Svenska ElektronikForumet

Jag har nyligen införskaffat lite olika kretskorttransformatorer från polska tillverkaren Indel ur serien TSZZ. Dock finns det inte mycket mer information om dessa än det som specificeras direkt på transformatorerna. Vidare saknar jag utgånsresistans som behövs för att skapa en enklare modell över transformatorerna enligt figuren nedan.
Specificerat på inkapslingen finns effektivvärdet för utgångsspänningen vid angiven belastningsström här betecknat \(V\). Därmed går det att uppskatta beloppet av utgångsimpedansen \(Z_{\text{th}}\) genom att mäta effektvärdet hos utgångsspänningen utan belastning \(V_{\text{th}}\) och då beräkna spänningsfallet \(\Delta V = V_{\text{th}} - V\) som skapas beroende av belastningsströmmen.

Utgångsimpedansen belopp uppskattas enligt

• \(\displaystyle \Left|Z_{\text{th}}\Right| = \frac{\Delta V}{\Delta I}\)

där \(\Delta I\) är skillnaden i belastningsström.

Mätningarna gjordes med transformatorerna liggandes uppochner på köksbordet där den enklare mutlimetern DVM890 från Velleman användes. Då resultatet inte behöver vara noggrannare än en värdesiffra togs ingen större omtanke över mätningarna.

Under följande rubriker presenteras resultatet från tre olika transformatorer.

TSZZ 55/002M/5

P = 55 VA
V = 9 V, 6,11 A

\(V_{\text{th}} = 10,3\,\unitone{V}\)

\(\Rightarrow \Left|Z_{\text{th}}\Right| = \frac{1,3\,\unitone{V}}{6,1\,\unitone{A}} \approx 0,21\,\unitone{\Omega}\)


TSZZ 35/007M/5

P = 35 VA
V = 15 V, 2,33 A

\(V_{\text{th}} = 17,5\,\unitone{V}\)

\(\Rightarrow \Left|Z_{\text{th}}\Right| = \frac{2,5\,\unitone{V}}{2,3\,\unitone{A}} \approx 1,1\,\unitone{\Omega}\)


TSZZ 45/014M/5

P = 45 VA
V = 24 V, 0,94 A

\(V_{\text{th}} = 17,5\,\unitone{V}\)

\(\Rightarrow \Left|Z_{\text{th}}\Right| = \frac{3,9\,\unitone{V}}{0,94\,\unitone{A}} \approx 4,1\,\unitone{\Omega}\)


EDIT 20130724-15:
Försökt sära på begreppen resistans och impedans.

EDIT 20130724-19:
Förtydligat att det är endast beloppet av impedansen som tas fram.

Det du mäter är inte resistansen - utan trafons impedans och den är i regel lite komplex - dvs. har en liten induktiv komponent i sig pga. parasit/läckinduktans och är en viktig komponent i strömbegränsningen tillsammans med lidningsresistansen på båda lindningarna tillsammans vid inkoppling och startströmmar när man laddar upp tomma kondensatorer efter likriktarbryggan. Läckinduktansen kan också vara märkbar begränsare av toppströmmen under normal drift och likriktardioderna bara leder vid spänningstopparna och på så sätt minskar I²R-förlusterna i lindningen. - kort sagt agerar passiv lågpassfilter. mao. läckinduktansen är inte till bara ondo som man kanske först tycker - utan är en designparameter precis som alla andra.

(våra elnät skulle se ännu mer katastrofala ut med alla energisparlampor och switcahde nätaggregat om inte ortstransformatorn hade en viss grad av läckinduktans som filtrera lite de fula övertonerna från våra apparater...)


Skall man göra en mer komplett modell så är det lite med komplicerat och kräver flera olika uppmätningar och en modell på trafo som ofta hänvisas till vid simulering är http://commons.wikimedia.org/wiki/File: ... cuit-2.svg - som fortfarande är bristfällig eftersom man inte tagit med kapacitiv koppling mellan lindningshalvorna på var sida av lindningen då olikheter där kan ge sämre common-mode dämpning (det är denna obalans i kapacitans mellan sidorna på lindningarna som gör att det kanske hjälper att vrida nätkontakten 180 grader om det brummar i högtalarna på stereon och/eller inkopplade apparater när det är flera olika apparater ihopkopplade)

Intressant.

Jag ska se till att ändra resistans mot impedans ovan då det borde vara en uppskattning av impedansen vid 50 Hz som egentligen tas fram. Vidare skulle induktans eller reaktans vara intressant att få fram men någon enkel mätprocedur för detta kommer jag inte på.

Nu blir uppskattningen endast för frekvenskomponenter om 50 Hz men hur detta passar en modell som endast belastas delvis under en period är inte helt klart för mig. Dock gissar jag att frekvenskomponenter om 50 Hz för strömmen kommer vara störst oavsett belastning då förloppet alltid är periodisk om just 50 Hz med påslag och avslag borträknat.

Energin matas in i systemet med 50 Hz eller 100 ggr i sekunden - men beroende på olinjaritet som en likriktarbrygga med efterkommande reseovarkonding efter så dras strömmen bara vid periodtopparna (och därmed skapar en massa övertoner som bara ökar på förluster) och eftersom hela förbrukningsmängden av energin för halvperioden kanske matas på 10-20% av hela halvperiodtiden så blir strömtoppen mycket högre just när det leder och trafons lindningar värms mera pga. I²R-effekten än om samma effekt tas som sinusvåg mot ett motstånd med samma förbrukareffekt.

Det är denna 'extraström' i uppvärmningseffekt som inkluderar i begrepet 'PF' - Power factor och är den 0.33 så betyder det att uppvärmningseffekten på transformatorlindningar, ledningar och säkringar vid ett givet effektuttag i Watt räknat är 3 ggr större än om lasten skulle vara ett resistivt motstånd vid samma effekt. - PF kring 0.3-0.4 är ganska vanligt värde för en energisparlampa och likaså för nätaggregat med trafo och med likriktarbrygga och reservoarkonding.

gjorde ett simulerat exempel på detta angående en LED-lampa/energisparlampa hur det kan se ut - förvisso utan trafo men med EN61000-3-3 ledningsimpedans (där det induktiva värdet i impedansen kommer från orttrafons läckinduktans, som du här kan se som 'din' trafo) men problemet är liknande. http://www.varmepumpsforum.com/vpforum/ ... #msg420252

Nu är i regel kretskortstransformatorer mm. tillverkad för just den här typen av last med lite överdimensionering av tråddiameter på lindningen för att hantera toppströmmarna utan allt för mycket uppvärmning och kanske lite extra läckinduktans för att kapa topparna lite utan att det blir värme i lindningarna bara för detta, det är när man försöker använda trafo som _inte_ är tänkt för denna typ av drift som kan ge extra oönskad uppvärmning som man måste vara medveten om.

...

Fler mätningar du kan prova med är tomgångströmmen, reella tomgångseffekten i Watt (måste ha en riktig energimätare för detta som fungerar även vid låga effekter) och skenbara förbrukningen i VA, också vid tomgång (som du kan räkna som ström * spänning om nätspänningen är sinusformad - vilket inte är självklart längre...), mäta upp resistansen på lindningarna - vid låg spänning och låg matningsimpedans (typ förstärkarslutsteg) mäta kortslutningsströmmen vid 50 Hz och helst där mäta fasvinkeln mellan ström och spänningen och av detta med kända resistanser i spolarna räkna ut parasit/läckinduktansen som då blir summan av Xp och Xs - vid kortslutning så är impedansen från Xm och Rc och själva kopplingsinduktansen N1,N2 näst intill osynlig och påverkar inte mätningen så mycket.

Jag tog mig friheten och simulerade enligt kopplingen nedan i Ngspice.
V1 och R1 är modell för en transformator betecknad med 9 V enligt första inlägget. Vidare använder D1 till D4 ordinarie modell i Ngspice för dioder. Sedan motsvarar I1 med V3 och V2 en spänningsregulator som drar 6 A med 1,5 V spänningsfall och 5 V utgångsspänning.
Spänningsrippel över C1.


Ström genom spänningskällan V1 motsvarande sekundärlindningen hos transformatorn.



Fourieranalys av strömmen genom V1 gav följande resultat Nätlistan som användes visas nedan.

Resultat i inlägget ovan var häpnadsväckande för mig. Först toppar strömmen motsvarande igenom sekundärlindningen runt ±20 A. Sedan visar fourieranalysen att flera övertoner har utmärkande amplitud.

Men vad gäller praktiskt, hur mycket bör man överdimensionera en transformator eller har tillverkarna räknat med liknande fula belastningar?

Det är här som läckinduktansen hade varit bra att känna till då det förmodligen hade sänkt strömtopparna en smula och pulsena blivit lite bredare.

ett experiment du kan roa dig med är att integrera spänningen över motståndet R1 gånger den pulserande strömmen i varje ögonblick över säg 1 sekund och se hur många Wattsekunder det blir och sedan jämföra det med effektförlsuten som skulle bli över samma motstånd om du kör 6 ampere likström - då kan du där se vad extrauppvärmningen av trafospolarna får pga. den pulserande strömmen av icke sinus karaktär - förhållandet ger också systemets PF - power factor.

Nu har du inte satt någon mätning av strömmen genom kondningen men man förstår av ripplet att den motioneras ganska duktigt och det finns orsak att ha koll på max. rippelström samt kondingarnas inre resistans (ESR) då vid större effekter värmer kondingen invändigt och varma kondingar har kortare livslängd och med nästa exponentiell åldringstakt i slutet av sin livstid då när kondingen torkar så ökar dess inre resistans och blir ännu varmare och åldras ännu fortare

---

jag skulle nog säga att de flesta kretskorttrafo är anpassade för just den här typen av last av modell likriktarbrygga med efterföljande resevoarkonding som du skissat, så det är nog ingen extramarginal som behöver tas hänsyn till

trafon blir mycket riktigt begränsad av RMS värdet på strömmen,moch dubbelt upp eftersom sekundären speglar sig i primären. Alltså blir båda lika begränsade givet att det är ungefär lika strömtäthet i primär och sekundärlindning.

En 24V, 300VA trafo kan man räkna med att du kan få ut ca 200-230 W DC på av det skälet, om jag minns mina simuleringar rätt. det beror såklart på också trafons konstruktion,storlek mm.

Den gamla tumregeln att en klass AB förstärkare då skall ha trafon skall vara på dubbla uteffekten stämmer rätt bra då.

Det går att fuska, exempelvis om man lägger på flera varv sekundär somhöjer spänningen och så sätter man en spole i serie med sekundärlindningen. Eller en mindre spole i seire med primären. Det är såklart samma sak som en väldigt stor läckindiktans. PF blir då högre. Det blir också ett betydande reaktivt spänningsfall över spolen.

Notera att det knappt har någon betydelse ifall man ändrar glättningskondensatorns värde.