Aufbau eines Regel/Trenntrafos


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Nachdem nun die dritte Version meines Trenn und Regeltrafos mehr oder weniger starke Probleme hatte, kam mir der Gedanke, das ich einen neuen Trenn-Regeltrafo konstruieren müsste. Dinge die keiner wirklich braucht und sowieso viel zu gefährlich ist sind z.B. einen nicht abgesicherten Gleichspannungsausgang, welcher mit über 10.000µF gesiebt ist, flogen raus. Eine direkte Berührung bei über 300V währe tödlich. Dieser Krempel, kam erst einmal raus.
Dafür sollte es eine Neuerung geben, die für mich sehr wichtig ist. Sollte einmal der Strom ausfallen (Kurzschluss...), dann darf der Regel-Trenntrafo beim zuschalten des Stromes nicht von alleine wieder angehen. Folglich wird das Gerät mit zwei Tastern betätigt.

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Schon im dritten Versuch dieses ganzen Projekts, ist am ende kurz der neue Trafo zu sehen. Da mir damals leider der handgewickelte abgeraucht ist, durch eine fehlerhafte Absicherung (das Wickeln war OK!!). Dies sind zwei sehr kräftige Ringkerntrafen, welche ich Niederspannungsseitig parallel schalte um die als Trenntrafo benutzen zu können. Bei den vollen 300Watt, wird es mit der Strommessung auf der Niedervoltseite schon etwas eng mit dem normalen Multimeter.


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Mein Gedanke war, das die beiden Trafos so zusammen gesetzt werden müssten, um den Platz am besten auszunutzen. Da sie beide innen vergossen sind und sogar beide ein M6 Innengewinde eingegossen bekamen, sollte es um so leichter sein. Ein Gewinde, wurde ausgebohrt, das andere belassen. Schraube durch und gut.


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Das ganze Paket bekam zum Abschluss noch einen Befestigungswinkel verpasst, womit man nun eine haltbare Montagemöglichkeit hatte.


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Hier der Winkel von der Rückseite her.


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Als nächstes wollte ich mir was ganz besonderes ausdenken, um die Stelltransformatoren anzutreiben. Mein Gedanke war, das ich das ganze über zwei Taster mache und die ganze Sache dann über ein Getriebe und einen Motor angetrieben wird...ohne dicken Knauf auf der Frontplatte mehr.


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Viele Fragen mussten geklärt werden. Wie realisiere ich z.B. die Sache mit der Endlage?? Ui...das wird mich noch um den Verstand bringen...was zumindest die mechanische Umsetzung angeht. Aber schaut selbst...


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Hier der erste Prototyp.


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Das Getriebe, zusammen gefrickelt aus den Getrieberädern von meheren Ferngesteuerten Autos. Wenn man manuell einfach mal nen Netzteil an den Motor klemmt, klappt das schon einmal wunderbar. Doch, werde ich den Klabaradatsch später nicht mehr sehen...folglich muss bei einer Endlage das Teil abschalten und am weiterdrehen gehindert werden, wohl aber nur in eine Richtung.


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Auf diesem Bild, sieht man einen der zwei Endlagenschalter. Die Idee war gut, aber weder ich noch meine Werkstatt war Reif genug um das auch praktisch umzusetzen. Sinniger währe es, das ganze mit Lichtschranken und einem µProzsessor zu machen. Naja...zumindest mit Sand. Das währe Neuland gewesen und hätte auch viel Zeit verschlungen. Doch hier wollte ich das nicht austesten...nachträglich sollte man das immer noch nachrüsten können.
Unterm Strich, wurde alles demontiert und das ganze wieder manuell von vorne bedient...wie sonst auch immer.


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Hier sieht man noch einmal schön das Getriebe.



Hier der Beweis, das es tatsächlich ohne Probleme funktionierte. Die Idee war wirklich gut....
Ein großes Problem war auch, das der Motor, wenn er abschaltete immer noch wenige Millimeter weiterfuhr und den Endlagentaster gut in seine Ecke gedrückt hat. Lange währe das nicht gut gegangen. Aber da dies die 4te Version ist, wird sicher auch noch eine 5te folgen. Dann aber mit Motor und Lichtschranke.

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Das nächste Problem, war die Messung der physikalischen Größen wie Strom und Spannung. Klar...das macht man mit entsprechenden Messinstrumenten. Doch, was macht man, wenn man nur zwei Drehspulinstrumente hat, welche NUR für Gleichspannung geeignet sind und für eine Strommessung gänzlich ungeeignet sind????...tja, ich fragte mich, warum dies so ist und fand Lösungen.
Das ursprüngliche Messinstrument für die jetzige Spannungsmessung war ein altes Messinstrument mit einer Empfindlichkeit von einigen zehn Millivolt. Hmm, mal sehen....es soll ja mal eine Wechselspannung bis zu 230V messen können.


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Meine Lösung ist einfach wie auch logisch. Über eine einfache Gleichrichtung mit Glättungskondensator und einem Spannungsteiler ist mein Problem gut zu lösen. Jedoch, habe ich vorher die Skala überklebt, die zu messende Einheit zugeschrieben und einen Skalenmittelpunkt festgemacht. Diesen Mittelpunkt kann man metrisch ermitteln...ohne Stromm.


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Hier mein fliegender Aufbau. Die Widerstände wurden experimentiell ermittelt, da ich manchmal rechenfaul bin, was dann genau 100mal so lange dauert und Zeit bekanntlich ganz was wertvolles ist.


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Als nächsten logischen Schritt, habe ich die gesammte Skale metrisch unterteilt. Hier habe ich in 1mm Abständen einen kleinen Teilstrich gesetzt. Alle 10mm einen etwas größeren. Nun brauchte ich nur noch eine beliebige Spannung anlegen, diese vor dem Gleichrichten messen und auf der Skala eintragen.


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Hier sieht man das an einem Beispiel. Benutzt habe ich nartürlich den provisorisch in das Gehäuse gesetzte Aufbau mit Regel und Trenntrafo. Gleichgerichtet am Messinstrument gemessen und direkt am Anschluss erhielt ich folgende Werte. Dieses Bild nur um zu verdeutlichen, das es auch ohne Rechnerei gut geht. Links die eigentliche Wechselspannung, rechts die Gleichspannung nur zum flachs. Wenn man also eine Wechselspannung gleichrichtet, kann man diese schon im voraus berechnen, indem man diese mit 1,4 multipliziert. Hier sind es genau 1,34. Ich denke, diesen Wert kann man noch mehr an die 1,4 bringen, indem man die Kapazität des Kondensators vergößert.


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Um, das ich mir die Skala nicht zumülle, habe ich einfach einen Halbkreis auf einen Zettel gezeichnet und ohne Messungen einfach die gleiche Anzahl von Strichen eingetragen. Nun habe ich die Spannung z.B. auf 100Volt~ gebracht, diese am Multimeter abgelesen. Wenn diese erreicht waren, habe ich die Stellung des Zeigers abgelesen und 1:1 auf meinen Zettel übertragen. Dies habe ich in 10V Schritten gemacht. Dadurch kam ich zu einer recht guten Möglichkeit, eine Skala zu bepinseln die noch naggisch ist. Einige werden die Nase rümpfen, mit der Aussage das ich besser drannen währe, würde ich mir ein entsprechendes Instrument kaufen, zumal es auch genauer ist....dem sei aber gesagt, das nichts darum geht, es selbst zu machen und eigene Erfahrungen zu sammeln!


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Hier das ganze noch einmal mit dem kleinen Schaltplan für die Ansteuerung des Messinstruments.


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Und als kleines Schmakerle habe ich dem Messinstrument eine Beleuchtung verpasst. Sieht hammergeil aus!!


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Niedlich, wa?!


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So sieht die Skala fertig aus. Hier und da noch etwas Feinarbeit und gut isses.


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Dann habe ich die ganze Angelegenheit wieder eingebaut. Auf der Rückseite habe ich anschließend einen kleinen Ausbruch gemacht um die Kabel durchzuführen.


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Da bekommt man doch gleich einen kleinen Retroanfall, wie ich meine. Ich habs wahrlich mit LED´s versucht, wie man auch gleich sehen kann...extra welche die warmweiß sein sollen, selbst mit gelben oder orangen habe ich experimentiert, aber es geht einfach NICHTS um einen Glühfaden. Auch ist die Ausleuchtung der Skala viel gleichmässiger. Klar, muss man bei solchen Basteleien immer drauf achten, das man das Glühobst wechseln kann, aber das ist ok, wenn man das Ergebnis sieht.


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Hier sieht man nun meine Umsetzung der Idee, beide Messinstrumente in das große Loch zu passen, in dem vorher die CD-Laufwerke ihren Platz fanden. Das obere Instrument dient hier nun der Strommessung. Im übrigen..., es ist auch ein Drehspulinstrument...zum messen von Wechselstrom!! das geht? KLAR! Dazu aber gleich mehr!


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Und, wie sollte es anders sein...ich Trottel. In meinen Spielereien und Experimenten vertieft drehte ich an dem Stelltrafo...welcher unter Volllast lief. Zu allem Überfluss brach mir an diesem Exemplar auch noch die Haltenase ab, welche das durchdrehen des Arms verhindert. Dadurch hatte ich einen kräftigen Funkenabriss, als das Kohlerad von der letzten Windung abrutschte. Das führte dazu, das mir die letzte Windung, abbrannte. So eine Scheiße aber auch...naja, so isses eben. Also eine neue Herausforderung, welche ich gemeistert habe.


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Hier die maximalen Belasungsdaten EINES Stelltrafos. Klar, das einer keine 300Watt verkraftet. Also, habe ich eben die drei parallel geschaltet um auch die Belastbarkeit verdreifacht. Klasse! Auch hier ein Danke an Paul (Pauls Röhren.de), dem ich dieses tolle Teil zu verdanken habe.


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Dieser kleine Trafo, dient der Versorgung der Relais und der Beleuchtung.


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Dies ist die Relaisleiste. Ok...etwas übertrieben, aber ist egal. Benutzen werde ich unterm Strich nur zwei.


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Ganz wichtig auch hier, die Freilaufdioden, um beim Abfallen der Relais die Induktionsspannung der Spule in sich selbst zu entladen.


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Hier die praktische Umsetzung meines Schutzmechanismus. Es ist eine einfache Selbsthaltefunktion mit zwei Relais. Ganz simpel, aber einfach. Es ist das selbe Gedöns, wie in dem Schalter einer Holzverarbeitungsmaschine, welche nicht von selbst anläuft, wenn der Stecker in die Dose gesteckt wird.
Zum weiteren, habe ich eine massive Problematik lösen müssen, die mich fast in den Wahnsinn getrieben hat. Faktisch schaltet das Gerät ab, wenn die Achse eine leitende Verbindung mit dem ihr umgebenden Gehäuse hat. Hier hat der Schraubendreher eine Verbindung über zwei Krokoklemmen mit der Achse und wird gleich das Gehäuse berühren...


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...wenn er das tut, schaltet das gesammte Gerät augenblicklich ab. Im Grunde, wird der Selbsthaltung einfach der Strom genommen. Selbst, wenn die Verbindung wieder getrennt wird, ... das Gerät bleibt aus! Erst, wenn man das Gerät erneut einschaltet, geht´s wieder an.


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Während des Betriebs fing ich plötzlich an zu bemerken, das es komisch roch. Als ich herumschnüffelte, bemerkte ich, das aus dem innern des Gehäuses Wärme abgestrahlt wird. Doch woher kam diese. Also abgeschaltet und vorsichtig herumgefingert. Und tatsache...die Regeltrafen waren sehr warm...obwohl keine nennenswerte Last anlag. Hmm...das besprach ich im Röhrenforum. Dann endlich kam der entscheidende Beitrag. Das Stichwort war "Induktion".
Es war so extrem, das die Achse innerhalb weniger Sekunden auf 85°C geschossen ist. Unheimlich...aber hoch interessant, so einem Problem auf so eine Art und Weise zu begegnen, und eine gesunde Diskusion brachte die Lösung.


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Auf diesem Bild, habe ich die Problematik einmal illustriert...naja, ich habe es versucht. Die Pfeile zeigen eine hypothetische Stromrichtung.
Die Achse läuft durch die Regeltrafen, welche ansich jeweils einen Ringkerntrafo darstellt. Da die Achse, bzw. die kurzen Abschnitte, bevor die Achse durch den nächsten Regeltrafo geht, sind elektrisch miteinander verbunden. Dies führt ganz banal dazu, das ein SEHR hoher Strom durch die Achse fließt, diese sich folglich erwärmt.
Die Achse hat an den Verschraubungen der Regeltrafen M12 Kontakt mit dem Gehäuse kontakt. Folglich muss diese Verbindung eine elektrische Isolation erhalten, um die Achse nicht weiter zu gefährden.
Durch die Achse fließt also nun, getrennt durch die Isolation ein Stromkreislauf, welcher bei einer fehlerhaften Isolation den Stromkreis schließt, ein Relais anziehen lässt und die Selbsthaltung abschaltet. (getrennter Stromkreislauf)
Klar, super super umständlich...aber wie langweilig währe denn hier ein einzelner Regeltrafo gewesen?! :-)


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Nächstes Thema. Die Messtechnische Spannungsversorgung eines Drehspulinstruments, welches seinen Nutzen als Wechselstrommesser fristen soll. Eigentlich zwei nicht zu verbindene Tatsachen. Eine direkte Strommessung von mehr als 10Ampere, direkt durch die Haarfeine Spule der Drehspule, währe irsinnig und ein Vergnügen von Millisekunden.
Also muss das ganze indirekt gemessen werden. Stichwort ist hier "Messwandler". Eine massive Wicklung auf einem Eisenkern, induziert bei einem hohen Stromfluss einen Strom in eine zweite Spule (Transformator), welche mehere tausend Windungen hat. Diese Spannung, kann ich nun gleichrichten, über einen Spannungsteiler an das Instrument anpassen und sich freuen. Doch durch Magnetische Verluste, Wärmeentwicklung und andere Dinge, verhält sich die Strommessung mit dieser Schaltung eher logarithmisch als liniar. Das stellt aber kein Problem da, da die Skala auch hier dynamisch von mir angepasst wird über die reelle Anzeige eines Digitalmultimeters.
Auch hier wieder...ein Problem, viele Gedanken und eine Lösung. Einfacher währe es sicher, ein Dreheisenmessinstrument zu kaufen, und dieses über einen dicken Nebenwiderstand (Shunt) zu versorgen....aber wo bliebe denn der Spaß??? :-)


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Hier sieht ma die örtliche Verteilung aller Baugruppen. Zum Glück, habe ich ein Gehäuse gewählt, welches vorher einen 80486iger PC beherbergte. Wer diese noch kennt, weis, das diese Geräte gefühlt eine Tonne wogen und auch locker einen Sturz vom Tisch überlebten ohne verbogen zu sein. Folglich ist die nötige Steifigkeit gegeben. Trotzdem kann eine kleine Stange als zusätzliche Verstrebung nicht schaden, denn die Trafos schweben ca.5mm über dem Gehäuseboden. Stellt man jenes nun etwas kräftiger ab, federn diese stark und würden die Rückwand in das Gehäuse ziehen und selbst, würden sie aufschlagen und ggf. eine ihrer Wicklungen verletzen.
Auch deshalb ist unter den beiden Ringkerntrafos eine dickere Isolation angebracht.


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Selbstverständlich habe ich auch das zweite Instrument beleuchtet. Deutlich sieht man den farblichen Unterschied zwischen warmweißen LED´s und Glühbirnchen. Kein Vergleich...aber LED´s sind eben deutlich Wartungsfreundlicher, günstiger und kleiner...aber das Spektrum auf dem sie leuchten, ist in diesem Fall erbärmlich.


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Das ganze auch einmal im dunkeln betrachtet. Da ich ja sowieso ein Fan von "leuchte leuchte" bin, auch hier das besondere.


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Hier zu sehen, die 500g Lötzinnrolle, die einfach nicht leer wird...warum auch immer. Also in jedem Fall, ein lohnender Kauf und jedem zu empfehlen, der wieder nur 100g kaufen will.


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Hier der erste Probelauf. Alles hat auf anhieb funktioniert. Klar...keine schön verlegten Kabel oder sonstigen Schnickschnack, aber es funktioniert.


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Die Ansicht von vorne. Die beiden 4mm Laborbuchsen sind für die entnahme von 0-230V gedacht. Blöde nur, das meine Werkbank auf der anderen Seite steht und das Kabel dann immer quer über alle techn. Geräte hängt. Nun, da man immer dazu neigt den Weg des geringsten Wiederstandes zu wählen, stecken die 4mm Büschelstecker nun in der Steckdose...wo sie eigentlich nicht hingehören.


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Hier sieht man schön alle drei Regeltrafen. Als Isolation zum Gehäuse, habe ich zusätzlich noch Plastestreifen untergelegt.


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Eine kleine Lötleiste als zentraler Punkt zum anschluss an den Trenntrafo.


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Hier sieht man einen netten Ausschnitt meiner Werkstatt. Es ist eher eine Bastelwerkstatt........aber es ist MEINE!
Ganz oben mein Sinus-Frequenzgenerator, darunter eben der riesige Regel-Trenntrafo, links das schmale Gerät ist ein Röhrennetzteil für und mit Röhren, liefert Spannungen von 6,3 V (Heizung) bis 300Volt auf 200mA. Darunter sieht man auch mein kleines Oszilloskop. Neben dem Oszi mein 25A Netzteil ( PC-Netzteil Umbau ). Darunter mein selbst gebautes Labornetzteil 2x 0-30V 3A
Rechts oben auf dem Regal, sieht man den Platinenschrott. Der Karton steht auf dem slebstbau Ladegerät für meine Racingakkus für das ferngesteuerte Auto (7,2V bis 4Ah), darunter auf der nächsten Ebene die Kästen mit vielen Bauteilen. Darunter Bierflaschen...lecker!



Und, ich brauche nicht weiter zu erläutern, das es sich hier in allen Spannungsebenen um tödliche Spannungen handelt. Dies ist auch keine Anleitung oder ähnliches! Juli.2011

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