Spannungsregulierung

freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 2.653E-04 Frequenz v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.990E+00 1.110E-12 Ausgang (fast) ohne Last 

Wir sehen also, dass unsere (sekundäre) Ausgangsspannung einen Bereich von 9,990 Volt bei (praktisch) Leerlauf und 9,348 Volt an dem Punkt umfasst, den wir als "Volllast" bezeichnet haben. Wenn wir die Spannungsregelung mit diesen Zahlen berechnen, erhalten wir:

Für einen Leistungstransformator würde man dies übrigens als eher schlechte (oder „lose“) Regelung bezeichnen. Um eine einfache ohmsche Last wie diese zu versorgen, sollte ein guter Leistungstransformator einen Regelungsprozentsatz von weniger als 3% aufweisen.

Induktive Lasten neigen dazu, einen Zustand schlechterer Spannungsregelung zu schaffen, daher war diese Analyse mit rein ohmschen Lasten ein „Best-Case“-Zustand.

Anwendungen, die eine „schlechte“ Regulierung erfordern

Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei denen eine schlechte Regulierung eigentlich erwünscht ist. Ein solcher Fall ist die Entladungsbeleuchtung, bei der ein Aufwärtstransformator erforderlich ist, um anfänglich eine hohe Spannung zu erzeugen (erforderlich, um die Lampen zu „zünden“), dann wird erwartet, dass die Spannung abfällt, sobald die Lampe beginnt, Strom zu ziehen.

Dies liegt daran, dass die Spannungsanforderungen von Entladungslampen tendenziell viel niedriger sind, nachdem ein Strom durch den Bogenpfad aufgebaut wurde. In diesem Fall reicht ein Aufwärtstransformator mit schlechter Spannungsregelung gut aus, um die Leistung der Lampe aufzubereiten.

Eine weitere Anwendung ist die Stromregelung für Wechselstrom-Lichtbogenschweißgeräte, die nichts anderes als Abwärtstransformatoren sind, die Niederspannungs- und Hochstromleistung für den Schweißprozess liefern.

Eine hohe Spannung ist erwünscht, um den Bogen zu „zünden“ (zum Starten), aber wie die Entladungslampe benötigt ein Bogen nicht so viel Spannung, um sich selbst zu erhalten, sobald die Luft bis zum Ionisationspunkt erhitzt wurde. Daher wäre eine Verringerung der Sekundärspannung bei hohem Laststrom eine gute Sache.

Einige Konstruktionen von Lichtbogenschweißgeräten bieten eine Lichtbogenstromeinstellung durch einen beweglichen Eisenkern im Transformator, der vom Bediener in die Wicklungsbaugruppe hinein- oder herausgedreht wird.

Das Entfernen des Eisenstücks von den Wicklungen verringert die Stärke der magnetischen Kopplung zwischen den Wicklungen, wodurch die Sekundärspannung im Leerlauf verringert wird und führt zu einer schlechteren Spannungsregelung.

Ferroresonanter Transformator

Keine Ausstellung zur Transformatorregelung kann als vollständig bezeichnet werden, ohne ein ungewöhnliches Gerät namens ferroresonanter Transformator zu erwähnen .

„Ferroresonanz“ ist ein Phänomen, das mit dem Verhalten von Eisenkernen verbunden ist, während sie nahe einem Punkt magnetischer Sättigung betrieben werden (wo der Kern so stark magnetisiert ist, dass eine weitere Erhöhung des Wicklungsstroms zu einer geringen oder keiner Erhöhung des magnetischen Flusses führt).

Der ferroresonante Transformator ist zwar etwas schwer zu beschreiben, ohne tief in die elektromagnetische Theorie einzusteigen, aber er ist ein Leistungstransformator, der für den Betrieb in einem Zustand anhaltender Kernsättigung entwickelt wurde.

Das heißt, sein Eisenkern ist für einen großen Teil des Wechselstromzyklus mit magnetischen Flusslinien „vollgestopft“, so dass Schwankungen der Versorgungsspannung (Primärwicklungsstrom) wenig Einfluss auf die magnetische Flussdichte des Kerns, also der Sekundärwicklung, haben gibt trotz erheblicher Schwankungen der Versorgungsspannung (Primärwicklung) eine nahezu konstante Spannung aus.

Resonanzkreise in ferroresonanten Transformatoren

Normalerweise führt die Kernsättigung in einem Transformator zu einer Verzerrung der Sinuswellenform, und der ferroresonante Transformator ist keine Ausnahme. Um diesen Nebeneffekt zu bekämpfen, haben ferroresonante Transformatoren eine sekundäre Sekundärwicklung, die mit einem oder mehreren Kondensatoren parallel geschaltet ist und einen Resonanzkreis bildet, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.

Dieser "Schwingkreis" dient als Filter zur Unterdrückung von Oberwellen, die durch die Kernsättigung erzeugt werden, und bietet den zusätzlichen Vorteil, Energie in Form von Wechselstromschwingungen zu speichern, die zur Aufrechterhaltung der Ausgangswicklungsspannung für kurze Zeiträume von Eingangsspannungsverlust (Millisekunden .) zur Verfügung stehen ' Zeit wert, aber sicherlich besser als nichts).

Ferroresonant-Transformator sorgt für die Spannungsregelung des Ausgangs.

Zusätzlich zum Blockieren der durch den gesättigten Kern erzeugten Oberwellen „filtert“ dieser Resonanzkreis auch Oberwellenfrequenzen heraus, die von nichtlinearen (schaltenden) Lasten im Sekundärwicklungskreis erzeugt werden, und alle Oberwellen, die in der Quellenspannung vorhanden sind, und liefert „sauberen“ Strom für die Last .

Ferroresonanz-Transformatoren bieten mehrere nützliche Funktionen bei der AC-Leistungskonditionierung:konstante Ausgangsspannung bei erheblichen Schwankungen der Eingangsspannung, Oberwellenfilterung zwischen der Stromquelle und der Last und die Fähigkeit, kurze Leistungsverluste zu „durchfahren“, indem eine Energiereserve gehalten wird seinen Resonanzkreis.

Diese Transformatoren sind auch sehr tolerant gegenüber übermäßiger Belastung und transienten (kurzzeitigen) Spannungsspitzen. Sie sind sogar so tolerant, dass einige kurzzeitig mit unsynchronisierten Wechselstromquellen parallel geschaltet werden können, sodass eine Last ohne Unterbrechung der Stromversorgung von einer Stromquelle auf eine andere umgeschaltet werden kann Sekundärseite!

Bekannte Nachteile von ferroresonanten Transformatoren

Leider haben diese Geräte ebenfalls bemerkenswerte Nachteile:Sie verschwenden viel Energie (aufgrund von Hystereseverlusten im gesättigten Kern) und erzeugen erhebliche Wärme im Prozess und sind intolerant gegenüber Frequenzschwankungen, was bedeutet, dass sie nicht sehr gut funktionieren, wenn sie von kleinen motorbetriebenen Generatoren mit schlechter Drehzahlregelung angetrieben werden.

Die im Wicklungs-/Kondensator-Schwingkreis erzeugten Spannungen sind in der Regel sehr hoch, was teure Kondensatoren erfordert und den Servicetechniker mit sehr gefährlichen Arbeitsspannungen aussetzt. Einige Anwendungen können jedoch die Vorteile des ferroresonanten Transformators gegenüber seinen Nachteilen priorisieren.

Halbleiterschaltungen existieren, um Wechselstrom als Alternative zu ferroresonanten Geräten zu „konditionieren“, aber keiner kann mit diesem Transformator in Bezug auf die Einfachheit konkurrieren.

RÜCKBLICK:

• Spannungsregelung ist das Maß dafür, wie gut ein Leistungstransformator eine konstante Sekundärspannung bei konstanter Primärspannung und großer Laststromvarianz aufrechterhalten kann. Je niedriger der Prozentsatz (näher an Null), desto stabiler ist die Sekundärspannung und desto besser die Regulierung.
• Ein ferroresonant Transformator ist ein spezieller Transformator, der entwickelt wurde, um die Spannung trotz großer Schwankungen der Eingangsspannung auf einem stabilen Niveau zu regulieren.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für geregelte Stromquellen
• Arbeitsblatt für grundlegende AC-DC-Netzteile