inschakelprobleem van transformator

Ik heb een scheidingstrafo van 1kva waar ik een voeding van gemaakt heb.
Om de bufferelco´s langzaam op te laden en dus de inschakelstroom te beperken heb ik een voorschakelweerstand in de secundaire van de trafo geschakeld.
De waarde van deze serie weerstand is 470 ohm 160watt.
De spanning over de elco´s loopt nu na ± 30 a 40 sec op tot maximale waarde onbelast.
Echter nu slaat regelmatig nog de zekeringautomaat op uit.
Vreemd want de inschakelstroom zou maar 0,5 amp moeten zijn. Meestal gaat het wel goed maar 2 van 10 keer dat ik inschakel niet. Bovendien knipperen de lampen tijdens het inschakelen.
Wat kan er in het ontwerp mis zijn?
Het is zo simpel dat ik de oorzaak niet kan vinden, vreemd genoeg.
free_electron

Silicon Member

het probleme is niet uw secundaire maar uw primaire !

een 'ongeladen transofrmator' gedraagt zich als ene serieuze kortsluiting. eenmaal er magneetveld is ( en dus tegen emk ) is dit al ene stuk minder.

zet twee 10 ohm NTC weerstanden in serie met je primaire.
eenmaal je langs secundaire kant gestart bent schakel je ene relais in dat deze weerstandne kortsluit. probleem opgelost.
Professioneel ElectronenTemmer - siliconvalleygarage.com - De voltooid verleden tijd van 'halfgeleider' is 'zand' ... US 8,032,693 / US 7,714,746 / US 7,355,303 / US 7,098,557 / US 6,762,632 / EP 1804159 - Real programmers write Hex into ROM
ik begrijp het.
hartelijk dank voor de tip!
groetjes van martin
Op 11 maart 2009 07:04:50 schreef free_electron:
een 'ongeladen transofrmator' gedraagt zich als ene serieuze kortsluiting. eenmaal er magneetveld is ( en dus tegen emk ) is dit al ene stuk minder.
Onzin!
Het magneetveld in de kern is kontinu wisselend, en dit op en afbouwen van het veld zal direkt na het inschakelen starten. En een tegen emk wordt opgewekt zodra een wisselspanning wordt aangeboden.

Waarom wel de zekeringautomaat af en toe aanspreekt heeft een andere oorzaak. Dit heeft van doen met het moment waarop de trafo wordt uitgeschakeld en op een later tijdstip weer wordt ingeschakeld.

Als de trafo wordt uitgeschakeld wanneer het magneetveld in de kern maximum (of relatief groot) is zal er een groot remanent magneetveld achterblijven. Dit veld blijft zeer lang behouden. Wanneer nu de trafo opnieuw wordt ingeschakeld op een moment waarbij het magneetveld in dezelfde richting opgebouwd wordt als het achtergebleven veld zal de maximum magnetisatie extra groot worden waarbij de kern in verzadiging treed. En de primaire stroom van een trafo met verzadigde kern word alleen beperkt door de koperweerstand van de primaire wikkeling.

Is de richting van de spanning op het moment van inschakelen dusdanig dat het veld juist afgebouwd tegen het remanent magnetisme in dan is er weinig aan de hand en zullen er geen zekeringen springen.

Deze gevoeigheid voor het moment van uit- en inschakelen is vooral merkbaar bij grotere transformatoren omdat deze een relatief lage ohmse primaire weerstand hebben.
inschakelvertraging in de primaire kant zetten. die limiteerd ook de stroom aan de primaire van de transfo dan en probleem opgelost. na het opladen van de elcos wordt de voorschakelweerstand dan overbrugged door een triac

heb ik destijds in mijn eindwerk ook moeten gebruiken (zware eindversterker, dikke ringkern, veeel grote elco's)
ik hou van werken ..., ik kan er uren naar kijken
Frederick E. Terman

Golden Member

Op 11 maart 2009 12:11:43 schreef Freddy:
[...]Als de trafo wordt uitgeschakeld wanneer het magneetveld in de kern maximum (of relatief groot) is zal er een groot remanent magneetveld achterblijven. Dit veld blijft zeer lang behouden.
Hoe kan de trafo die magnetisatie na uitschakelen zo lang bewaren, terwijl het in bedrijf wel steeds meteen weg is?

Met andere woorden, hoe weet dat veld nu: "hierna komt er vast wel geen stroom meer, dus nu moet ik blijven bestaan"?
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Intelligent veld? ;)

Volgens mij worden er wat zaken door elkaar gehaald.
De vraag die gesteld dient te worden is:
Op welk ogenblik is de stroom maximaal bij inschakelen?
Frederick E. Terman

Golden Member

Goede vraag, mooie strikvraag trouwens.
We weten allemaal wel dat in een spoel de maximum stroom loopt op de momenten dat de spanning nul is - als de boel al een tijdje aanstaat.

Bij het inschakelen kan dat niet het hele verhaal zijn. Anders zou de stroom continu maximaal zijn, zolang er nog geen spanning is. :)
Iedere simulator laat keurig zien wat er gebeurt, maar dat is flauw. Beredeneer het maar eens!

Een vol belaste trafo is aan zijn ingang natuurlijk nog nauwelijks inductief te noemen.. maar dàt weet de stroom bij het inschakelen óók nog niet.

/e:Hint: (van collega op de gang): als een spoel ideaal was, zou je hem als gelijkrichter kunnen gebruiken..
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Dat er een remanant magnetisme achterblijft kun je ook afleiden uit een magnetisatie-curve van kernmateriaal. Na het verdwijnen van de magnetisatiestroom zal de magnetische flux slechts ten dele worden afgebouwd. De kern vertoont hysterese. En er is in een ongunstig geval geen afgepast tegengesteld veld aanwezig dat de magnetische inductie tot (bijna) nul reduceerd.

Hoewel de magnetisatie curve van een permanente magneet er wat anders uitziet is het hiermee vergelijkbaar. Na magnetisatie blijft hier een relatief groot remanent magnetisme over. En dit blijft voor lange tijd stand houden.
Op 11 maart 2009 13:26:49 schreef Frederick E. Terman:
Een vol belaste trafo is aan zijn ingang natuurlijk nog nauwelijks inductief te noemen.. maar dàt weet de stroom bij het inschakelen óók nog niet.
De magnetiseringsstroom en de belastingsstroom zijn twee verschillende dingen die niet door elkaar moeten worden gehaald.

[Bericht gewijzigd door Freddy op 11 maart 2009 13:30:28 (24%)]

Niet te filosofisch hé FET ;-) Freddy wordt ook nooit metafysisch :7 'k mag wel graag jullie uitleg volgen. So keep up the good work.

Grttzzz.
WLM
Frederick E. Terman

Golden Member

Dàt veld is heel erg klein. En hoe groter en beter de trafo, hoe kleiner de verliezen, dus hoe kleiner de H-B loop, dus hoe kleiner de restmagnetisatie. Terwijl juist die grote het verschijnsel het meest tonen.

Nee, dat snijdt geen hout. Lees mijn hint (die er net bij ge-edit heb :)).
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Het mag wel zo zijn dat bij grote transformatoren de verliezen relatief kleiner zijn, maar de kern wordt zowel bij kleine als grote trafo's zo maximaal mogelijk uitgestuurd. Op deze manier wordt zowel op de hoeveelheid koper als ijzer bespaart.

En het effect dat ik eerder beschreef heeft betrekking op de magnetisatiestroom, niet op de belastingsstroom. Of de trafo nu belast of onbelast is is niet van invloed op het effect.

Waarom grote transformatoren meer last hebben van grote stromen bij het inschakelen had ik ook al verteld: De ohmse weerstand van de primaire wikkeling is bij grote transformatoren veel lager. En juist als de kern verzadigd en er dus weinig van de primaire zelfinductie overblijft is de ohmse weerstand de stroombeperkende factor.
Frederick E. Terman

Golden Member

Ik had het ook niet over de belastingstroom. Ik zei alleen dat een vol belaste trafo op zijn ingang zich niet als een zuivere spoel gedraagt (ook niet bijna). Dat is van belang omdat veel mensen denken dat de spanning en stroom in de primaire van een trafo altijd een kwart periode uit fase zijn - wat dus niet zo is. Maar dat ter zijde.

Nee, wat ik nog steeds mis, is dit:
Als je - nu wel bij een spoel - inschakelt op het maximum van de spanning, begint de stroom meteen sinusvormig op te lopen, en blijft verder symmetrisch om de nul. Bij het inschakelen zie je dan hetzelfde als later, wanneer de zaak al ingeslingerd is.

Maar als je inschakelt op het moment dat de spanning nul is, gaat de stroom eerst niet oplopen, maar later - als de spanning stijgt - pas steeds sneller. De stroom ziet er dan uit als een (omgekeerde) cosinus, en staat OP de nul.
Voor wiskundigen: de bepaalde integraal van een sinus, van 0 tot t, blijft steeds positief.

Dat kan natuurlijk niet zo blijven, en door de gewone verliezen zakt de hele sinusvorm van de stroom totdat hij weer wèl symmetrisch rond de nul ligt. Dat zakken gebeurt met de tijdconstante L/R, waarbij L de zelfinductie is, en R de totale weerstand in de kring. Die tijd kan in de seconden lopen bij een grote trafo.

Al die tijd heb je dus als het ware, opgeteld bij de normale verwachte wisselstroom, gelijkstroom in de spoel. Dat is die "bonk" die je hoort.

Voor wie wil simmen: vergeet niet, bij de spoel, initital current = 0 te zetten.
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Inderdaad, inschakelen rond nuldoorgang levert ook problemen op. Wat ik beschreef maakt de inschakelproblemen alleen maar groter en treed ook op als rond (het ideale) spanningsmaxima wordt ingeschakeld.
Niet zo toevallig, maar ik heb hier een 1500VA 230V-230V scheidingstrafo met aardscherm staan.
Hier komt een inschakelvertraging, met overbrugging van een weerstand, op van ong. 1s.

Deze trafo, 18,5kg, heeft bij vollast een rendement van ong. 95%. De ohmse weerstand is ong. 0,5ohm.

De leverancier vroeg o.a of ik aan de inschakelstroom gedacht had. Dat had ik dus.
Frederick E. Terman

Golden Member

Zoiets noopt je eigenlijk tot het bouwen van een inschakelstroomtester. Mat gecontroleerd inschakelmoment en logging naar USB stick ofzo.. :)
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Ik heb even een stel metingen verricht aan inschakelverschijnselen van een transformator. Het betreft hier een niet al te jong 100 VA exemplaar. De primaire koperweerstand is 7Ω. De inwendige weerstand van mijn lokale net tot aan de trafo is 5,2Ω. Deze hoge weerstand wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door mijn regelbare netspanningsvoeding met een 1000VA scheidingstrafo en 1000VA variac.
De totale weerstand komt daarmee op 12,2Ω. Bij een voedingsspanning van 220V kan de stroom niet hoger oplopen dan 17,8Aeff.

De instellingen van de scoop zijn 100V/div voor de spanning en 5A/div voor de stroom en de tijdbasis is ingesteld op 10ms/div.

Als eerste meting om Frederick's opmerking te staven het inschakelen van een mooi gedemagnetiseerde trafo bij nuldoorgang en op spanningsmaximum. Door de spanning over de trafo langzaam van 220V naar nul te regelen werd de trafo gedemagnetiseerd.

Als eerste het inschakelen bij nuldoorgang:

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-demag-nul.gif

en het inschakelen op negatief spanningsmaximum:

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-demag-max.gif

Zoals Frederik al opmerkte is het inschakelen op nuldoorgang erg ongunstig. De piek inschakelstroom is zo'n 14A waar de piek normaal zo'n 1,8A is. Bij het schakelen op spanningsmaximum is er op een kleine afwijking na weinig extreems aan de hand met de stroom.

De volgende meting zijn verricht aan de trafo waarbij een restmagnetisme is achtergebleven in de kern. Om niet telkens te proberen om op een nuldoorgang uit te schakelen is dit restmagnetisme aangebracht door de primaire wikkeling even aan te sluiten op een DC voeding waar de stroombegrenzer is ingesteld op 2A. Dit komt overeen met de stroomwaarde tijdens spannings nuldoorgang.

Als eerste twee metingen tijdens de positieve en negatieve spanningsmaxima. Dit zou vergeleken met de vorige metingen gunstig moeten zijn ten aanzien van de piekstroom.

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-restmag-max-neg.gif

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-restmag-max-pos.gif

Tijdens het inschakelen tijdens het negatieve maximum blijft de inschakelstroom redelijk beperkt. Het magnetische veld is tijdens het inschakelen tegengesteld aan het restmagnetisme waardoor de magnetisatie in de kern minder wordt.
Heel anders is wordt ingeschakeld tijdens een positieve spanningsmaximum. De piekstroom bedraagt hier zo'n 12A. Het opgewekte magnetisch veld is hier in eerste instantie gelijkgericht aan het reeds aanwezige remanant magnetisme: De kern wordt verder richting verzadiging gestuurd.

De laatste twee metingen zijn verricht tijdens de positieve en negatieve flank bij nuldoorgang. Ook hier weer met een restmagnetisme aanwezig in de kern:

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-restmag-nul-neg.gif

http://www.meettechniek.info/extern/intrafo-restmag-nul-pos.gif

Tijdens nuldoorgang met een negatieve flank valt het allemaal nog wel mee. Het remanante magnetische inductie wordt eerst terug afgebouwd. Bij het inschakelen tijdens een positieve nuldoorgang loopt het de spuitgaten uit. De stroom loopt op tot zo'n 18A (verwacht maximum) en de spanning klapt in elkaar. Hier heeft het magnetisch veld veroorzaakt door de stroom eens lekker de kans op de kern eens goed in verzadiging te drukken.

Zo zie je maar dat niet alleen het moment van inschakelen maar ook het voorafgaande moment van uitschakelen van grote invloed is.
joopv

Special Member

Interessant, ik zou niet verwacht hebben dat het remanent magnetisme in de kern van de vorige keer dat het ding uitgeschakeld is, zoveel effect kan hebben. Maar ik heb toch wat vragen:

- Was deze 100VA trafo belast tijdens de meting? En zo ja, met wat voor een belasting?

- Ik krijg uit je beelden verder sterk de indruk dat je variac en/of scheidingstrafo de verzadiging in gaat. De spanning is een afgeplatte driehoek.

- Voor een 100VA trafo zijn de stroompieken wel erg hoog. Als hij volledig belast is zou ik een sinus verwachten van 0,7A top, ik zie een niet-sinusvormige stroom van 1-2A piek. Het lijkt wel alsof er een DC voeding aan hangt waarvan de elko's opgeladen worden, of gaat de kern van de 100VA soms ook in verzadiging?
Frederick E. Terman

Golden Member

Wow, ik word hier wel op mijn wenken bediend! Dat zijn interessante plaatjes.

Wat mijn eigen opmerking over die integraal betreft (die een tijd boven nul blijft hangen): het probleem is niet dat de stroom verdubbelt (waar ik eerst aan dacht), maar dat de FLUX moet verdubbelen. Omdat je normaal net onder verzadigiging zit, moet je nu heel erg ver in verzadiging gaan om dat te krijgen. De stroom moet dus heel veel meer dan verdubbelen.

Dat is dus nog afgezien van de voormagnetisatie door remanent magnetisme.
De plaatjes maken me wel duidelijk dat dat ook heel belangrijk is (weer wat geleerd!). Wat dat betreft heb je me overtuigd.
Het totale effect kan dus de som van de twee effecten zijn, dus nog erger. :)

Uiteraard heb ik ook flink zitten Googelen, en er zijn heel wat interessante verhalen over. Het gekke is dat een paper van de IEEE, over beperking van "inrush current", niet over remanent magnetisme rept.
Een ook heel mooi artikel van de U. van Toronto noemt het dan weer wel.

Wat is dit toch een leuk forum.
Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Op 12 maart 2009 08:28:49 schreef joopv:
[...]
- Ik krijg uit je beelden verder sterk de indruk dat je variac en/of scheidingstrafo de verzadiging in gaat. De spanning is een afgeplatte driehoek.
Die komt hier al zo uit de WCD. Vermoedelijk het gevolg van al die switching PSUs die tegenwoordig aan het net hangen.
Zorg dat je NOOIT, NOOIT, NOOIT wat met Versatel Tele2 te maken krijgt!
mag ik dit gebruiken voor mijn eindwerk? (ik gebruik een ringkern van 625VA + een inschakelvertraging)

is de proef gedaan met een ringkern of een vierkante blok?, of speelt dat totaal geen rol
Op 12 maart 2009 01:56:51 schreef Freddy:
Ik heb even een stel metingen verricht aan inschakelverschijnselen van een transformator.

Dat is idd. een duidelijke en leerzame posting. Hoedje af, daarvoor!

Dat brengt de tijd weer in herinnering, toen we in A'pen overschakelden van 127/220 naar 220/380. Klanten die nog een 127V-installatie hadden werden dan tijdelijk gevoed via een 1kVA autotransfo. Die dingen bonkten soms zo hard, dat ze van de vloer opwipten!
Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)
De trafo is van het type met EI kern. Tijdens de meting was de trafo uit de aard der zaak onbelast, het ging hier om het inschakeleffect van de trafo en niet om iets anders.

De netspannings"sinus" met afgeplatte toppen krijg ik zo aangeboden van mijn energiebedrijf. Zoals hier al opgemerkt wordt dit veroorzaakt door de vele elektronische apparaten die hun stroom opnemen tijdens de sinustoppen.

De piekerige vorm van de magnetiseringsstroom wordt veroorzaakt door dat de kern van transformatoren uit kostenoverweging ver worden uitgestuurd. De magnetiseringscurve van de kern is sterk niet-lineair. Hoe verder uitgestuurd, hoe kleiner de permeabiliteit en hoe kleiner de zelfinductie. Dus hoe groter de momentele magnetiseringsstroom wordt hoe groter dI/dt wordt. Een mooi zelf versterkend effect wat leuke piekjes oplevert.

@ watchout3, van mij mag je het gebruiken met vermelding van de bron. Maar het is toch veel leuker om zelf metingen te verrichten!
bedankt, moet ik naar je site refereren of gewoon je nickname op CO? (+ topic)

En ik zou het wel allemaal zelf willen doen maar niemand van de familie is elektronicus dus ik moet alles op school of via internet leren. tevens moet ik al mijn apparatuur zelf bekostingen en in het school is de tijd vrij beperkt om al die metingen te doen (ze hebben zelfs maar 1 digitale scoop (met storage functie?) in het school die ze niet graag laten gebruiken door studenten voor dit soort experimenten)
Ik heb geen nickname maar een echte naam die mij bij mijn geboorte is meegegeven. De bronsite is CircuitsOnline omdat het hier gepost is, maar het kan geen kwaad om ook mijn site te noemen :)

En als ik jou was zou ik een andere school zoeken waar wel voldoende fatsoenlijke middelen en ruimte worden gegeven om kennis en ervaring op te doen.