Forcerad kylning av trafo- överlast !

[rikkitikkitavi]

Gjorde ett litet test på en ca 230VA toroidtrafo jag hade.

Körde likspänning genom prim o sek , motsvarande max uppskattad strömkapacitet mha konstant spänning så värmen fick strömmen att minska pga resistansen ökade.

Primären är normalt innerst och borde därför bli varmast, där sitter ofta termosäkringen tex.

Jag noterade ca 15 % reaistansökning i både prim och sek till slut (tog 4 h för jänvikt att uppstå) , vilket motsvarar ca 40C tempökning. Det kan ha varit så att sekundärena var något svalare, det var svårt att beräkna exakt pga kontaktresistansen bökade till det.

Slutsatsen är att det är kylningen mot luften som begränsar förlusteffekten på trafon, och därmed dess VA , eller kapacitet.

Jag satte en vanlig 90 mmfläkt m fullt blås, trafon stod på en platta.

Den forcerade kylningen gjorde att nu var resistansökningen bara ca 7-8 %, eller ca 20C tempökning.

Därefter ökade jag strömmen genom lindningarna motsvarande ca 25 % högre effekt, mer gav inte nätagget och det slutade med ca 10-11 % resistansökning , eller ca 25C tempökning för en trafo som är överlastad med nästan 25%!

[grym]

nja, det är mera arean på järnkärnan
beror lite på modell och så, ex så har jag några djävligt små E kärne trafos 230/24v 50va som tål överlast väldigt dåligt, liten kärna i förhållande till effekten

[rikkitikkitavi]

Hur menar du att järnkärnan spelar roll?

[xxargs]

Järnkärna är utstyrt som mest vid tomgång, börja man använda och lasta trafon så minskar utstyrningen beroende på att en del av spänningen som annars skulle gå till att styra ut trafon magnetsikt - förloras som resistiv spänningsfall i ledningarna av strömmen och ju mer det lastas, ju mindre styrs trafokärnan ut.

det är egentligen lindningens inre resistans som begränsar och även bestämmer trafons upphettning medans järnförlusterna minskar ju högre uttag som sker.

[rikkitikkitavi]

Korrekt. En trafo med superledande lindningar kan leverera obegränsat med ström och därmed effekt.

Eftersom lindningarnas I^2 R förluster begränsar - mitt test ...

[grym]

en viss area på järnkärnan kan överföra en viss effekt per kvadratcentimeter vid en given frekvens
(grovt sagt)

det är ju inte så att man kan bygga en 10MW trafo med 5 kvadrats kärna

att sedan lindningarna påverkar är ingen större tvekan, men det är praktisk sett först järnkärnans storlek, sedan lindingar som är anpassade för detta som man dimensionerar en trafo

[Nerre]

Det är väl formellt sett två skilda saker här?

Dimensionen på kärnan påverkar maximalt överförbar effekt, även momentant.

Dimensionen på lindningstrådarna påverkar uppvärmningen och förlusteffekt.


Med supraledande lindningar kan man inte överföra obegränsad effekt eftersom magnetfältet i kärnan inte är obegränsat. SOm jag tolkar xxargs så är magnetfältet kraftigast vid tomgång, sen drar lasten ner magnetfältet. Magnetfältet kan inte bli lägre än noll och noll blir det långt innan "obegränsad effekt".


Alltså måste man ta hänsyn till både kärna och lindningar. Med kylfläkt kan man eventuellt dimensionera lindingarna klenare (men man får ju ändå spänningsförlust på grund av resistansen).

[rikkitikkitavi]

Magnetfältets styrka i en transformatorkärna har inte med strömmen att göra, konstigt nog.
Ju mer ström trafon levererar, desto lägre fältstyrka i kärnan, och den rör sig alltså bort från mättnad

Fältstyrkan är beroende av pålagd spänning integrerad över tiden. Xxargs exempel baseras på att när strömmen ökar kommer en del spänning "försvinna" i form av I*R , R= lindningsresistansen , den parasitförlusten genererar inte fältstyrka lustigt nog även om mam fortfarande mäter samma spänning på trafoms poler.

I praktiken står också lindningsförlusterna för den största förlusten in en trafo, ca 90% vid maxlast men det beror ju på trafotyp etc.

Att man gör sammankopplingen att en viss kärnstorlek är för en viss effekt har att göra med att man måste få plats med all koppar i lindningarna för den effekten, säg tumregel 3A/mm2 i strömdensitet. Man får helt enkelt inte.tillräckligt med area på kopparn för att bära strömmen utan att hela skiten smälter...

(i verkligheten kan såklart inte en superledaren överföra oändligt med ström, dess supraledande egenskaper försvinner över en viss strömdensitet, och oavsett finns det inte oändligt med fria elektroner i ledaren)

[bearing]

Jag noterade ca 15 % reaistansökning i både prim och sek till slut (tog 4 h för jänvikt att uppstå) , vilket motsvarar ca 40C tempökning.
...
Jag satte en vanlig 90 mmfläkt m fullt blås ... Därefter ökade jag strömmen ... ca 25C tempökning för en trafo som är överlastad med nästan 25%!

Bra test, kan vara bra att veta någon gång. Hur stort var spänningsfallet vid nominell ström, och hur stort var det med 25% överlast och fläktkylning?

[xxargs]

Ju större transformatorerna är - mer plåt och mindre och grövre är lindningarna i dessa och man styr ut kärnan allt mindre då järnförlusternas värme har längre sträcka att vandra i materialet och allt mindre yta att kylas av på ju större de är. På större trafo så är ledarna i band eller folie som hålls isär ganska gles lindning med masonitliknande papper (glömt vad det heter) i ganska intrikata utsågade stycken, det är för att lindningarna är oljekylda och allt måste byggas för god termisk driven oljekylning.

i sådana trafon kan man inte ha tusentals varv som i en liten apprattrafo - inte ens om det är 10 kV på ingående tåtar och därför måste kärnan öka i area för att ge induktans nog för låg magnetiseringsström även med kanske hundratal varv på högspänningssidan.

transformatorkonstruktion är en kompromiss mellan mängden koppar och järn, och hur mycket värme de genererar samt hur värmen kan försvinna utan att kärna och lindningar blir för varma.

Därför finns det ett antal 'tumregler' att man skall ha olika kärnrarea för olika effektklasser när det är mindre apparattrafon - det är mer eller mindre empiriskt och ekonomiskt optimerade för tidens järn och kopparpriser. Skulle kopparen kosta som silver så skulle utformningen vara annorlunda med mer järn i trafon för att spara kopparmaterial etc.

I en urgammal UPS som jag har stående (modell klass-AB-förstärkare som driver) så är trafon mot lasten liten för att vara för 500 Watt - där har man keramikklossar mellan sekundär och primär på en cm för att luften skall kunna ventilera mellan samt designad för att köra med ganska het lindning och det var en 'riktig' UPS med växelriktarsidan påslagen hela tiden och laddaren helt fristående varandra förutom batteriernas anslutning som gemensam - det betydde att laddaren var jättestor för att klara hela fullasten och dessutom ladda batterierna ganska snabbt och mycket god reglering - trafon var alltså inte någon insatstrafo för begränsad drifttid med underdimensionerad lindning och termisk magasin för sin värmebildning utan den användes verkligen hela tiden mot lasten.

[xxargs]

Jag noterade ca 15 % reaistansökning i både prim och sek till slut (tog 4 h för jänvikt att uppstå) , vilket motsvarar ca 40C tempökning.
...
Jag satte en vanlig 90 mmfläkt m fullt blås ... Därefter ökade jag strömmen ... ca 25C tempökning för en trafo som är överlastad med nästan 25%!

Bra test, kan vara bra att veta någon gång. Hur stort var spänningsfallet vid nominell ström, och hur stort var det med 25% överlast och fläktkylning?

Dom flesta trafon är nog dimensionerad att kopplas mot likriktarbrygga med glättningskonding efter vilket gör att I^2R uppvärmningen är högre för en given effektuttag i jämförelse med samma RMS-viktade ström tas ut som en sinus-ström över en resistans.

Med andra ord effektfaktorn för likriktarbryggan vid fullast är något som måste läggas till som ökad ström (och därmed ökad I^2R-värme) när man skall provlasta en trafo med resistanslast och en sådan likriktarbrygga kan ligga mellan 0.7 till 0.5 för sin olinjära strömförbrukning över perioden vilket gör att strömtesten skall ökas med 1.4 - 2ggr det tänkta strömmen om det provlastas med sinus för att simulera transformatorns verkliga lastsitutation i nätaggregatet

Saker som förbättrar effektfaktorn en del i jämförelse med direktkopplad likriktarbrygga med ellyt efter mot elnätet är att trafon har inre resistans och läckinduktans som drar ned strömtopparna en del (dvs. förimpedansen är högre före likrikriktarbryggan), vilket gör att effektfaktorn kanske ändå inte är mycket under 0.7 och därmed 'bara' 1.4 ggr strömlast för att simulera samma värmeutveckling i lindningarna när man testar med resistans.

[ajje]

På större trafo så är ledarna i band eller folie som hålls isär ganska gles lindning med masonitliknande papper (glömt vad det heter)

Presspan heter det.

[rikkitikkitavi]

=> xxargs, räkna med att du kan ta ut ca 65% av trafons VA spec på en likriktar/glättningskondinglösning, givet att trafon INTE är underspecad från början.

Så 24V 10A (240VA) blir 35V likriktat med ca 4,5 A strömuttag (ca 165VA)

=> bearing

jag mätte aldrig spänningsfallet över lindningarna, då jag hade konstant spänning från labbaggregatet och mätte resistansökningen genom att se hur strömmen minskade.