpress-Widerstände mit 1 Ohm und 100 W auf Kühlkörper schrauben und testen ob die wirklich 10 V und 10 A aushalten. Da werde ich das 12-A-Front-End nutzen und über das andere versorgen. Sind ja nur 100 W.
Zugegeben, ohne dieses Netzteil-Projekt hätte ich aber kein Bedarf für die 1-Ohm-Widerstände gehabt.




Zitat :
> MOT ohne Sekundärwicklung
Damit wirst du nicht viel Freude haben.
Das sind Streufeldtrafos, die eine absichtlich schlechte Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung haben.

Was ein Streufeld-Trafo ist weiß ich halbwegs. Ich hab angenommen, dass ohne Shunts und ohne zweite Wicklung wenigstens der Kern halbwegs brauchbar wäre.
Dass die als Weiße Ware vermutlich für eine bescheidene Einschaltdauer ausgelegt sind und vermutlich hohe Verluste haben, hatte ich nicht beachtet. Hab mir mal einen richtigen Ringkerntrafo zum Experimentieren zugelegt.



Zitat :
Es ist ein großer Unterschied, ob man die Induktivität vor oder hinter dem Gleichrichter anordnet.
Soweit bin ich noch nicht. Was ist vorteilhafter für welchen Fall?



Zitat :
Der Haken an der Sache sind die doch recht großen und damit schweren und teuren Drosseln.
Spielt bei meinem Projekt eher eine untergeordnete Rolle.



Zitat :
Abgesehen vom schlechten Wirkungsgrad und dem hohen Innenwiderstand eines C-belasteten Gleichrichters ist es in diesem Leistungsbereich vorgeschrieben etwas zur Reduktion der Oberwellen tun.
Hintergrund ist die potentielle Überlastung des N im Drehstromnetz durch die Impulsströme dieser Gleichrichterschaltungen.
Ja das hatte ich noch von einer alten Antwort von Dir im Hinterkopf.
Da ich das große Netzteil vermutlich unter 2 Stunden im Quartal betreiben werde sehe ich das eher nachrangig.
Aber da ich was lernen will und es später anders kommt als gedacht kann ich es jetzt auch "richtig" machen.

BID = 1069687

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :

Zitat :
Es ist ein großer Unterschied, ob man die Induktivität vor oder hinter dem Gleichrichter anordnet.
Soweit bin ich noch nicht. Was ist vorteilhafter für welchen Fall?
Probiers doch einfach mal aus, dann wirst du es schon merken.
Entweder mit einer richtigen Speicherdrossel aus Kupfer und Eisen, deren Kern einen Luftspalt haben muss(!), oder mit dem kostenlosen Schaltungssimulator LTSpice:
https://www.analog.com/en/design-ce......html

Wenn du eine deutsche Anleitung dafür brauchst, wirst du hier fündig: http://www.gunthard-kraus.de/LTSwit......html


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  3 Aug 2020  4:09 ]


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