Stroom door transformator

Hi Krelis Vonketrekker,

Ik zie niet direct wat warmte metingen nu zou oplossen of meer inzicht in het geheel zo verschaffen.
Veel is afhankelijk van de onderdelen die ik gebruikt heb.

Verder heb je gelijk wat betreft de LAB voeding waarmee ik bezig was, om de warmte verliezen klein te houden had ik gekozen voor een trafo van een groter vermogen.
Bij het zelfde vermogen dat de LAB voeding moet leveren zijn de verliezen duidelijk lager.
In dat zelfde stuk stond ook wat metingen met de LT active gelijkrichter welke zeer efficiënt is, bij elkaar kost dat wel allemaal geld, gelukkig draai ik geen productie in dit soort spul.

benleentje
Zekerheid als je de theorie kent, die ga je niet krijgen als je componenten allemaal geen perfecte eigenschappen hebben.

Algemeen
Voorbeeldje als ik wil weten hoeveel vermogen een audio versterker kan leveren aan 8 Ohm, dan meet ik de totale voedingspanning, zeg 2x50V in rust dat is 100V totaal.
Die 100V deel ik door 3, komt daar 33V uit, dat getal vermenigvuldigd met zichzelf, komt ik bij bijna 1100 uit en dat getal deel ik door de 8 Ohm en dan kom ik uit op ongeveer 130-Watt uit +-10%.
Dit alles doe ik meestal uit mijn hoofd, dat geeft mij een indicatie van het vermoedelijke vermogen aan 8 Ohm.

Wil ik het beter/preciezer weten, dan moet ik de 230 Netspanning meten die de versterker voed onder belasting, een 8 Ohm belasting weerstand aansluiten, AC mV meter over deze weerstand plaatsen,
THD meter over deze weerstand plaatsen en dan een vervorming percentage kiezen die ik als max. beschouw, zeg 1% THD.
Het THD veranderd trouwens met een paar mV verschil in de uitgang spanning tijdens deze metingen vlak voor het clippen,
dus ook met variaties in de 230V Netspanning en het warm worden van de versterker en het warm worden van de belasting weerstand.
Meestal meet je de THD bij -0,5dB max vermogen.
maar goed dat heb je een vermogens waarde bij een redelijk ideale belasting, je 8 Ohm weerstand, hebben jullie weleens gekeken naar de impedantie curve van een luidsprekerbox?
Dat is echt geen rechte lijn t.o.v. de frequentie, dus die 120-Watt is een deel van het geheel van hoe luid een luidspreker zal klinken in de luisterruimte.

Ik wil hiermee aangeven dat er altijd (daar komt hij weer) "Error Levels" meespelen.
Je kan er enigsins vanuit gaan, dat bij mijn testsetup er een verhouding van 4x is, dus 1-Ampere DC stroom geeft ongeveer 4-Ampere piekstroom, en nee, dat geld niet altijd, ja ik weet het "Live Sucks"

Groet,
Bram

een verhouding van 4x is, dus 1-Ampere DC stroom geeft ongeveer 4-Ampere piekstroom, en nee, dat geld niet altijd

Ik vermoed dat een low-ESR elco die piekstroom enkel groter maakt. Maar het kan ook zijn dat de wisselstroom weerstand van de diode's dominant is over die ESR en niet te vergeten de weerstand van de wikkelingen zelf.

Eerder heb ik een poging gedaan tot het maken van een voorregeling voor een lineaire voeding (hier), en daar zag ik dat de piekstroom door de transformator redelijk constant bleef bij verschillende capaciteiten (als in: identieke elco's parallel zetten) en zelfs bij het gebruik van de voorregeling. Het lijkt er op dat de weerstand van de wikkelingen en de lekinductie dominant zijn, en dat de piekstromen meer afhangen van de transformator dan van de belasting, wat me een beetje verbaasde.

Hi,

Dit is een aanvulling op dit topic en het staaft Kruimel zijn opmerkingen dat het er op lijkt dat de Ri van de trafo de uiteindelijke maximale piekstroom bepaald.

Ik heb weer twee plaatjes voor jullie van een experiment met een andere Elco en een andere brugcel en verder de zelfde meetopstelling.
Sorry dat de fase va nde signalen omgedraaid zijn, maar dat maakt voor het inzicht weinig uit, maar kost mij wel veel tijd om de plaatjes opnieuw te gaan maken.

Als eerste heb ik de 2200µF Elco vervangen door een 15.000µF Elco, ik heb moeite deze grote Elco's te meten, ik kwam uiteindelijk uit op ongeveer 13.000µF.
Het lijkt er op dat de Ri van de 2200µF elco lager is dan de 13.000µF. Elco, de 13.000µF. Elco heeft een minder hoge piekstroom, maar hij is wel breder in de top over de tijd.
Het grote voordeel van de 13.000µF. Elco is de veel kleinere rimpel (kleiner nu dan 1V-TT) en de onderzijde van de rimpelspanning zit nu op ongeveer 12,5V, dit ten opzichte van de ongeveer 11,5V van de 2200µF.
Het gemiddelde DC niveau op het gele metertje in het display verschilt niet veel, maar kijk je naar de onderzijde van de gel rimpel, dan zien je dat er ongeveer 1V meer marge is bijgekomen door de grotere Elco waarde.
En de gemiddelde stroomwaarde is niet zoveel veranderd.
O ja, ik heb ook metingen gedaan zonder de 10-Ampere multimeter er tussen, is maar een paar procent verschil, dus de Burden Voltage is hier niet dominant.

.
Bij deze meting heb ik de BY164 brugcel vervangen door 4x een MBR745 Schottky diode.
Het is duidelijk te zien dat de gele trace ongeveer 1V omhoog is verschoven, deze MBR745 dioden geven dus duidelijk minder verlies.
Aan de stromen is weinig veranderd.

.
Als conclusie kan je uit deze metingen trekken (bij relaties kleine stromen) dat het zinnig is grotere Elco waarden te gebruiken om de rimpel kleiner te maken.
Dit verhoogt niet noemenswaardig de dissipatie in de trafo.
Dat je maar 60 tot 65% van de AC stroom van de trafo mag gebruiken geld nog steeds.
De trafo die ik gebruikt is trouwens 10V bij 3,2-Ampere max en hij heeft ook een 16,5V bij 0,51-Ampere Max. wikkeling die niet gebruikt wordt tijdens deze metingen.
Bij elkaar opgeteld is dit dus een 40VA ringkern trafo.

Hier weer de meetopstelling, met een kleine Rubicon Elco 15.000µF 25V volgens de opdruk en de MBR745 diodes er op gesoldeerd.

.
De MBR745 dioden worden amper warm, dus dat is een goede optie als je verliezen laag wilt houden.
Nog beter wat verliezen betreft is een actieve brug, dit vraagt bij losse opbouw redelijk vele onderdelen of je koopt voor een toch wel stevig bedrag het Linear Technology IC hiervoor.
Het zijn allemaal afwegingen die je bij je ontwerp zal moeten doen.

Ik hoop dat dit wat meer inzicht oplevert bij kleine voedingen zeg beneden de 5-Ampere DC,

Groet,
Bram

Die laatste meting is toch wel verrassend. Je zou verwachten dat de lagere rimpel zou betekenen dat je de condensator weer in kortere tijd moet laden en dat er dus een hogere piek-stroom nodig is.

Maar dat is hier duidelijk niet het geval. Blijkbaar wordt de piekstroom door andere factoren beperkt. Dat moet dan wel de koperweerstand in het circuit (of de trafo) zijn.

JE zag in de eerste meting al dat de spanning uit de trafo rond de toppen afgeplat waren. Bij de hoogste stroom piek is de top het meest afgeplat en naarmate de stroompiek kleiner word neemt de trafo spanning weer toe.
En bij de 2de meting is de top nog vlakker het is dus wel duidelijk dat de trafo bij deze stroom niet meer de maximale spanning kan leveren.

Hi deKees,

Het is vrijwel zeker de transformator die de piekstroom bepaald.
Het lijkt in de pieken een "beetje" op stroombron gedrag.
De DC weerstand van de 10V wikkeling is ongeveer 0,3Ω en van de 230V wikkeling is de DC weerstand 50Ω
Wat de weerstand van het magneet veld is, ik heb geen idee, met een kortgelsoten 10V wikkeling is de inductie aan de 230V kant 13,22mH, is de 10V kant open, dan is de inductie 14,60H.
Ik heb geen ervaring in berekeningen om hier de Ri van de trafo mee te berekenen.

Voor jullie plezier heb ik een meting gedaan waarbij ik de secondaire wikkeling heb kortgesloten, dit om te zien wat de maximale stroom zou zijn.
Hij wordt wel heeeeeel snel heet, wat natuurlijk niet verwonderlijk is.

OK, plaatje 10V wikkeling kortgesloten, stroom weer gemeten met de Micsig Current probe, nu op de 100-Ampere stand.

.
En dit is de stroommeting gedaan aan de 230V kant, de Micsig Current probe nu op de 10-Ampere stand.

.
Door de zeer hoge warmte ontwikkeling in de trafo bij deze testen moet ik echt snel werken, ik maak screenshot in een web interface en bij elkaar is dat ongeveer 4-Seconde voor een meting.
Bij iedere meting goed kijken of alles goed staan ingesteld, probe op de goede stand, probe setting in de scoop op de goede stand,
in de web interface op het knopje drukken, ruim 1-Seconde voor de meting verschijnt, enz. maar toch een paar nette metingen kunnen doen.
Ik wijs op de warmte ontwikkeling, omdat de hoge temperaturen er voor zorgen dat de koper weerstand omhoog gaat en dus ook de kortsluitstroom bepalen, maar het is gelukt wat plaatjes te maken.

Niet alleen de trafo temperatuur schoot omhoog, ook van mijn werkkamer waar de Zon nu vol opstaat, even vluchten!

Groet,
Bram

Ik heb geen ervaring in berekeningen om hier de Ri van de trafo mee te berekenen.

De Ri is gewoon de de DC weerstand van het koperdraad.

10V op 0,3 ohm geeft 33A en je meting laat 27,6A zien maar helaas weten we de spanning niet.

Ik wijs op de warmte ontwikkeling, omdat de hoge temperaturen er voor zorgen dat de koper weerstand omhoog gaat

Ja dat klopt, Maar de initiele stroom zou dan nog met koud koper zijn. De temperatuur stijgt wel snel maar begint toch laag.

Wat wil je nu zeggen met deze constateringen? Zijn de metingen fout? De weerstand van koper verandert nu ook weer niet zo veel bij het opwarmen in een aannemelijk bereik (ongeveer 0,004K^-1).

Op 9 september 2023 12:03:35 schreef blackdog:
Dit verhoogt niet noemenswaardig de dissipatie in de trafo.
Dat je maar 60 tot 65% van de AC stroom van de trafo mag gebruiken geld nog steeds.

Niet mee eens, in ieder geval niet op basis van je metingen: 1/1,72=58%, en dat is het soort getal dat ik ook vaak zie. Als je uit gaat van 65% in plaats van 58% zit je 65/58=12% over de verwachte stroom 25% over de verwachte dissipatie heen, en vooral dat laatste vind ik wel een grote afwijking.

Anderzijds moet ik wel ruimte laten voor een hogere belasting: ik denk dat als je de stroom vergroot dat de verhoudingen gunstiger worden. De Ri van de trafo blijft immers gelijk en de stroompieken zullen minder stijgen dan de uitgangsstroom. Het is aannemelijk dat je dan wel in die 60-65% regio komt, maar nu ben je daar niet.

In elk geval dank voor deze duidelijk gedocumenteerde metingen, want dit is het soort resultaten waarvan ik merk dat ik ze geregeld (vaak om andere redenen) later terugzoek. Het bespaart me dan een hoop werk om de meetopstelling te bouwen om een veronderstelling te testen. Je topic over de eigenschappen van transformatoren is daar ook een voorbeeld van.

Als je uit gaat van 65% in plaats van 58% zit je 65/58=12% over de verwachte stroom 25% over de verwachte dissipatie heen, en vooral dat laatste vind ik wel een grote afwijking.

Vaak gebruik je die 0,62 van Hammond voor een lineaire voeding. Als je dan BV een 5A voeding wil bouwen zou je een 8A trafo nodig hebben.
Het kan best dat je dan een trafo wat overbelast als je op die 5A stroom zit, maar wie zit er nu uren lang op 5A te werken?
Dan gaan veel meer onderdelen van zo een zelfbouw voeding het erg zwaar krijgen.

25% over de verwachte dissipatie heen

Ik heb het me nog nooit eerder afgevraagd maar wat is de nominale dissipatie van een trafo nu eigenlijk? Is er door een trafo bouwer al niet rekening gehouden met een aantal scenarios?

(ongeveer 0,004K-1).

Ok het is niet heel veel denk ik want ik heb even geen idee hoe ik deze waarde moet interpreteren. Maar toch neemt de weerstand iets toe en de spanning zal ook iets afnemen. IK vind 27A ipv de theoretische maximum van 33A nog steeds erg hoog ik had verwacht dat de spanning meer in elkaar zou gaan zakken.

[Bericht gewijzigd door benleentje op zaterdag 9 september 2023 17:27:33 (23%)]

Hi Kruimel,

Wat ik vooral aangeef is een gemiddelde, daarom 60 a 65% belasting bij gelijkrichting en buffer Elco.

Wat ik zelf doe, is wat je zelf ook al aangegeven hebt, ik kies een trafo die een beetje groter is dan dat je met de standaard berekening of gemiddelde zou doen.
Dit vooral, als je weet dat je uren tegen de maximale belasting aanzit tijdens het gebruik.

Weer even terug naar Audio, de goede oude groot vermogen eindversterkers voor PA toepassingen waren voorzien van grote transformatoren.(voor de schakelende voedingen populair werden)
Je had ook HiFi versterkers voor de thuis situatie, die ook flinke vermogens konden leveren, daar waren vaak veel kleinere transformatoren ingebouwd.
Dit omdat die echt geen uren maximaal stonden te stampen en dan kan je met in verhouding met een wat kleinere transformator toe.(ik weet het feestjes en dan plof)

Als ik de trafo gebruikt die in deze testen is gebruikt en er een voeding mee bouw, die b.v. 3-Ampere kan leveren, dan is deze voeding zeker bruikbaar.(De wikkeling is 3,4-Ampere)
Maar het zou zondermeer dom van mij zijn, als ik de trafo temperatuur niet in de gaten zou houden en dan b.v. een auto accu met 3-Ampere zou gaan laden en naar bed zou gaan...

Een voeding die ik op het ogenblik aan het ontwerpen ben, kom ik ook totaal voor de twee regelbare 300V uitgangen, over het normale maximum vermogen heen van die trafo als ik die beide uitgangen tegelijk vol zou gaan belasten.
En dan ook de gloeistroom wikkelingen ook aan hun maximale stroom zitten.
Het wordt een voeding voor eigen gebruik en daardoor weet ik de mogelijkheden en de beperkingen, het tijdelijk over de grenzen heen gaan van een trafo adviseer ik echter niet.
Ondertussen weet ik wel hoe ik ben, eigenlijk altijd voorzichtig met mijn meetapparatuur, dus ik hou rekening met hun eigenschappen.

Mijn ervaring is ook dat anderen dat een stuk minder hebben, mijn Vader was daar een goed voorbeeld van.
Dus als mijn hoogspanning voeding af is en ik zou hem uitlenen of verkopen, dan zou ik de gene er op wijzen dat hij/zij niet te gretig moet zijn met het te leveren vermogen.

Kijk je naar pro voeding systemen, dan zie je daar vaak bij staan tot welke omgeving temperatuur je het volle totale vermogen kan gebruiken.
De temperatuur op het ogenblik hier is 30C, als je voeding dan ook nog staat ingebouwd tussen andere apparatuur die ook aanstaat,
dan kan je al snel het maximale vermogen van een voeding niet meer continu gebruiken door de te hoge interne temperatuur.

Wil je het "Pro" doen, dan zal je het "Holitisch" moeten bekijken, dus een echt "Error Budget" moeten gaan opstellen voor het apparaat dat je aan het ontwikkelen bent.
De meeste Keysight LAB voedingen zijn tot 40C gespecificeerd en b.v. de meetsystemen in deze voedingen zijn meestal 23C +-5C voor de nauwkeurigheid van de uitlezing.
De bekende E3600 serie kleine LAB voedingen kan je tot 40C omgeving temperatuur(dus niet klem ingebouwd!) vol belasten, kom je boven de 40C omgeving temperatuur uit dan mag je de voeding maar 50% belasten .
Boven de 55C mag je hem dan niet meer belasten.

Die 55C kan voorkomen als de voeding is ingebouwd in b.v. een apparatuur rek waar geen voldoende ventilatie in aanwezig is en/of te vol is gebouwd, dus geen rekening gehouden met de totale hoeveelheid BTU in dat rek.

Precies… dan zal er een goed error budget moeten worden opgesteld en anders als je dat niet wil of kan, dan de belangrijkste onderdelen gewoon wat ruimer nemen.
Denk dan aan de trafo, brugcel en vooral de koeling.
En als je wat bouwt, 30 a 35C omgeving temperatuur, daar zal je rekening mee moeten gaan houden, dat is niet meer af en toe door de klimaat veranderingen.

Groet,
Bram

Op 9 september 2023 14:17:22 schreef blackdog:
Ik heb geen ervaring in berekeningen om hier de Ri van de trafo mee te berekenen.

Er is wel een manier om de impedantie van de trafo te berekenen. sluit de secundaire kort met een stroommeter. Voer de primaire spanning op (met een variac) tot de stroommeter de nominale stroom aangeeft.
Meet dan wat de primaire spanning is. Stel dat dat 30 volt is. De maximale stroom secundair is dan (230/30)xInom.

Hi KlaasZ,

Ik heb de meting uitgevoerd, hopelijk volgens jouw voorstel.
In mijn woorden op deze manier gedaan, secundaire trafo winding kortgesloten, de current probe meet de stroom in deze winding.
De primaire wikkeling is aangesloten op een variac, als controle staat er een RMS DVM over de Variac uitgang,
welke de zelfde waarde aangeeft als in de AC RMS waarde in de onderstaande scoop foto.(Lila)

.
Bij deze meting heb ik beide signalen zo groot mogelijk afgebeeld, dit komt de nauwkeurigheid van de meter ten goede, nogmaals het is in principe een 8 bit scoop.
Dus hoe groter de waarde op het scherm hoe nauwkeuriger de meting.

De groene trace is weer de stroom in de kortgesloten secondaire winding.
In Lila wordt de spanning aangegeven die de Variac levert en dat is zowel op de DVM als op het scherm ongeveer 22,4V RMS.

Volgens de berekening van KlaasZ krijg je dan ongeveer (230/22,4) x 3,4 = xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. <10-9-2023 nog wat uitzoekwerk nodig.
Volgens mij hou je bij deze berekening geen rekening met het magnetische veld, ik heb geen idee of nog lineair is als je tegen de max spanning op de primaire wikkeling komt.

Ik hoor weer graag jullie opmerkingen.

Groet,
Bram

Er staat een typo in je berekening. Waar 34 staat moet 3,4 zijn en Ω moet A zijn.

Voor zover ik weet doet het magneetveld er niet toe, maar hoe die theorie precies zat weet ik niet meer.

nogmaals het is in principe een 8 bit scoop.
Dus hoe groter de waarde op het scherm hoe nauwkeuriger de meting.

Ja dat is omdat je nu mooie plaatjes laat zien maar normaal meet je dat met een multimeter en zelfs een 3,5 digit is dan al goed genoeg.

Volgens mij hou je bij deze berekening geen rekening met het magnetische veld,

Het is toch hoe grote trafo bouwers dat altijd berekenen. En zo heb ik het ook weer op school geleerd. De exacte waarde van die kortsluitstroom is ook niet zo heel belangrijk het is meer indicatief.

Voor een kleine trafo is de kortsluitstroom niet zo interessant maar om voor hele grote vermogens automaten en of zekeringen goed te berekenen en te selecteren is dat wel belangrijk. Als er bv 10kA kortsluitstroom kan lopen dan moet ik geen automaat van 4,5kA nemen. maar of die stroom nu 9kA of zelfs 11kA is maakt ergens niet zo heel veel uit.

[Bericht gewijzigd door benleentje op zaterdag 9 september 2023 21:16:32 (18%)]

Hi benleentje,

Dank voor het signaleren van de typo, ik heb het gecorrigeerd.

Wat de plaatjes betreft, ik wil dat ze correct zijn en als ik het goed doe, zijn ze meestal ook als technicus goed om naar te kijken.

Wat betreft mijn kennis van dikke transformatoren die heb ik weinig, alles waar ik mee gewerkt heb in mijn werk blijf bijna altijd beneden de 0,5KVA en meestal veel kleiner.
Aan de primaire kant tijdens de bevenstaande meting, was er ook een AC RMS meter aangesloten, dit om de waarde van de scoop meting te controleren.

Groet,
Bram

Wat betreft mijn kennis van dikke transformatoren die heb ik weinig

IK doelde meer op het feit dat de kortsluitstroom meer indicatief is en ze bij distributie trafo gegeven worden. Dat jouw gemeten kortsluitstroom afwijkt van meer trafo vriendelijk manier is dan erg interessant maar in de praktijk niet zo heel belangrijk.

@blackdog,
Ik had nooit verwacht dat de ohmse weerstand van een transformator zo'n grote invloed op de (maximale) piekstroom had.
Weer wat geleerd op CO.

Hi ohm pi,

Your Welcome!

Groet,
Bram

Op 9 september 2023 20:27:56 schreef blackdog:
Volgens de berekening van KlaasZ krijg je dan ongeveer (230/22,4) x 3,4 = 34,9Ω aan de primaire zijde, klopt dit met wat jij voorsteld?

Klopt niet. De uitkomst is 34.9 A (niet Ω, zoals al opgemerkt door Benleentje). En dit is de secundaire kortsluitstroom bij primaire spanning 230 V, de maximaal haalbare secumdaire stroom zoals KlaasZ zei.
Artikelen over kortsluitspanning en kortsluitproef, ook op Wikpedia, blinken m.i. niet uit in het helder aangeven welke symbolen bij de primaire kant horen en welke bij de secundaire kant. Gelet op de daar gegeven formules wordt met transformator impedantie kennelijk bedoeld de impedantie gezien vanaf de secundaire kant. Dus als je de trafo modelleert als een ideale trafo gevolgd door een impedantie. Als je die impedantie naar de primaire kant wilt brengen dan heb je de wikkelverhouding nodig.

Hi aobp11,

Ik pas het morgen aan als ik wat tijd over heb, na me nog wat verder te hebben ingelezen over dit onderwerp.
Alle info is trouwens welkom over deze meting, dit is voor mij ook nieuw.

Dank voor je input.

Groet,
Bram

Ik had nooit verwacht dat de ohmse weerstand van een transformator zo'n grote invloed op de (maximale) piekstroom had.

De rimpelspanning op de condensator speelt daar ok wel een heel grote rol in.

Stel de rimpelspanning op de condensator is 1,5V.
De trafo wikkeling heeft hier 0,3Ω weerstand, dan geeft 5A door die wikkeling ook 1,5V. Dus eigenlijk zakt de spanning van de trafo vrij snel zover in dat het bijna gelijk is aan de spanning op de condensator. En dat is wat de stroom begrenst.

Maar zou je de condensator steeds compleet leeg trekken dan zou de laadstroom wel die theoretisch kortsluitstroom zijn? Nee dan ook niet want de diodes en de condensator zelf hebben ook weerstand + de bedrading.