Bester Ansatz, um 220 VAC auf 160 VAC herunterzuregeln?

Hallo Elektrotechniker,

Ich bin ein Neuling in der Elektrotechnik (ich bin Softwareentwickler von Beruf und fange an, mit Raspberry Pis zu arbeiten und möchte etwas über das grundlegende Schaltungsdesign lernen).

Mein erstes Projekt ist der Umbau einer LED-Ampel für den Innenbereich. Die Lichter in der Einheit, die ich gekauft habe, haben 230VAC FuturLED von Swarco. Laut Datenblatt – https://www.swarco.com/futurit-en/Products/Signals/LED-Modules/FUTURLED3-230V-AC können die LEDs mit voller Helligkeit mit 196 – 253 VAC und mit einer gedimmte Helligkeit bei 150 V – 170 VAC.

Da ich in Nordamerika wohne, werde ich mit einer Standard-Haushaltsleistung von ~ 110 VAC arbeiten. Ich könnte die Spannung mit einem billigen handelsüblichen Spannungswandler leicht von 110 auf 220 VAC erhöhen, aber wenn ich im "Dim-Modus" arbeiten möchte, muss ich entweder von 110 auf ~ 160 VAC erhöhen oder von 220 VAC herunterschalten auf ~160 VAC (nach Erhöhung von 110 VAC).

Die Wattleistung dieser LEDs beträgt jeweils 12 W bei voller Helligkeit und 8 W bei gedimmter Helligkeit.

Meine Fragen sind:

1) Ich habe Probleme, einen Aufwärts-/Abwärtstransformator zu finden, der ~160 VAC ausgibt. Gibt es solche Dinge, oder müsste ich eine Sonderanfertigung haben (klingt teuer)?

2) Ich habe gelesen, dass ich 2 Widerstände verwenden kann, um die Spannung zu "teilen" und 160 Volt zu liefern, aber kann dies mit Wechselstrom erfolgen? Ich kann in meinen Recherchen keine schlüssige Antwort finden, aber ich fange an zu glauben, dass Widerstände nur mit Gleichstrom funktionieren.

3) Gibt es einen anderen Ansatz?

Es ist zwar teuer, nur dafür zu kaufen, aber wenn Sie einen Überschuss finden variac, der sehr nützlich sein könnte, um zu bestätigen, wie Sie dies tatsächlich betreiben möchten.
Sie können grau getönten durchsichtigen Kunststoff über die LEDs legen, um den Dimm-Modus zu simulieren.
Haben Sie darüber nachgedacht, einen Lichtdimmer für den Garten zu verwenden? Möglicherweise muss ein RC- (oder vielleicht LC-) Filter verwendet werden, wenn die Lampe einen sinusförmigen Eingang erfordert, sollte aber keine große Sache sein.
Ich möchte Sie nur warnen, dass diese Art von Spannungen gefährlich sein können. Ihre erste Aussage über "Arbeiten mit Raspberry Pis zum Erlernen des grundlegenden Schaltungsdesigns" ist gut, aber für mich bedeutet dies, mit niedrigeren und sichereren Spannungen zu lernen, bevor Sie fortfahren. "Ich habe gelesen, dass ich 2 Widerstände verwenden kann, um die Spannung zu "teilen" und 160 Volt zu liefern." Ja, das können Sie tun, und zwei Widerstände in Reihe sind ungefähr so ​​​​einfach wie das Schaltungsdesign und es ist wichtig zu verstehen. Vielleicht möchten Sie mit etwas weniger Tödlichem beginnen. Nur mein Rat...
Nur zu Ihrer Information: Der "normale" nordamerikanische Haushaltsdienst ist 240/120. Dies sind 2 Phasen mit 120 VAC, die um 180 Grad phasenverschoben sind, was 240 VAC zwischen den Phasen ergibt (jede Phase ist 120 VAC zum Neutralleiter/Erde). Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass in Ihrem Haus bereits 240 VAC verfügbar sind (die genaue Spannung kann etwas variieren). Um diese Spannung zu erhalten, müssten Sie jedoch wahrscheinlich einen speziellen Stromkreis von Ihrem Unterbrecherkasten aus betreiben. Daher sind Sie wahrscheinlich besser dran, die 120 VAC zu verwenden, die Sie von einer "normalen" Steckdose erhalten, da Sie anscheinend bereits darauf abzielen.
Wenn der Hersteller auch 110-V-Versionen anbietet, ist es möglicherweise so einfach wie das Wechseln eines Überbrückungskabels, um das Netzteil neu zu konfigurieren
Dies ist ungefähr das hundertste Mal, dass ich jemanden sehe, der versucht, 1) 2) 3) anstelle eines gültigen Abschlags zu verwenden. Vielleicht ist es an der Zeit, entweder einen Bot dazu zu bringen, Poster zu warnen, oder den Abschlag zu ändern, um ihn zu akzeptieren.
"Aber ich fange an zu glauben, dass Widerstände nur mit Gleichstrom funktionieren." Ich werde hier unverblümt sein: Wenn Sie die Elektronik so verstehen, sollten Sie nicht tun, was Sie beabsichtigen, bevor Sie eine Ahnung haben, was Dinge wie Spannung, Strom, Widerstand und Isolation sind es tatsächlich. Solche Spannungen sind gefährlich, besonders wenn Sie nicht wissen, was Sie tun.

Antworten (10)

1) In der Tat wird es schwierig sein, einen geeigneten Transformator zur Herstellung der 160 VAC zu finden. Und weil fast niemand 160 VAC benötigt, wird es teuer. Wenn Sie kein Neuling in EE wären, könnte ich einen 120-V- bis 40-V-Transformator vorschlagen und dann die Sekundärseite in Reihe mit dem Wechselstromnetz schalten, aber dazu müssen Sie sich der Gefahren bewusst sein, also habe ich dies nicht vorgeschlagen.

2) Ja, die Verwendung eines Widerstandsteilers, um 160 V AC aus 240 V AC zu machen, ist möglich, Widerstände kennen den Unterschied zwischen AC und DC nicht. Aber auch das ist nicht energieeffizient und widerspricht teilweise der Verwendung von energieeffizienten LED-Leuchten.

Die tatsächliche Schaltung in den LED-Lampen spielt auch eine Rolle, einige Schaltungen geben einfach die gleiche Lichtstärke aus, unabhängig von der Eingangsspannung (natürlich innerhalb praktischer Grenzen).

3a) Versuchen Sie, ob die Lichter nur mit 120 VAC funktionieren, Sie könnten Glück haben.

3b) Kaufen Sie Lampen, die für 120 VAC geeignet sind, das könnte am Ende billiger sein als ein kundenspezifischer Transformator.

#3 hört sich gut an. Mal sehen was passiert wenn ich es bekomme...
"Sekundär in Reihe mit Wechselstromnetz verbinden" - interessant, wo kann ich mehr darüber lesen?
@DanielTork Hier ist ein Link zu einem Beispiel: machineryequipmentonline.com/electric-equipment/…
Sie haben also im Grunde Spartransformatoren angedeutet?
@DanielTork ja, das war das Wort, das ich in Google verwendet habe, um den oben genannten Artikel zu finden.

Ich kann zwei Vorgehensweisen vorschlagen:

  1. Möglicherweise können Sie einen 1:1-Trenntransformator kaufen, der für die von Ihnen benötigte Stromstärke ausgelegt ist, und dann einige der Windungen von einer der Wicklungen entfernen.

    Dies müsste sehr sorgfältig durchgeführt werden, um die Isolationsintegrität des Hochspannungstransformators aufrechtzuerhalten, und wäre nur für ein einmaliges Projekt wirklich anwendbar. Dies könnte getan werden, um die Erstellung eines Aufwärtstransformators von 120 auf 160 VAC oder eines Abwärtstransformators von 230 auf 160 VAC zu unterstützen.

  2. Untersuchen Sie, ob diese LED-Lampe in der Lage ist, mit einem Standard-230-VAC-Dimmschalter gedimmt zu werden. In diesem Fall könnten Sie das Licht an einen 230-V-Stromkreis anschließen und dann den Dimmer auf die gewünschte Lichtstärke einstellen.

Option 1 klingt interessant - gibt es eine Formel für die Anzahl der Windungen, die entfernt werden müssten?
Sie müssten die Anzahl der Windungen kennen, die in jeder Wicklung waren, um damit zu beginnen. Bei einem 1::1 Transformator sind die Windungszahlen in beiden Wicklungen gleich. Das Spannungsverhältnis am Transformator hängt mit dem Windungsverhältnis zusammen. Da Sie wahrscheinlich die tatsächlichen Verhältnisse eines bestimmten Transformators nicht kennen würden, kann es schwierig sein .... besonders wenn Sie die Lamellen vom Transformator entfernen müssen, um ihn auseinander zu nehmen, um seine Wicklungen zu wechseln. In der Vergangenheit, als ich dies getan habe, habe ich einfach die gesamte Sekundärwicklung entfernt, die normalerweise die äußere ist, und alle Windungen gezählt. Dann entsprechend zurückgespult.
Ich würde sagen, dass das Modifizieren des Transformators unpraktisch ist, es sei denn, Sie finden einen 60 Jahre alten Transformator, der zerlegbar ist.
Wenn Sie einen vorhandenen Transformator modifizieren, können Sie den Gleichstromwiderstand der Sekundärseite messen, einige (z. B. 10) Windungen entfernen, erneut messen und dann das Verhältnis angeben, um die Anzahl der Windungen zu ermitteln. Sie benötigen möglicherweise ein ziemlich empfindliches Messgerät, wenn der Draht nicht sehr dünn ist
@ChrisH - Ich habe das in der Vergangenheit tatsächlich versucht, als ich versuchte, einen Transformator "einzustellen". Es funktionierte nicht sehr gut mit den Messgeräten, die ich zur Verfügung hatte. Es würde ein ziemlich teures Messgerät erfordern, das gut kalibriert war. Aber ja, die Idee ist theoretisch gut.
@MichaelKaras Ich habe Zugang zu einigen ziemlich guten Messgeräten in der Arbeit, aber ich weiß, was Sie meinen, und würde viel eher Transformatoren zu Hause einstellen, wo ich nur billige Messgeräte habe

Auf der von Ihnen verlinkten Webseite gibt es keinen Schaltplan, aber es scheint, dass die Lampen keine aktive Elektronik enthalten und dass die LEDs in einer Art Reihenschaltung verdrahtet sind, um direkt vom Netz zu laufen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung 1. Wellenform eines phasengesteuerten Triac-Dimmers. Durch Variieren des Einschaltpunktes von 0° bis 180° bei jeder Halbwelle kann die Spannung von 100 % auf 0 % reduziert werden.

Ein haushaltsüblicher Dimmer an Ihrem 220-V-Aufwärtstransformator erzeugt diese Art der Steuerung und kann für Ihre Zwecke geeignet sein. Die Dimmer sind sehr effizient, da während des "Aus"-Teils des Zyklus der Strom Null ist, so dass die im Triac verbrauchte Leistung Null ist. Während des "Ein"-Teils des Zyklus wird etwa 1 V über den Triac abfallen, so dass die Verlustleistung gering ist. Der Standardkühlkörper eines Haushaltsdimmers sollte für Ihre Zwecke ausreichend sein. Eine Widerstandslösung würde ziemlich viel Wärme erzeugen, was problematisch sein kann.

Achten Sie auf die Nennspannung Ihres Dimmers. Es muss eine Nennspannung von ≥ 220 V haben, damit Sie möglicherweise ein europäisches kaufen.

danke für den Rat - meinst du, ich könnte einen Standard-110-V-Haushaltsdimmer vor einem elektronischen Spannungswandler (wie diesem amazon.com/Simran-SMF-100-Universal-Voltage-Converter/dp/… ) verwenden, würde funktionieren? Oder vielleicht ein elektronischer Dimmer? Oder ein herkömmlicher Haushaltsdimmer vor einem magnetischen Trafo zur Spannungserhöhung?
Nein, Sie können keinen Dimmer vor einem Spannungswandler verwenden. Der Dimmer senkt die Spannung nicht; Es führt eine Zeit ein, in der die Spannung Null ist, während dies bei der Standardwellenform nicht der Fall ist - siehe die rechteckigen Ausschnitte im obigen Diagramm. Diese Ausschnitte verursachen unangenehme Dinge in Aufwärtstransformatoren. Das Beste, was Sie tun können, ist, einen 110-> 220-V-Konverter zu besorgen, dann einen 220-V-Dimmer dahinter. Wenn Sie diese auf amazon.com nicht finden können, suchen Sie auf amazon.co.uk nach einem Geschäft, das Euro-Teile hat, aber ohne Sprachbarriere.

Sie werden Schwierigkeiten haben, einen 120 -> 160 VAC oder 240 -> 160 VAC Transformator zu finden, da es nicht viele Anwendungsfälle gibt.

Sie sollten in der Lage sein, einen geeigneten Variac zu finden, den Sie auf eine geeignete Ausgangsspannung einstellen können. Dies könnte auch als Dimmer fungieren.

Sie können eine Hammond 290HX kaufen, die 120:356CT-Wicklungen hat. Sie können die Hälfte der 356-V-Wicklung verwenden, um 178 V bei 420 mA zu erhalten, und diese mit der 6,4-V-CT-Wicklung auf 171 V herunterdrücken.

Cyan Drähte sind der Ausgang.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zum Dimmen ist der beste Ansatz wahrscheinlich ein elektronischer Dimmer. Die Speisung eines elektronischen Dimmers mit einem elektronischen Spannungswandler oder umgekehrt kann problematisch sein. Ich würde einen herkömmlichen Transformator oder Spartransformator für die 120:240-Spannungsumwandlung in Betracht ziehen. Ein elektronischer Dimmer könnte wahrscheinlich entweder auf der 120-V-Seite oder auf der 240-V-Seite davon verwendet werden.

Wenn ich also einen "herkömmlichen" (ich nehme an, magnetischen) Transformator wie diesen - mouser.com/datasheet/2/177/EDB290WX-245431.pdf - verwende, wird er gut mit einem europäischen 220-240-VAC-Dimmer wie diesem spielen -- amazon.de/Viribright-Dimmer-220V-200WATT-Helligkeitsregler/dp/… -- um die für den "Dim-Modus" benötigten 160VAC zu erreichen?
oder vielleicht ein Home Depot-Beleuchtungsdimmer auf der 120-VAC-Seite des Transformators?
Für zwei Lampen mit je 12 W benötigen Sie einen Trafo mit mindestens 24 VA. Die von Ihnen verlinkte hat eine 237-V-Wicklung mit einer Nennleistung von 237 V x 0,05 A = 18,9 VA. Der Dimmer sieht gut aus. Es ist als für LEDs geeignet gekennzeichnet. Sie sollten prüfen, ob Ihre LEDs Einschränkungen für Dimmer beschreiben. Ein Dimmer für die 120-V-Seite müsste einen AC-Phasenausgang haben, wie von @Transistor dargestellt, und sollte mit einem Transformator verwendet werden, der wegen zusätzlicher Erwärmung etwas größer ist.
Ich weiß nicht, warum ich 2 Lichter angenommen habe oder dass zwei gleichzeitig leuchten würden. Für jeweils nur ein Licht reichen 18,9 VA. Auch die Spezifikation sagt 45-55 Hz. Das scheint seltsam und könnte ein Problem sein.

1) Ich wette, Sie werden keine finden, da es keine beliebten Anwendungen für 160 V gibt. ABER - Sie können einen Stelltransformator finden, normalerweise in Form eines Autotransformators (Variac), der einfach auf die benötigte Spannung eingestellt werden kann.

2) Widerstände sind egal, sie funktionieren mit Wechselstrom genauso gut wie mit Gleichstrom. Aber der Spannungsteiler verschwendet viel Strom. Es geht nicht nur darum, dass Energieverschwendung mit hocheffizienten LEDs sinnlos ist. Wenn wir über die Netzleistung sprechen, bedeutet dies, dass diese "bloße Ineffizienz" so groß werden kann, dass die Widerstände verkochen und explodieren. Außerdem ist es lächerlich schwer zu kontrollieren, da sich die Spannung ändert, wenn Sie Dinge verbinden / trennen. Fazit: Tun Sie es nicht, es funktioniert nur einigermaßen gut, um winzige Ströme zu steuern.

3) Es gibt viele andere Ansätze, aber ehrlich gesagt klingt in Ihrem Fall nur der Variac-Ansatz machbar. ZB: Sie könnten einen Triac-Dimmer ausprobieren, aber LEDs sind normalerweise nicht dimmerkompatibel, sofern nicht anders angegeben (ihre kondensatorgespeisten Netzteile nehmen sowieso Spitzenspannung auf, sodass der Dimmer nichts bewirkt).

Also: Suchen Sie nach einem Variac mit geeigneter Größe (nicht kleiner als 12 W und größer etwa 2-mal, nicht 100-mal). Sie sind wegen des vielen Kupfers normalerweise ziemlich teuer, aber sie funktionieren einfach. Denken Sie nur daran, die Wähleinstellung zu beobachten, wenn Sie sie auf 100% einstellen, beträgt die Ausgabe 220 V und Ihre LEDs werden wahrscheinlich nicht überleben. Probieren Sie es zuerst mit einer 12-W-220-V-Glühlampe (oder zwei in Reihe geschalteten 110-V-Glühbirnen) aus, um zu verstehen, wie es funktioniert. Im Allgemeinen empfehle ich Ihnen, an billigen Glühbirnen mit ähnlicher Leistung zu arbeiten und nur dann auf LEDs umzusteigen, wenn Sie mit Ihrem Dimmer / Controller zufrieden sind.

Vorbehalt: Die meisten amerikanischen Häuser haben einen 220-V-Anschluss, sie werden einfach "Trocknersteckdose" oder "Boilersteckdose" genannt und, wie der Name schon sagt, für die größten Lasten im Haus verwendet. Wenn Sie auf eine solche Steckdose zugreifen können, brauchen Sie keinen billigen Schritt nach oben. Auf der anderen Seite finden Sie vielleicht einen Variac, der das Step-up übernimmt oder im Step-up-Modus arbeiten kann, das ist auch einen Blick wert.

Beachten Sie jedoch, dass die 220-V-Steckdosen in den USA normalerweise für Hochstromgeräte (Herd, Trockner, Warmwasserbereiter usw.) verwendet werden und alle Nicht-Hochstromgeräte wahrscheinlich mit einem sekundären Strombegrenzer (Sicherung, Leistungsschalter) verwendet werden sollten. nach dem Wandstecker, um Schäden und persönliche Gefahren zu begrenzen, wenn Ihr Gerät einen Kurzschluss ausführt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Schaltplan erstellt mit CircuitLab Sie benötigen keinen 240-zu-160-Transformator, um die Dimmspannung zu erhalten. Sie können einen 240 bis 80 verwenden, wobei die Sekundärseite angeschlossen ist, um die Primärseite zu bucken. Das Schema zeigt eine Buck- (oder Boost-) Verbindung, die die Sekundärspannung (zu oder) von der Primärspannung (addiert oder) subtrahiert. Durch Austauschen der sekundären Leitungen kann es von Buck zu Boost geändert werden. Sie haben vielleicht genauso viel Mühe, 240 bis 80 zu finden wie 240 bis 160, aber es ist eine andere Option.

LEDs funktionieren natürlich nicht mit Wechselstrom, aber wahrscheinlich ist ein Diodenbrückengleichrichter enthalten. Das ist ein Hinweis auf den Ansatz des Redneck-Dimmens: Das Wegwerfen einer Hälfte des Zyklus kann mit einer einzelnen Diode erfolgen und dimmt die LED effektiv auf etwa 6 W. Die meisten Menschen werden das 60-Hz-Flimmern nicht erkennen.

Denken Sie daran, dass die Diode Spitzenspannungen bewältigen muss, also etwa 400 V Spitze für 220 V Wechselstrom. Und es ist gute Technik, auch eine Diode zu wählen, die den Spitzenstrom verarbeiten kann, der ungefähr 0,01 A betragen wird.

Nur zur Bestätigung: Das bedeutet, dass Sie überhaupt nicht mit 160 VAC arbeiten. Sie verwenden entweder +220/-220 V für volle Leistung oder +220 V/0 V für gedimmt.

Warum investieren Sie nicht einfach 12 Dollar in einen leeren Transformatorkern, 5 Dollar in eine Spule Magnetdraht und wickeln ihn selbst auf?

https://www.ebay.com/itm/1set-PC40-E55-EE55B-11-11pins-Ferrite-Cores-bobbin-transformer-core-/151826270910

Oder noch besser (da LEDs sowieso immer mit Gleichstrom betrieben werden) reißen Sie die AC-DC-Umwandlung "Eingeweide" aus diesen Einheiten heraus und versorgen Sie sie direkt mit Gleichstrom. Jedes 5-V-Netzteil mit ausreichender Stromstärke (mit einem Strombegrenzungswiderstand in angemessener Größe) sollte diese LEDs gut zum Leuchten bringen.
Hier ist ein anständiges Video zum Selbstbau von Transformatoren ... youtube.com/watch?v=s6NyTprQCBI
„Selbst einen Hochspannungstransformator wickeln“ ist nichts, was ich jemandem empfehlen würde, der sich selbst als Neuling in EE bezeichnet.