Wie berechne ich die maximale Belastung eines AC/AC-Transformators mit Mittelanzapfung für eine bipolare lineare Stromversorgung mit Vollweggleichrichtung?

Ich habe einen 24-V-Wechselstrom-Wechselstrom-Abwärtstransformator mit drei Drahtleitungen auf der Sekundärseite. Ich nenne die sekundären Leitungen X, Y und C, wobei C der Mittelabgriff ist. Bei einem DMM beträgt die Spannung zwischen X und Y etwa 24 VAC (eigentlich etwas höher), und die Spannung zwischen X und C beträgt 12 VAC und die Spannung zwischen Y und C beträgt 12 VAC. Der Hersteller gibt den Transformator mit 24 VCT, 10 Ampere an.

Sicherheitsfaktoren, Overhead und Lastarten für einen Moment beiseite gelassen (zur Verdeutlichung):

  1. Wenn wir den Sekundärdraht C ignorieren und eine Wechselstromlast über X und Y anschließen, könnten wir eine maximale Last am Transformator von 10 Ampere bei 24 Volt haben, was 240 Watt entspricht. Richtig?

  2. Nehmen wir an, wir haben eine Wechselstromlast, die für 12 Volt ausgelegt ist. Wir sollten in der Lage sein, maximal 10 Ampere bei 12 Volt Last von X nach C zu führen, während wir gleichzeitig eine maximale Last von 10 Ampere bei 12 Volt von Y nach C führen. Mit anderen Worten, wir können jetzt Strom liefern 20 Ampere bei 12-Volt-Last, da die Halbierung der Spannung die Strombelastbarkeit verdoppelt, während die Leistung (240 Watt) konstant bleibt. Ist das korrekt? Dies setzt voraus, dass wir nicht mehr als 10 Ampere an jedes 12-Volt-Set anlegen. dh. zwei symmetrische 10 Ampere, 12 Volt Wechselstromlasten.

  3. Nehmen wir nun an, wir haben einen Vollweg-Brückengleichrichter an den Sekundärwicklungen X und Y, und wir verwenden den Mittelabgriff C als Schaltungserde. Wir führen sowohl die + als auch die - Ausgänge des Gleichrichters an einer Glättungskappe vorbei und durch einen 7912-Spannungsregler (7812 auf der positiven Schiene). Wir haben jetzt drei Verbindungen; die Masse (das ist der Mittelabgriff), eine +12-Volt-Schiene (relativ zur Masse) und eine -12-Volt-Schiene (relativ zur Masse). Können wir eine 12-Volt-, 10-Ampere-Gleichstromlast von der positiven Schiene zur Masse führen, während wir gleichzeitig eine weitere 10-Ampere-, 12-Volt-Last von der Masse zur negativen Schiene leiten? Für insgesamt 20 Ampere Last bei 12 Volt Gleichspannung? Denken Sie daran, dass es bei dieser Frage um die Nennleistung des AC-AC-Transformators geht, wenn er in diesem Zusammenhang verwendet wird.

  4. Nun zur Titelfrage. Nehmen wir an, wir haben das gleiche Setup wie bei Frage Nr. 3. Aber anstatt perfekt ausbalancierte Lasten zu haben, sagen wir, dass wir wirklich nur die negative Schiene für Operationsverstärker wollen und es wird nicht viel auf der negativen Schiene liegen. Sind wir immer noch auf 10 Ampere bei 12 Volt von der positiven Schiene zur Masse begrenzt? Oder können wir durch die Verwendung der Vollwellengleichrichtung Ersatzstrom von der negativen Schiene auf Masse "ausleihen" (was nicht erforderlich ist) und stattdessen auf der positiven Schiene verwenden? Könnten wir zum Beispiel 12 Ampere bei 12 Volt auf Plus an Masse und 8 Ampere bei 12 Volt auf Minus an Masse haben? Könnten wir 18 Ampere bei 12 Volt auf dem Pluspol zur Masse und 2 Ampere bei 12 Volt auf dem Minuspol zur Masse haben?

Oder anders ausgedrückt: Wenn ein Transformator für 24 Volt bei 10 Ampere ausgelegt ist, können Sie eine beliebige Kombination von Lasten auf der positiven und negativen Schiene (in einem bipolaren Vollwellengleichrichter-Szenario) verwenden, solange die Summe 20 Ampere bei 12 Volt nicht überschreitet?

Nehmen wir für die Zwecke dieser Frage an, dass "Maximallast" des Transformators entweder den Punkt bedeutet, an dem eine Sicherung durchbrennen sollte (wenn die Sicherungen richtig dimensioniert sind) und / oder den Punkt, an dem der Transformator beschädigt würde, gefährlich werden würde, oder aufgrund von Überlastung oder ungleicher Belastung nicht richtig funktionieren.

Welche Art von 7812 erlaubt 10A? zu 4: nein, energie kann man sich nicht "leihen", zumindest nicht sehr lange. Wird das auch ohne Last mit 12 V gemessen? Wenn ja, wird das weit unter 12 V abfallen, lange bevor 10 A gezogen werden.
zu: 1-3; grundsätzlich ja, ja, ja. Denken Sie an VA und wie sich das (leicht) von W unterscheidet. Denken Sie auch an die verschiedenen Verlustquellen auf dem Weg. Das heißt, Sie können mit einem 12-V-Wechselstromtransformator keine sehr starke 12-V-Gleichstromversorgung herstellen. Sie sollten eine 14-V- oder sogar eine 16-V-Einheit verwenden, um BR- und LDO-Verluste auszugleichen.
@dandavis: Der Zweck der Frage betrifft die Belastung, den Ausgleich und die Bewertung des Transformators, nicht das gesamte Schaltungsdesign. Es handelt sich also um einen theoretischen 7812, der mit unendlichem Strom umgehen kann, da dies nicht wirklich Teil der Frage ist, außer um zu veranschaulichen, dass es sich um 12 Volt und nicht um die 24 am Transformatorausgang handelt. :)
Es gibt eine gute Erklärung, die vor etwa 10 Jahren hier gepostet wurde, versuchen Sie diesen Link: electronic.stackexchange.com/questions/16276/…
@dandavis: Das wahrscheinlichste Szenario ist, dass es eine Reihe von Spannungsreglern parallel gibt und dass jedes +/- 12-V-Gerät (etwa 200 mA) einen eigenen Spannungsregler hat, um zu verhindern, dass die Last die Spannung beeinflusst andere Lasten. Die Last wären in meinem Fall spannungsgesteuerte Oszillatoren für einen analogen Audiosynthesizer. Jeder Oszillator muss die gleiche genaue Spannung von + nach Masse haben, da die Spannung die Stimmung (Tonhöhe) steuert. Also versuche ich zuerst, die Transformatorgröße zu bestimmen, mit dem Ziel, eine große Bank mit einzeln kleinen 12-V-Lasten anzutreiben.

Antworten (2)

Da ein Bulk-Cap mit 10 % V-Welligkeit einen Stromimpuls benötigt, um ihn für die 90 %-Abklingzeit mit 10 % Vpp-Welligkeit aufzuladen, ist die Stromwelligkeit ein Impuls nur 10 % vor Spitze zu Spitze bei 10-fachem Laststrom, also der Übertragung Die Leistung ist gering und kann den Kern sättigen, sodass die VA-Bewertung erheblich reduziert werden muss. Eine effizientere Methode ist die Verwendung eines aktiven PFC- und Abwärtsreglers, und die negative Seite ist bei einer kleinen Kappe gleich. Alte BJT-LDOs fallen um 1,5 bis 2 V ab, sodass Sie 10 V erhalten, möglicherweise wenn die Vpp-Welligkeit < 10% beträgt. Der XFMR sollte Ihnen 12 VAC bei Volllast und 10 % mehr ohne Last pro Tap liefern.
FET-LDOs sind viel weniger.

Betreff: "10 % höher"; Die E / R / Toroide, mit denen ich mich beschäftigt habe, scheinen bei offenem Stromkreis eher 50% höher zu sein (18 V bei 12 V, 24 V bei 16 V). Sind das 10 % nach der Glättung/Regulierung (Sie sagten Vac)?
Dies ist ein Standardwirkungsgrad von 90 % für kostengünstige Leistungstransformatoren. Keine Last ist 10 % über voll. 50 % wären sehr verlustbehaftet oder resonant oder sehr schlechte gegenseitige Kopplung.
Diese Zahl reduziert sich auf 2 % bei 10-kVA-Typen und <1 % bei 10-MVA-Typen
@Tony Ich habe eine 30% ige Regulierung bei billigen Wallwart-Transformatoren gesehen. Allerdings war das ein Jahrzehnt her, als ich das letzte Mal so mit ihnen herumgespielt habe. Einige waren 10%. Die fand ich die richtig guten! Natürlich ist der Transformator des OP sehr umfangreich. Nichts wie ein Wallwart-Transformator. Ein handlicher 24V@5A hier in meinem Regal in einem Karton wiegt ungefähr 6-8 Pfund (nur zum Fühlen heben).

1.&2. sind in jedem Fall korrekt, wenn der Laststrom proportional zur Spannung ist - resistiv.

3.&4. sind Wunschdenken.

Für eine "ausgeglichene Last mit 2 × halber Spannung" war der ideale Mittelanzapfungsstrom Null.
In Bezug auf diesen Spickzettel können Sie bei symmetrischer Belastung pro Schiene etwa 6 Ampere bei (nur nebenbei!) etwa 12 Volt (mit echten Dioden) am Ladekondensator erwarten, 10 A von einer einzelnen Schiene bei geringfügiger Belastung der anderen .
Unter der Annahme der "negativen" Spitze der Welligkeit von 0,5 V, die eine Netzspannung von 100-10 % und einen Reglerabfall von 2,5 V zulässt, ist es "schwierig", mehr als 7,5 V zu regeln.

Nur wenige Lasten arbeiten mit pulsierendem Gleichstrom/ungepuffertem (einphasigem) Gleichrichterausgang genauso gut wie mit gepuffertem Gleichstrom.
Längst nicht alle DC-Verbraucher profitieren davon, dass die Versorgungsspannung stabilisiert/konstant/genau definiert ist.
Einige profitieren von einer guten Filterung der Versorgungsspannung, zB Audioverstärker (Spannungsverstärkerstufen, die intern zusätzlich gefiltert werden).

Können Sie eine beliebige Kombination von Lasten auf [beiden Schienen eines Brückengleichrichters auf einer Mittelanzapfungssekundärseite] verwenden,
solange die Summe [das Doppelte des Sekundärnennstroms] nicht überschreitet?

Nein, auf zwei Accounts:

  • Bei einem "Kondensator-Eingangsfilter" gibt es eine Leistungsreduzierung auf etwa 60 % des Nennstroms der Sekundärseite (90 % bei einem (kostspieligen) DC-Drosseleingang).
  • Der Gesamtstrom nimmt mit dem Lastungleichgewicht weiter ab - Hammond schlägt bis auf (zweimal) 50% (72% mit Drosseleingang) vor.
    Beachten Sie, dass Sie, wenn die Sekundärseite wirklich zweiteilig wäre, die Hälften parallel statt in Reihe schalten und eine normale Brückenkonfiguration und (2 ×) 60% des Nennstroms (fast 190% (?!) Mit Drossel) verwenden könnten ), aber einen "Diodenabfall" mehr erleiden.

Im wirklichen Leben machen Dinge wie (frequenzabhängiger) ESR und "Verdrahtung" / PCB-Layout einen signifikanten Unterschied (z. B. in der Brummspannung).

Wie berechne ich die maximale Belastung eines AC/AC-Transformators mit Mittelanzapfung für eine bipolare lineare Stromversorgung mit Vollweggleichrichtung?
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