Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bei welcher Leistung hat ein Ringkerntrafo die höchste Effizienz?


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von Fragender (Gast)


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Hi Leute, ich möchte einen DC-Lüfter effizient und zuverlässig 
betreiben. Der Lüfter zieht etwa 8W und läuft 24/7.
Da mir in den letzten Jahren schon zwei Schaltnetzteile dabei kaputt 
gegangen sind, dachte ich diesmal an ein ungeregeltes Netzteil mit 
Ringkerntrafo.
Dies dient schon mal der Zuverlässigkeit.

Welche Nennleistung aber sollte der Trafo haben, damit er selbst im 
optimalen Effizienzbereich liegt? Da mit Ladeelko, wären ja ca. 12VA 
schon mal das Minimum. Aber wäre ein 25VA-RKT evtl. besser?

Möchte ungern doppelt kaufen, und diese kleinen Print-RKTs kosten schon 
bissl was.

Vielen Dank für eine Einschätzung/Erfahrungswerte.

von Medizinzuverlässigkeitsexperte (Gast)


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3 billige Schaltnetzteile aus China zu 7,- das Stück parallel auf RLC 
und Dioden an die Last. Dazu parallel eine verundete invertierte 
Information auf eine LED, die blinked, wenn eines der drei kaputt geht. 
Dann geht einer hin und zieht es raus und wechselt es gegen ein Neues. 
Geht alles hot plug und mit Redundaz, da immer zwei NTs vorhanden sind.

So machen wir das.

von THOR (Gast)


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Da nimmt man die Rechnung aus der BWL: Gesamtkosten = Fixkosten + 
variable Kosten.

Fixkosten sind der Standbyverbrauch, variable Kosten die Verlustleistung 
durch die Last.

Diese Funktion hat für verschiedene RKT-Größen unterschiedliche Minima.

Aber letzten Endes nimmst du nen Trafo der im Mittel auf 50-80% belastet 
wird.

von Falk B. (falk)


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@  THOR (Gast)

>Da nimmt man die Rechnung aus der BWL: Gesamtkosten = Fixkosten +
>variable Kosten.

So weit, so gut.

>Fixkosten sind der Standbyverbrauch,

Und die Anschaffungskosten! Was nützt mir ein superspasamer Trafo, wenn 
der Dutzende Euro kostet.

>variable Kosten die Verlustleistung
>durch die Last.

>Diese Funktion hat für verschiedene RKT-Größen unterschiedliche Minima.

Kaum, denn es ist eine lineare Funktion ;-)

Was du meinst ist der Break Even Point.

>Aber letzten Endes nimmst du nen Trafo der im Mittel auf 50-80% belastet
>wird.

Ob das die Energieversorger auch so sehen? Und die müssen sich das genau 
überlegen.

1W Dauerlast macht im Jahr 8,76 kWh, die kosten bei ca. 25 Cent/kWh ca. 
2,2 Euro. Damit kann man berechnen, ab wann sich ein Trafo mit weniger 
Verlusten aber höherem Anschaffungspreis rechnet.

von BWLN (Gast)


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und wichtig:

heute 25 Cent/KWh (Variabele Größe) tendenz ist dann doch eher mehr.

Also die "Wunsch" Laufzeit spielt bei der Betrachtung ebenfalls eine 
Rolle.

von THOR (Gast)


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Ich meinte nicht den Break Even, nein. Ich meinte aber auch nicht die 
von mir beschriebene lineare Funktion.

Ich meinte die Funktion, die sich ergibt wenn man für verschiedene 
Trafogrößen Nennwirkungsgrad, Standbyverbrauch und die Last 
zusammenrechnet. Denn je kleiner der Trafo wird, desto größer wird der 
relative Anteil des Standbyverlustes gemessen an der Nennleistung und 
auch der maximale Wirkungsgrad sinkt.

Summa sumarum ergibt sich dann beispielsweise, dass man bei 20W Last nen 
25W Trafo nimmt, weil die (mehrdimensionale) Funktion dort ihr Minimum 
hat.

Aber in der Praxis hat man die Daten gar nicht alle um das genau zu 
berechnen.

Und das Geld...naja das war vom TE nicht gefordert. Es ging um effizient 
und zuverlässig und bei 8W dachte er sich wohl "kann ja nicht so teuer 
werden".

von Fragender (Gast)


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Allen erstmal vielen Dank! Also ist das auch beim Ringkerntrafo so, daß 
der bei Nennlast schon wieder ineffizienter wird, richtig? Bei anderen 
Trafos war mir das klar, der RKT hat ja aber ein paar Besonderheiten, 
wie z.B. weniger Kupfer.

Werde es dann mit einem 25VA versuchen.

von Lurchi (Gast)


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Die Nennleistung des RKT ist nicht der einzige Parameter der eingeht. 
Auch bei den Trafos gibt es verschiedenen Qualitäten: insbesondere bei 
RKT sind verschiedene Kernmaterialien möglich, die sich in den Verlusten 
unterscheiden.

Je nach Auslegung des Trafos kann es mit 50% - 80% der Nennlast in etwa 
hinkommen. Wobei größere Trafos von sich aus schon effektiver werden. 
Ein 25 VA RKT könnte also hinkommen.

Wenn man gute Datenblätter hat kann man die Verluste auch vorher 
abschätzen und so konkrete Typen Vergleichen, die in Frage kommen.

von Possetitjel (Gast)


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Falk B. schrieb:

>>Aber letzten Endes nimmst du nen Trafo der im Mittel
>>auf 50-80% belastet wird.
>
> Ob das die Energieversorger auch so sehen?

???

> Und die müssen sich das genau überlegen.

Ja.
Nach meinen laienhaften Kenntnissen wird immer versucht,
die Trafos so zu schalten, dass sie ungefähr 50% belastet
sind, weil dort der Wirkungsgrad am Besten ist. Oberhalb
steigen die Kupferverluste, unterhalb die Eisenverluste.

Es ist also besser, n Trafos zu 50% zu belasten als 2n
Trafos zu 25% (oder n/2 Trafos zu 100%).

Die Überlegungen des TO sind mMn völlig berechtigt.

von Possetitjel (Gast)


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Fragender schrieb:

> Da mit Ladeelko,

Ist absolut sicher, dass der Ladeelko erforderlich ist?

Wenn ja: Theoretisch könntest Du eine Siebdrossel
verwenden, das sollte den Stromflusswinkel verbessern.

> wären ja ca. 12VA schon mal das Minimum. Aber wäre
> ein 25VA-RKT evtl. besser?

Sehr schwer zu sagen.

Eine Idee wäre noch, die Primärspannung durch einen
Spartrafo zu reduzieren; das sollte die Eisenverluste,
die in der Nähe der Leerlaufes dominieren, senken.

von Lurchi (Gast)


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Ein nicht so großer Ladeelko kann schon helfen den PFC zu verbessern 
ganz ohne wird ggf. ungünstig für die DC Lüfter.

Ein Spartrafo für weniger Leerlaufverluste würde selber wieder Verluste 
haben. Das also eher nicht. Wenn man die Wahl hat ggf. einen Trafo, der 
für eine etwas höhere Spannung(ggf. 400 V) ausgelegt ist - aber da wird 
die Auswahl schon klein.

Vermutlich kommen sowieso nicht so viele Typen in Frage. Der Vergleich 
an Hand der Datenblätter ist da vermutlich besser als die allgemein 
Tendenzen. Trafos können nämlich ganz verschieden ausgelegt sein.

von oszi40 (Gast)


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Medizinunzuverlässigkeitsexperte schrieb
> 3 billige Schaltnetzteile aus China zu 7,- das Stück parallel

3 gleiche SNTs fallen bei Überspannung auch bloß am gleichen Tag aus. 
Wie schnell kommt Ersatz aus China??? Da nehm ich lieber einen etwas 
größeren Ringkerntrafo. Der Ausfall eines Geräts kostet oft mehr als die 
vom Buchhalter berechnete Ersparnis. RKT z.B. da 
http://de.rs-online.com/web/p/ringkern-transformatoren/2239402/

von Manfred (Gast)


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Fragender schrieb:
> Welche Nennleistung aber sollte der Trafo haben, damit er selbst im
> optimalen Effizienzbereich liegt? Da mit Ladeelko, wären ja ca. 12VA
> schon mal das Minimum.
Einen RK15 der Firma Block, die können ordentliche Trafos.

von Dampf T. (ouuneii)


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Bevor's vergessen geht. Kleine Trafos haben eine Leerlauf Spannung 
Ueberhoehung. Bei einem 1W Trafo kann die 300% betragen. Das bedeutet 
die Leerlaufspannung ist das 3fache der Nennspannung, die bei Nennstrom 
rauskommt. Als Beispiel.
ein Trafo mit 10V.
Nennspannung 10V effektiv bei Nennstrom, macht 14V peak.
Leerlaufspannung 30V effektiv, macht 42V peak

Dh , ein Spannungsregler mit 36V max am Eingang ist im Leerlauffall 
schon beim Einschalten kaputt.

Bie hoeheren Leistungen wird die Leerlauf Spannungsueberhoehung kleiner.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Manfred schrieb:
> Einen RK15 der Firma Block, die können ordentliche Trafos.
Dampf T. schrieb:
> Bevor's vergessen geht. Kleine Trafos haben eine Leerlauf Spannung
> Ueberhoehung.
Die Überhöhung hängt stark von der Bauform ab. Besonders ausgeprägt ist 
sie, nach meiner Erfahrung, bei Kartentrafos. Selbst bei den FL30 (=VA) 
von Block noch relevant groß, aber nicht so schlimm wie bei z.b. 
Schaffer.

Der von mir benannte RK15 ist recht hart, keine 10%.

Aufpassen muß man noch bei Fernost-Ringkernen aus Halogenleuchten, mal 
den primären Ruhestrom im Leerlauf an 255 Volt messen. Ich habe das 
Problem gefangen, dass der ohne Last bzw. nach LED-Umbau ganz knapp vor 
der Sättigung klebt, aber bei Nennlast einen sehr guten Wirkungsgrad 
hat.

von Harald W. (wilhelms)


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Manfred schrieb:

> Aufpassen muß man noch bei Fernost-Ringkernen aus Halogenleuchten, mal
> den primären Ruhestrom im Leerlauf an 255 Volt messen.

Wer hat schon 255V an der Steckdose?

von Manfred (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Aufpassen muß man noch bei Fernost-Ringkernen aus Halogenleuchten, mal
>> den primären Ruhestrom im Leerlauf an 255 Volt messen.
> Wer hat schon 255V an der Steckdose?
Na gut, dann eben etwas weniger. Tatsächlich vorhanden sind hier 
durchgängig 235..240 Volt.

Ich habe in einer Wandlampe 5x10 Watt Halogen durch LED-Birnchen 
ersetzt, macht in Summe 9 Watt. Kurz drauf fiel mir auf, dass der Trafo 
brummt, was zuvor nicht der Fall war und mir beim Ringkern besonders 
ungewöhlich erscheint. Mal am Stelltrafo den Leerlaufstrom aufgenommen, 
dann war das klar, ab etwa 220 V steigt der überproportional an.

Hattest Du schon einmal das Vergnügen mit Billg-Steckernetzteilen, die 
im Leerlauf abrauchen?

von Fragender (Gast)


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Habe jetzt einen Sedlbauer RKT mit 15VA genommen und bin super 
zufrieden.

Die Sekundärspannung passte nicht, daher musste diese Wicklung komplett 
runter. Neue, starke Wicklung drauf, und siehe da, bei den ca. 8W des 
Lüfters wird der Trafo nicht mal handwarm, allenfalls 30°. Bei der 
kleinen Bauform bedeutet das, wenn überhaupt, 1W Verlust am Trafo. Die 
nachfolgenden Schottkys erzeugen da fast noch mehr, bei aufkommender 
Langeweile ersetze ich diese mal durch eine aktive Gleichrichtung.

PFC und Elko wurden weggelassen, der Lüfter scheint doch auch mit 
pulsierender Spannung gut klarzukommen.

Kurz gesagt, ein Segen im Vergleich zu den früheren 
Schaltnetzteil-Wandwarzen. Da wird nichts mehr warm, oder knallt 
innerhalb der nächsten 2 Jahre...

von Peter R. (pnu)


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Fragender schrieb:
> Welche Nennleistung aber sollte der Trafo haben, damit er selbst im
> optimalen Effizienzbereich liegt? Da mit Ladeelko, wären ja ca. 12VA
> schon mal das Minimum. Aber wäre ein 25VA-RKT evtl. besser?

Bei geringer Last eines Trafos macht sich die "konstante" Komponente 
bemerkbar. ein 50W-Trafo wird z.B. immer 2,5 W verbraten, wenn er immer 
am Netz liegt. (magnetische Verluste und Magnetisierungsstromanteil)
Die andre Komponente sind die durch die Last bedingten Verluste. Die 
wachsen quadratisch (wegen I²/R). Der gemessene Wirkungsgrad wird zwar 
besser bei höherer Belastung, hat aber kaum einen Wende- bzw. 
Umkehrpunkt, als Optimum des Wirkungsgrads.

Grenze ist die Belastungsfähigkeit, bedingt durch die Kühlverhältnisse 
am Trafo, Spannungstoleranz, Schwankungen der Umgebungstemperatur...

Wegen der Reserve zur Überlastung hin, sollte man halt nicht weiter als 
bis ca. 80% (kleine Trafos) oder ca. 90% (große Trafos) der Nennlast bei 
Nennspannung gehen. Einen überdimensionierten Trafo zu verwenden bringt 
dann zusätzliche Nachteile wie Kosten, Gewicht,Raumbedarf oder höheren 
Anlaufstrom.

: Bearbeitet durch User
von Bernd K. (bmk)


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Es ist so, dass Trafos den besten Wirkungsgrad bei ca. 30% Auslastung 
haben. Das variiert, je nach Verhältnis Kupfer / Eisen:

https://www.kupferinstitut.de/fileadmin/user_upload/kupferinstitut.de/de/Images/Werkstoffe/Anwendung/EMV/Oberschwingungen/OSW-Bild40.png

Es handelt sich bei dem Bild sicherlich um einen größeren Transformator, 
das sieht man an dem Wirkungsgrad gut über 99%. Kleinere RKT liegen 
typisch um 80% bei 15VA, 90% bei 80VA, 95% bei 400VA usw.

Wenn ich eine effiziente Schaltung mit RKT bauen sollte, bei einem 
Leistungsbedarf von 15W, würde ich zu einem RKT mit 50VA greifen.

Der Grund:
- Die beste Effizienz liegt bei ca. 30% Auslastung.
- Die Preisdifferenz 15VA zu 50VA liegt im diesem Bereich bei 3-5 EUR.

Klar: der höhere Bedarf an Platz und Gewicht darf keine Rolle spielen.

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