Labortnetzteil - vom Enfwurf - zum Endgerät

[Ney]

Nein, sicher nicht. Die Herleitung bekommst du morgen. Heute habe ich keine Lust mehr

Bis dahin schaust du auf dieses Bild: http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 006061.htm
und denkst scharf nach. Bei jedem Schnittpunkt zweier Halbwellen wird es ein Strompuls geben. Das ist eben die Summe der drei Phasenströme. Ob du das gesamte Integral aus 6 Pulsen bildest und au eine gesamte Netzperiode beziehst, oder nur aus 3 Pulsen bezogen auf einer halben Periode ist es absolut egal. Du kannst genau so gut das Inegral aus einem einzigen Puls bezogen auf 60° bilden, da das Signal sich alle 60° wiederholt

[anders]

und denkst scharf nach

Hab ich schon.
Du hast Recht, und ich habe mich da vergallopiert.
Sorry.

Dennoch ist dann die Wärmebelastung des N drei Mal so hoch wie die jeden Aussenleiters, und die des Kabels insgesamt verdoppelt sich immerhin.
Zusammen genommen könnte dadurch eine bis zu 6-fache Temperaturerhöhung des N gegenüber der normalen Adertemperatur erfolgen.
Selbst wenn die Temperaturerhöhung dieser Ader in der Praxis geringer ausfallen wird, bedeutet das doch eine erhebliche Überlastung des N, die von den Leitungsschutzschaltern bzw. Sicherungen nicht wahrgenommen wird.

[Ney]

Mein lieber anders,

du hast mir den Tag versüßt, vielen Dank dafür! Ich hatte keine Lust auf Bilder mit Drehstrom
Was die Verlustleistung angeht, ich schätze sie geht durch ein solches Gerät nicht über 2Watt. Diese Überlegung zeige ich noch

[Ney]

Die Verlustleistung steigt theoretisch in der N-Leitung, aber in diesem Fall ist das so gut wie nichts.
Lasst uns aber mal abschätzen, wie dieser konkrete Fall das Netz belasten könnte. Der Ausgangsstrom ist auf 3A begrenzt. Das ist nun der Mittelwert des Stromes, der auch aus der Brücke abgezogen wird. Diese Betrachtung funktioniert deshalb weil:

i_Brücke(t) = ic(t) + i_Last(t)

mit ic(t) als Augenblickswert des Elko-Stromes.

Wird der Mittelwert in der Gleichung gebildet, so ist er im Elko NULL, da der Mittelwert eines Wechselstromes immer Null ist.
Diese 3A werden im schlimmsten Fall bzgl. der Leistungsabgabe bei einer Ausgangsspannung des Trafos von 36V_eff. Die Amplitude ist hierbei 51V.
Das bedeutet der Trafo gibt eine mittlere Leistung von 51V*3A = 153VA

Diese Berechnung ist absolut zulässig. Der gleichgerichtete Strom am Brückenausgang stellt den absoluten Wert des Trafostromes dar. Die Multiplikation des gleichgerichteten Stromes mit der Ausgangsspannung der Brücke stellt die Ausgangsleistung der Brücke dar
P(t) = u(t) x i(t)
Diese Leistung hat die gleiche Funktionsform, wie der Strom. Damit ist die mittlere Leistung praktisch um den Scheitelwert der Spannung größer als der Mittelwert des Stromes und deshalb 153VA. Genau genommen darf man in diesem Fall 153W schreiben, da die mittlere Leistung ohnehin nur Wirkleistung sein kann. Wie geht das? Noch ein mal zurück zu der obigen Gleichung:

i_Brücke(t) = ic(t) + i_Last(t)

Diese Gleichung multiplizieren wir mit der Brückenspannung:

i_Brücke(t) x u_Brücke(t) = i_Trafo(t) x u_Trafo(t) = [ic(t) + i_Last(t)] x u_Brücke(t) <=> i_Brücke(t) x u_Brücke(t) =ic(t)] x u_Brücke(t) + i_Last(t)] x u_Brücke(t)

Darüber bilden wir nun den Mittelwert:

AVG[i_Brücke(t) x u_Brücke(t)] = AVG(ic(t)] x u_Brücke(t)] + AVG[i_Last(t)] x u_Brücke(t)]

Hierbei ist AVG(ic(t)] x u_Brücke(t)] = 0, da der Kondensator die Leistung zurückgibt, die er auch aufnimmt. Damit kommt zum Ausgang die Wirkleistung hin. Ich habe hier die Brückenverluste absichtlich zu Null gesetzt, damit die Gleichung übersichtlich bleibt. Damit werden die Zusammenhänge leichter verstanden.

Auf der Primärseite hätten wir die gleiche Leistung plus Verluste im Trafo. Ich bin so frech, übertreibe wie immer und runde das auf 200VA hoch. Jetzt müssen wir daraus den Strom ermitteln, der dann den N-Leiter belastet. Das Problem ist nur, dass wir weder den Stromwinkel noch die Amplitude des Sekundärstromes kennen. Ich werde dazu auf Tricks zurückgreifen müssen. Um die Verluste in der Leitung zu berechnen, werden wir den Quadrat des Primärstromes brauchen, aka i(t) x i(t). Dieser Quadrat hat den gleichen Wert, wie die der Quadrat des Absolutwertes. Der Absolut wert des Primärstromes steckt im Trafoverhältnis, ebenso wie die entsprechenden Mittelwerte, Effektivwerte und Scheitelwerte. Wir haben gesehen, dass der Mittelwert des Stromes am Brückenausgang 3A beträgt. Der Strom am Brückenausgang ist der Absolutwert des Sekundärstromes und der Mittelwert des Absolutwertes beträgt 3A. Die mittlere Leistung sekundär ist 153W und ist, wie gesagt 3A x û_sekundär = 3A x 51V
Damit hätten wir auch auf der Primärseite einen Mittelwert des Absolutwertes des Stromes:
200W/û_primär = 200W/311V = 0,64A

Noch haben wir aber den zeitlichen Quadrat des Primärstromes nicht. Ich werde den Verlauf des Stromes mit einem Dreieck approximieren. Damit bekomme ich mehr Fläche unter der Funktion, aber wenn am Ende die Werte klein bleiben, dann kann ich damit leben.
So, jetzt haben wir in jeder Halbperiode der Netzspannung ein derartiges Dreieck als Strom und nehmen mal an, der Mittelwert beträgt 0,64A. Für die Kalkulation der Verluste in der Leitung brauchen wir die Mittlere Leistung. diese wäre:

Pv_Leitung = Mittelwert[i(t) x i(t) x R_Leitung] = R_Leitung x Mittelwert[i(t) x i(t)]

Das bedeutet wir brauchen den Mittelwert des quadrierten Dreiecks in einer halben Netzperiode, also bezogen auf 10ms. Wenn ich den Mittelwert des Stromes mit 10ms multipliziere bekomme ich die Fläche unter der Stromkurve => Fläche = 0,64A x 10ms = 6,4 Ams
Die Fläche eines Dreiecks ist (Höhe x Basis)/2
Die Fläche des quadrierten Dreiecks ist (Höhe x Höhe x Basis)/2
Ich kenne aber die Höhe, sprich die Stromamplitude nicht. Damit kommt die zweite Annahme, wenn ich sage die (Höhe x Höhe x Basis)/2 ist auf jeden Fall kleiner als (Höhe x Höhe x Basis x Basis)/2
Dieser zweite Ausdruck wäre (Höhe x Höhe x Basis x Basis)/2 = 6,4A x 6,4A = 40,96
Bezogen auf der halben Periode ist dann die Annäherung Mittelwert[i(t) x i(t)] ist auf jeden Fall kleiner als 40,96/10ms = 4,1 A x A
Dazu müssen wir jetzt nur noch den Widerstandswert des N-Leiters multiplizieren, um die Verlustleistung zu approximieren. Das ist also wohl gemerkt nur eine Annäherung.

Zum Vergleich: wenn ein Sinus-Strom von etwa 2A Effektivwert über die Leitung fließt, dann ist der Mittelwert:

Mittelwert[i(t) x i(t)] = 4,5 A x A

Das bedeutet, der Strom, der in dieser Applikation zustande kommt liegt unterhalb der Größenordnung von 2A Effektivwert

[der mit den kurzen Armen]

Alles gut und schön, nur werfe ich mal die Scheinleistung ins Feld. Mit der Scheinleistung wird das Netz belastet. Zur Erinnerung S²=P²+ Q²
Selbst bei reiner Blindleistung wird der Leiter belastet, den der fließende Strom ruft am Ohmschen R eine Spannung hervor. Deshalb entsteht im Leiter auch eine Wirkleistung.
Problematisch an dieser Geschichte ist, das eben die Spannung besonders im oberen Teil der Sinuskurve verfälscht wird. Siehe http://bochyweb.de/Netzrueckwirkungen/O ... ungen.html .
Bei dem einzelnen Gerät mag das zu vernachlässigen sein, bei einer großen Anzahl aber leider nicht, den die Einbrüche erfolgen zeitgleich und addieren sich dadurch!

[der mit den kurzen Armen]

Doppelpost gelöscht

[Ney]

Bitte aufmerksam die Herleitung lesen. Bei der Bildung des Mittelwertes ist die Blindleistung Null!!!

Nimm doch mal an, am Netz wären nur ein Kondensator und der ohm'sche Widerstand der Leitung angeschlossen. Damit hättest du wiederum:

u_Netz (t) = uc(t) + u_Leitung(t) //*i(t) =>

u_Netz (t) x i(t)= uc(t) x i(t) + u_Leitung(t) x i(t) //Mittelwertbildung =>

Mittelwert [u_Netz (t) x i(t)] = Mittelwert [u_Leitung(t) x i(t)]
Mittelwert [uc(t) x i(t)] = NULL

[ELW 2]

Freunde ich wollte doch nur ein Labornetzgerät bauen mit max. 100VA und kein Siedewasserreaktor oder einen THTR mit 150MW


Melde mich morgen Ney, morgen noch mal Prüfung und dann haben ich wieder einen Kopf für das Projekt

Aber das was ihr da gerade berechnet geht über das meiner Meisterschule weit hinaus.....

[Ney]

Schaut wilder aus als es wirklich ist

[ELW 2]

Das "(t)" in Klammern kenne ich so nicht, aber würde mal sagen hat was mit Time, also Zeit zu tun. könnte bedeuten das es ein Zeit ausschnitt im Moment X ist

[BernhardS]

:shock:

Freunde ich wollte doch nur ein Labornetzgerät bauen mit max. 100VA und kein Siedewasserreaktor

Bedauerlich - beim Siedewasserreaktor hätte ich Dir helfen können

[Erfinderlein]

Und ich hätte zur Not ein paar Kugeln für einen THTR beisteuern können. Aber wer nicht will. . .

[ELW 2]

Danke ihr beide, ihr habe gerade meine Tag echt versüßt

Also nen THTR haben wir hier in Hamm, fehlen nur noch kugeln und ein neuer Kühlturm

BernhardS gut zu wissen wenn ich mal Fragen zu einem Siedewasserreaktor haben sollte und ich doch einen bauen möchte als nächste Projekt für den Keller

So Ney, jetzt kommen wir zu dir....
ich fange dann mal bei Seite 1 an und arbeite mich mal durch zur Seite 3

[ELW 2]

@ Ney

15.09.2015, 11:39
Ja sie schützt sich selbst, sobald die Strombegrenzung eingreift und die Spannung entsprechend weit absinkt, unter die des Schmitt-Triggers fällt das Rel1 wieder ab.
Die soll noch um ein Zeitglied erweitert werden, dachte jetzt einen klassischen NE555, aber evtl. geht es ja auch einfacher, sodass bei höheren Kurzzeitgen Einschaltströmen, nicht immer das Rel1 abfällt und direkt wieder anzieht, das ist ja auch nicht gerade kontakt schonen und stresst die Regelung auch unnötig jedes Mal, wenn die Spannung einbricht, nur weil da für max. 500ms kurzzeitig ein Einschaltstrom fließt. Dachte jetzt so 1s. Um es eben mach besser einstellen zu können macht sich NE555 eben recht gut, so kann man es variabler halten.

15.09.2015, 13:33
Wie ja schon gesagt, es kommen andere Transitoren zum Einsatz, da sich die 2N3055 auch so schlecht auf einem großen Kühlkörper montieren lassen, aus bekannten gründen. Klar wo ein wille da auch ein Weg, aber es gibt ja schönere Wie der von „dmdka“ angesprochende Tip 142 mit dem ELV Aggregat. Dort kann man dann auch schön einen KBPC 25 mit drauf montieren, dann ist ihm auch nicht zu warm.
Alternativ gibt es noch den LT4320 ist ein recht neuer IC mit dem man N-MOSFETs ansteuern kann, 4 Stück an der Zahl und einen nahezu Idealen Gleichrichter mit hat. Nur die Frage ob das nicht overdressed ist und ob der Lastwechsel aushält und einen 100% Dauerkurzschluss burn-in…

Kondenstor, der ist etwas groß ja, in meinem Prototypen (Bild im Anhang) habe ich 3x 2200µF/50V verbaut, was damit wieder realistisch wäre. Ich meine es waren 10mF die er eingeplant hatte..

Einschaltstrombegrenzung gibt es schon Primärseitig für den Rinkern, damit nicht jedes mal der LS-Schalter einen auf den Kopf bekommt, vor allem wenn man einen Zentral-Aus in der Werkstatt hat, ist das Praktisch, sonst kommt ganz fix auf einen C16A… Ich weiß jetzt nicht ob das reicht um den Ladestrom der Elkos zu begrenzen.


Somit sollte ich alles erfasst haben….
Ich sage mal vorsichtig so schlecht scheint die Schaltung ja nicht zu sein (duck und wech)

Bilder folgen, ganze 72 Pixel zu breit

Ergänzung:
Bilder und Schaltplan Ergänzt

[Ney]

Andreas, Junge, mach mich nicht schwach...bitte. Deine Bilder helfen genau nichts. Was mich jetzt interessiert, ist das Konzept zur Strombegrenzung in der Auflade-Phase des Zwischenkreis-Kondensators. Wie ist das bitte gelöst?

Was deine Frage weiter oben angeht, ja, eine Funktion f(t) beschreibt den zeitlichen Verlauf einer Kurve, Punkt für Punkt...so zu sagen