Kurzbelastbarkeit von Transformatoren - größe Siebkondensator

[Jan K. (keksstein)]

Hallo zusammen,

nehmen wir mal an wir haben einen Trafo der 250V mit 0.1A liefern kann. 
Wir möchten gleichrichten und nach dem Gleichrichter so viel Strom 
entnehmen dass durch den Trafo "nur" ein RMS Strom von unter 0.1A 
fließt. Das kann man simulieren, z.B. mit Spice oder dem PSU Designer. 
Kein Problem.

Wir nehmen 4x 1n4007 oder ähnliche Dioden und einen 47uF Elko. Nimmt man 
an das die Wicklung einen DC Widerstand von 100 Ohm hat können da 
kurzzeitig ~3.5A fließen bis die 47uF geladen sind, da das in 1-2 
Perioden passiert ist stört es den Trafo nicht.

Jetzt haben wir im Lotto gewonnen und möchten es so richtig übertreiben, 
wir hängen hinter den armen Trafo 100mF statt der 47uF und nehmen Dioden 
die diese 3.5A längerfristig vertragen. Es wird jetzt einige xx Sekunden 
dauern bis die Elkos geladen sind und der RMS Strom wird erst 
(geschätzt) nach 1-2 Minuten einen Wert von >0.1A annehmen. Nach 5 
Minuten "merkt" der Trafo keinen Unterschied mehr ob 47uF oder 100mF 
geladen werden müssen, der RMS Strom ist der gleiche weil ja "nur" 
nachgeladen werden muss. In diesen 1-2 Minuten ist der Trafo aber massiv 
überlastet.

Das 100mF wenig sinnvoll sind ist klar. Ich frage mich ob man abschätzen 
kann was man einen Trafo zumuten kann. Gibt es Faustformeln nach wie 
vielen Perioden die Siebkondensatoren voll sein sollten?

Gruß,
Jan

[MaWin (Gast)]

Jan K. schrieb:
> Ich frage mich ob man abschätzen kann was man einen Trafo zumuten kann.
> Gibt es Faustformeln nach wie vielen Perioden die Siebkondensatoren voll
> sein sollten?

Es gibt Schätzwerte für kurzfristige Überbelastbarkeit von klassischen 
Eisenkerntrafos, wird für 25VA Modelle noch ungefähr passen.

Einschaltdauer  %                 0.16 3    5    10   20   40   60   80   100
Belastungszeit  s                 1    18   30   60   120  240  360  480  600
Mindestpause  s                   599  582  570  540  480  360  240  120  0
zulässige Belastung = Nennstrom x 10   5,77 4,47 3,16 2,24 1,58 1,29 1,12 1
Bemessungsstrom = Strombedarf x   0,1  0,17 0,22 0,32 0,45 0,63 0,78 0,89 1

aus https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9

Wenn du die Erwärmung durch den höheren crest-Faktor (kürzeren 
Stromflusswinkel durch grösseren Siebelko) im Trafo mit LTSpice 
berechnest bist du sogar genauer als die üblichen 1.8 Schätzfaktoren.

[Hp M. (nachtmix)]

Jan K. schrieb:
> Ich frage mich ob man abschätzen
> kann was man einen Trafo zumuten kann. Gibt es Faustformeln nach wie
> vielen Perioden die Siebkondensatoren voll sein sollten?

Da das ja praktisch noch ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung, also 
adiabatisch, geschieht, könnte man die Erwärmung anhand des ohmschen 
Widerstandes und der Masse des Drahtes sogar berechnen, wenn man den 
Verlauf des Effektivwertes des Stroms über die Zeit integriert.

Einfacher wird es sein, in einer Testanordnung den Gleichstromwiderstand 
der Wicklungen vor und nach einem solchen Impuls zu messen.

Generell ist es aber keine gute Idee solch grosse Kondensatoren zu 
verwenden um die Ausgangsspannung in die Höhe zu treiben.
Es gibt nämlich nichts geschenkt, und du handelst dir mit dem geringen 
Stromflusswinkel einen hohen Innenwiderstand der Gleichstromquelle und 
eine schlechte Ausnutzung des Trafos ein.
Der entnehmbare Gleichstrom ist jedenfalls deutlich geringer als der 
Effektivwert des Trafostroms, der für die Erwärmung verantwortlich ist.
Den Widerstand über den der Kondensator geladen wird, kannst du ohnehin 
nicht kleiner machen als die Ausgangsimpedanz des Trafos.
Als lass ruhig 10..20% Brummspannung zu, damit der Kondensator 
"arbeiten" kann. Die Belohnung dafür ist eine "härtere" Gleichspannung 
und eine bessere Ausnutzung der Trafodaten.

[Jan K. (keksstein)]

Danke für Eure Antworten!

>Es gibt Schätzwerte für kurzfristige Überbelastbarkeit von klassischen
>Eisenkerntrafos, wird für 25VA Modelle noch ungefähr passen.

Danke!

>Wenn du die Erwärmung durch den höheren crest-Faktor (kürzeren
>Stromflusswinkel durch grösseren Siebelko) im Trafo mit LTSpice
>berechnest bist du sogar genauer als die üblichen 1.8 Schätzfaktoren.

Das mache ich bei fast allen Projekten, außer natürlich der Trafo ist 
deutlich überdimensioniert.

>Da das ja praktisch noch ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung, also
>adiabatisch, geschieht, könnte man die Erwärmung anhand des ohmschen
>Widerstandes und der Masse des Drahtes sogar berechnen, wenn man den
>Verlauf des Effektivwertes des Stroms über die Zeit integriert.

Selbst ein 10VA Trafo wird -schätze ich- 30 Sekunden fast-Kurzschluss 
ohne Schaden überleben. Bei dem 25VA Trafo aus dem Beispiel hätte ich 
garkeine Bedenken.

>Generell ist es aber keine gute Idee solch grosse Kondensatoren zu
>verwenden um die Ausgangsspannung in die Höhe zu treiben.
>Es gibt nämlich nichts geschenkt, und du handelst dir mit dem geringen
>Stromflusswinkel einen hohen Innenwiderstand der Gleichstromquelle und
>eine schlechte Ausnutzung des Trafos ein.

Das mit dem Innenwiderstand ist logisch, bevor du es erwähnt hattest 
habe ich mir dazu aber nie Gedanken gemacht. Danke!
Die Frage ist rein "akademisch", meine Siebkondensatoren für 
Einzelprojekte sind normalerweise überdimensioniert aber nicht so 
heftig. Die Frage kam auf weil ich einen Trafo ähnlich dem oben 
genanntem (240V 60mA, DC Ri=83Ohm) mit 300uF belasten wollte. Nach 
Simulation mit Laststrom (Verbraucher 10mA) war klar das das unkritisch 
ist, die Frage stellte sich trotzdem.

[Günter Lenz (Gast)]

von Hp M. schrieb:
>Generell ist es aber keine gute Idee solch grosse Kondensatoren zu
>verwenden um die Ausgangsspannung in die Höhe zu treiben.
>Es gibt nämlich nichts geschenkt, und du handelst dir mit dem geringen
>Stromflusswinkel einen hohen Innenwiderstand der Gleichstromquelle und
>eine schlechte Ausnutzung des Trafos ein.

Einen nicht so großen 1. Ladekondensator dann längst eine
dicke Eisendrossel und dann einen 2. Kondensator, der kann
dann ruhig schön groß sein, so gibt es nicht daß Problem,
zu geringer Stromflusswinkel. Ist heutzutage leider
aus der Mode gekommen.