Ist ein Einweggleichrichter für einen Transformator besonders hart?

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In dem Buch Practical Electronics for Inventors, 3rd Ed. Die Autoren raten von der Verwendung von Einweggleichrichtern ab, weil sie ineffizient sind und "... dazu führen, dass der Kern polarisiert und in eine Richtung gesättigt wird". (Seite 395.) Ist dies ein berechtigtes Anliegen und welche Risiken bestehen für eine langlebige Einweggleichrichter-Stromversorgung?

Phil
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Ich hatte einmal einen katastrophal ausfallenden Transformator, der wahrscheinlich durch die Einwellengleichrichtung verursacht wurde. Es wurde für eine Halogenlampe mit gedimmtem und vollem Helligkeitsmodus verwendet. Katastrophal wie ein blauer Blitz von der 12-V-Halogenlampe, wenn sie an das 230-V-Netz angeschlossen wird. Ich vermute, Primär- und Sekundär-Kurzschluss.
jippie
Viele beleuchtete Türklingeln (auch als "Ambient" -Türklingeln bezeichnet) haben eine Diode in der Taste der Vordertür, um den Klingelton dauerhaft mit Strom zu versorgen. Ich vermute, dass der Stromverbrauch in dieser Anwendung niedrig ist und er kann sogar ungefiltert sein, wenn die Lichter weißglühend sind. Dies ist ein echtes Beispiel für eine sehr lang laufende Halbwellengleichrichtung. Vielleicht ist die Auswirkung auf den Transformator wegen des geringen Stromverbrauchs dieser Stromkreise vernachlässigbar?
Phil

Antworten:

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Hammond empfiehlt einen Ausgangsgleichstrom, der das 0,28-fache des Effektivstroms des Transformators für die Halbwellengleichrichtung und das 0,62-fache des Effektivstroms für den gleichgerichteten Vollwellenbrückenstrom beträgt.

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Wenn es Ihnen also nichts ausmacht, einen 2,2-fach größeren Wechselstromtransformator (und einen doppelt so großen Filterkondensator) zu verwenden, können Sie einige Dioden einsparen.

Da die kleinste übliche Größe eines Netztransformators ein paar Watt beträgt, ist es möglicherweise eine vernünftige Wahl, wenn die aktuellen Anforderungen gering sind. Außerdem sparen Sie einen Diodentropfen, sodass Sie ein bisschen mehr Spannung erhalten.

Spehro Pefhany
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Ja. Ein Einweggleichrichter zieht nur unidirektionalen Strom. Dies bewirkt, dass die Magnetisierung im Kern eine Gleichstromvorspannung erhält, die den Mittelpunkt der Magnetisierungskurve von Null weg verschiebt.

Dies hat zur Folge, dass ein hoher Sättigungsstromimpuls aus der Versorgung entnommen wird, ebenso wie der normale Laststrom. Abhängig von den Details der Transformatorwicklung und des Kerns und der Last kann dies den Transformator überhitzen oder nicht.

Wie das passiert, ist ziemlich subtil. Andy_aka und Dave Tweed (und viele andere) bestehen darauf, dass ein Transformator diesen Effekt nicht zeigen sollte, Sekundärstrom sollte den Fluss im Kern nicht beeinflussen. Und sicherlich für einen idealen Transformator mit einer supraleitenden Primärwicklung wären sie richtig, der Laststrom beeinflusst den Kernfluss nicht direkt.

Wenn Sie jedoch ein Oszilloskop an einen echten Transformator anschließen, wie in meinem Beitrag hier dokumentiert in einem anderen Forum , stellen Sie eine erhebliche Verschiebung des Sättigungsverhaltens fest. So was ist los?

Der unidirektionale Sekundärstrom bewirkt, dass ein unidirektionaler Primärstrom gezogen wird. Da die Primärwicklung einen Widerstand hat , führt dies zu einem unidirektionalen Spannungsabfall im Widerstand, der zu einer versetzten Gleichspannung an der Primärwicklung führt. Diese Spannung bewirkt, dass sich ein Strom in der Primärinduktivität aufbaut, wodurch sich ein stetiger Fluss im Kern aufbaut.

Wie weit baut sich dieser Fluss auf? Ohne Kernsättigung würde es auf unbestimmte Zeit bauen. Mit der Kernsättigung beginnt der Transformator, starke Stromimpulse aufzunehmen, wenn der Kern in die Sättigung geht. Diese großen Stromimpulse erzeugen große Spannungsimpulse im Primärwicklungswiderstand, und schließlich wird, wenn ein stationärer Zustand erreicht ist, der Spannungsabfall aufgrund der unidirektionalen Last durch den Spannungsabfall aufgrund der Sättigungsimpulse ausgeglichen.

Der Fluss im Transformator hat sich bewegt, so dass obwohl der Ausgangsstrom unidirektional ist, der Eingangsprimärstrom bidirektional ist, wieder der Mittelwert Null.

Schnelleinstieg in meine Diagramme.

Blaue Kurve - Netzeingangsspannung.
Lila Kurve - Lastspannung und Strom.
Gelbe Kurve - Netzeingangsstrom

Top Scope Shot - Transformator ohne Last
Middle Scope Shot - mit normaler ohmscher Last
Bottom Scope Shot - mit gleichgerichteter ohmscher Last

Betrachtet man die gelbe Stromspur, so ist klar, dass der Primärstrom in einen Wechselstrom umgewandelt wurde, so dass die Spannung, die sich in Rp entwickelt, insgesamt Null ist.

Neil_UK
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Das Feld im Kern ist unabhängig vom Laststrom.
Dave Tweed
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Sie haben Messungen, um das zu sichern?
Neil_UK
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Nein, nur grundlegende elektromagnetische Feldtheorie. Machst du?
Dave Tweed
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Dies in einem anderen Forum. Erstes Licht auf meinem neuen 4 Kanal Rigol. Vielleicht würden Sie alle Kurven erklären. Dieser besondere Kern ist ziemlich weich und konservativ gestaltet, sodass er nicht hart gesättigt ist, aber er zeigt den Effekt. Andere Kerne sind schwieriger.
Neil_UK
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Dieser Forumsbeitrag lässt sich recht einfach durch eine Spannungsquelle auf der Primärseite erklären, deren Impedanz nicht zu niedrig war. Mit anderen Worten, der Halbwellengleichrichterstrom verursacht tatsächlich eine Asymmetrie in der Ansteuerungsquellenwellenform. Da der Magnetisierungsstrom auf die primäre unbelastete Induktivität zurückzuführen ist, tritt eine Sättigung auf, wenn die Spannung durch Null geht (90 Grad Versatz). Dies ist genau das, was in diesem Beitrag zu sehen ist, was beweist, dass es sich um einen Magnetstrom und nicht um einen Laststrom handelt verursacht Sättigung.
Andy aka
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Jede Sättigung im Kern eines Transformators ist auf den Magnetisierungsstrom zurückzuführen und hat nichts mit den Strömen zu tun, die aufgrund einer Last fließen könnten. Der Grund dafür ist, dass die Amperewindungen in der von der Last erzeugten Sekundärwicklung genau die Amperewindungen in der Primärwicklung aufheben, die die Last verursacht haben.

Das Buch ist falsch und hier ist der Grund:

Bildbeschreibung hier eingeben

  • Szenario 1 ist eine Primärwicklung mit einer Windung - es wirkt wie eine Induktivität, und der Strom Im fließt.
  • In Szenario 2 wird die Primärwicklung in zwei parallele Windungen umgewandelt. In jeder Wicklung fließt Im / 2.
  • Szenario 3 ist ein grundlegender Transformator. Die am Ausgang anliegende Spannung hat die gleiche Phase wie die am Eingang. In Szenario 2 muss es sonst einen unheiligen Stromfluss um die Wicklungen geben.
  • In Szenario 4 wird die Sekundärseite belastet und der Strom in der Sekundärseite muss in die entgegengesetzte Richtung zum Laststrom in der Primärseite fließen.

Daher erhöht das Laden einer Transformatorsekundärseite nicht die Sättigung.

Andy aka
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Diese Antwort berücksichtigt nicht die Auswirkung des Transformatorwicklungswiderstands oder der Streuinduktivität. Bei höheren Lasten tritt während des Teils der Wellenform, in dem die Gleichrichterdiode in die Last leitet, ein Spannungsabfall an diesen R und L auf. Dieser Abfall verringert die Spannung, die vom Kern gesehen wird, wodurch der Magnetisierungsstrom in einer Hälfte des Zyklus im Vergleich zur anderen Hälfte des Zyklus verringert wird. Dies kann dazu führen, dass der Transformator allmählich in die Sättigung "geht".
ConduitForSale
@ConduitForSale Die Spitze des Magnetisierungsstroms ist am Nulldurchgang der Spannung zu sehen, daher haben die Spitzen des ohmschen Laststroms keine Auswirkungen auf den Magnetstrom (90 Grad entfernt).
Andy aka
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Aus diesem Grund verbieten viele Länder implizit (oder manchmal explizit) Halbwellengleichrichter über Grenzwerte für die Höhe der geraden Harmonischen im Netzstrom eines Geräts. Es kann zu einer Sättigung der Verteilungstransformatoren kommen.
ConduitForSale
Hübsche Argumente. Ich würde jedoch gerne Ihre Messungen eines realen Kerns mit nichtlinearer Permeabilität sehen, die zur Sättigung führt.
Neil_UK
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Die Spulenströme eines Transformators verursachen das H-Feld, und -d / dt B verursacht die induzierten Spannungen, einschließlich der Spannung, die der Primärspulenspannung entgegenwirkt und die Primärspuleninduktivität verursacht. -d / dt B ist das einzige, was sich tatsächlich auf die externen Schaltkreise auswirkt. Daher überträgt sich jede Gleichstromvorspannung des Sekundärstroms nicht auf den Primärstrom, außer durch Bewegen in eine vorgespannte Position in der B (H) -Kurve. Da die Sättigung des Transformators in der Regel ziemlich schnell einsetzt, gibt es einen Punkt, an dem -d / dt B gerade zusammenbricht, während der Strom fließt. Wenn Sie diesen Punkt erreicht haben, bietet der Transformator fast die Hälfte der Zeit nur noch einen Gleichstromwiderstand anstelle einer Induktivität.

user100244
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Nein. "Hard on the transformator" wird durch die anliegende Leistung bestimmt. Schauen Sie sich die VA-Bewertung an.

mikem
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