Vermeiden von Einschaltstromstößen beim

Schalten von Transformatoren, durch Schalten mit dem TSROder was passiert im Trafo beim Einschalten....

KundenBerater: Dipl. Ing.(FH), Michael Konstanzerfür TSR www.emeko.de, Info@emeko.de

Hersteller: www.fsm-elektronik.deder TSR (Trafo-Schalt-Relais.)

Last update: 13.03.2005

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Ein unmögliches Paar?

1kVA, 230V Ring-Kerntrafo und LS 4A C. 240A Trafo- Einschaltstrom, 24A flinker LS-Auslösestrom

1kVA, 230V Ring-Kerntrafo und LS 4A C. 240A Trafo- Einschaltstrom, 24A flinker LS-Auslösestrom

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Ursache des Trafo-Einschaltstroms

• Im Fall der Eisen-sättigung, --welche fast immer entsteht beim Trafo Einschalten --, ist der Kupferwiderstand der Primärwicklung, zusammen mit dem Netz-Innenwiderstand, der einzige strombegrenzende Widerstand im Stromkreis.

• ( Die Netzimpedanz ist ungefähr 0,3 Ohm bei 230V für 16-32 Ampere Netze.)

• Während dem Einschaltstromstoß scheint das Eisen im Trafo wie nicht vorhanden zu sein, weil seine Magnetisierung in diesem Fall der Sättigung nicht mehr durch die Netzspannung geändert werden kann.

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Ohne TSR: Macht man Kompro-misse, beim Kupfer im Trafo:• Ein höherer Kupferwiderstand der

Primärwicklung reduziert den Einschaltstromstoß. ( z.B. Primärwicklung außen und dünnerer Draht.) Aber das bringt mehr Verluste und damit höhere Verbrauchskosten und erfordert nicht selten zusätzliche Maßnahmen wie Kühlung mit Ventilatoren.

• Siehe Bild 6.

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Ohne TSR: Macht man Kompro-misse, beim Eisen im Trafo:• Konstruktive Maßnahmen reduzieren ebenfalls

den Einschaltstromstoß. Ein Luftspalt im Eisen senkt die Remanenz. Eine niedere Betriebsinduktion im Trafoeisen ergibt mehr Magnetisierungsreserve bis zur Sättigung. Das ergibt aber ein dickeres Blech-paket und ergibt wiederum mehr, längere und hochohmigere Wicklungen was siehe oben zusätzlich den Einschaltstrom reduziert. Ein Luftspalt ergibt aber auch mehr Streufeld und eine schlechtere Kopplung zwischen primär und sekundär. Alles das macht einen Trafo schwerer, weicher und bringt mehr Verluste im Trafo und bringt also Nachteile für den Endverbraucher.

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Verhalten eines Standard Steuertrafos mit 1kVA Leistung.

Die Trafokonstruktion führt zu hohen Verlusten, (Klasse H-T40), das heißt 150 Grad C darf das Kupfer heiß werden. Das führt zu einem Trafo mit kleinem Einschaltstromstoß. (ca. 15 mal Inenn.) ---Der Leerlauf-strom ist hier größer als 4 A eff., wegen den hohen Eisenverlusten, was wiederum zu Wärmeverlusten führt.

Die Oberfläche ist schonim Leerlaufzustand heißer als 60 grd C.

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Verbrannter SteuertrafoSo ein Risiko existiert wirklich.Hohe Einschalt-stromstöße verlangen Sicherungen mit höherem Wert als der Trafo-Nennstrom und mit träger Auslösung. Dies birgt ein Brandrisiko bei Überspannung auf der Netzseite und bei hoher Umgebungs-temperatur.Besser: Vermeiden des Einschaltstromes, Absichern auf den Nennstrom-wert oder auch darunter mit flink auslösenden Sicherungen. Absenken der Verluste im Trafo und damit Einsatz von Energiespartrafos.

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Hystereskurve in Eisenkern.

Im Dauerbetrieb: Eine Netzspannungshalbwelle transportiert die Magnetisierung von einem Wendepunkt zum anderen Wendepunkt der Hysteresekurve!!! Durch die Induktionsänderung, das ist die Änderung der Flußdichte B, wird dabei in der Sekundärspule die Sekundär-spannung induziert. Die Primär- und die Sekundär-wicklung sind miteinander nur magnetisch gekoppelt.

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Hysteresekurve im DauerbetriebDie Magnetisierung läuft auf einer Hysteresekurve im Takt der Spannungshalbwellen hin und her. Auf welcher Hysteresekurve sie läuft hängt von der Höhe der Netzspannung und der Dauer einer Halbwelle ab. Bei 60Hz und 230V läuft die Magnetisierung auf einer kleineren Kurve als bei 50Hz. Am Ende der pos. Halbwelle steht die Magnetisie-rung rechts oben im Wendepunkt, wenn dort ausgeschaltet wird läuft sie auf den max. pos. Rem.Punkt.

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Hysteresekurve eines geschachtelten Trafos:

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Hysteresekurve eines geschweißten Trafos:

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Hysteresekurve eines Ringkerntrafos:

Hysteresekurve im Dauerbetrieb mit Leerlaufstrom

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Die Position der Remanenz-punkte, das ist die stabile Lage der Magnetisierung B, die sich nach dem zufälligen ausschalten einstellt, ist unbekannt. Sie kann pos. oder neg sein. Mit den unipolaren vormagnetisier-impulsen vom TSR, wird die Magnetisierung im Eisenkern, schrittweise zu dem max. Wendepunkt der Hysteresekurve hin transportiert und dann wird gegenphasig voll eingeschaltet. Siehe Bild 15.

Hystereskurve in Eisenkern und Wirkungsweise des TSR.Hystereskurve in Eisenkern und Wirkungsweise des TSR

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Messkurve des TSR Einschaltvorgangs.

Die unipolaren Vormagneti-sier- Spannungs-pulse transportieren die Magne-tisierung zu dem Wende-punkt rechts oben auf der Hysteresekurve. Siehe Bild: 10. Anschliessend schaltet das TSR voll ein in die entgegen-gesetzte Richtung der Magnetisierung. Deshalb wird die Hysteresekurve nicht verlassen und es entsteht kein Einschaltstrom.

Hysteresekurve < pos. Sättigung

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Pos. Vormagnetisierung zu stark, Poti zu weit rechts

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Pos. Vormagnetisierung zu schwach, Poti zu weit links

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Hysteresekurve für zu wenig pos. vormagnetisiert

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Blockschaltbild und Anschluß Plan des TSR-L.

Die Micro-Kontroller Steuerung im TSRL erlaubt es auf einfache Weise, das TSRL in vielen Varianten zu bauen.Standardmäßig sind TSRL lieferbar für:90-500V, 16-32A.Über 20 Optionen gestatten die Anpassung an viele Gegebenheiten.

Short circuit proof

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TSRL für Röhrenheiztrafos unter Last eingeschaltet

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Es gibt verschiedene Arten von Einschalt-strombegrenzern.

• solche mit Vorwiderständen die nach kurzer Zeit überbrückt werden.

• Solche mit NTC´s die ungebrückt bleiben oder nach kurzer Zeit gebrückt werden.

• Solche die aus Halbleiterrelais oder Dimmern bestehen.

• Kombinationen aus dem beschriebenen.

• Solche die den Einschaltstrom unter allen Umständen vermeiden und nicht nur begrenzen. Sie heißen TSR.

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Neuartiger Typ eines Steuertransformators.Ein 1 kVA, 400VRingkern-Trafo ist mit nur B2 A Automatenabgesichert auf der Primärseite.Das geht nur wenn der Einschaltstrom unterbleibt.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Gerne geben wir Ihnen in Zukunft weitere Informationen über die

Technik wie man Einschaltstromstöße von Trafos

vermeidet. Einige Applikationsschaltungen finden sie auf der Homepage.

Info@emeko.dewww.emeko.de

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