gleichrichterschaltung mit siebung

[holzzoggler]

halo zusammen!

es geht hier wieder um die stromversorgung meiner cnc-fräse.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=46030

mittlerweile habe ich mich dank der hilfe eines hier ansässigen users etwas weitergebildet und präsentiere jetzt einfach mal eine schaltung die meinen anforderungen (größtenteils) entsprechen sollte.

für konstruktive kritik in verbindung mit verbesserungsvorschlägen wäre ich euch sehr dankbar!

mfg
holzzoggler :-k

[Besserwessi]

Die Beiden Kondensatoren hinter dem Elko sollte man besser vertauschen. Der großen Elko gehört hinter die Induktivität. Bei dem 100 nF bin ich mit nicht sicher wo man die am besten hintut. Der ist ohnehin mehr zur Funkeentstörung. Der könnte eventuell sogar vor dem Gleichrichter besser sein.

[holzzoggler]

mir ist miiterweile so in etwa klar was in die schaltung reinkommen sollte aber mit dem wo und den exakten werten der bauteile haperts dann doch etwas 8-[
darum bin ich für jeden vorschlag dankbar!

[Besserwessi]

Den großen Elko sollte man eventuell besser Teilen und eventuell auch etwas mehr nehmen. Also lieber 3-4 mal 4700 µF als 1-2 mal 10000 µF. Die kleineren Elkos haben oft im Verhältnis zur Kapazität eine bessere Strombelastbarkeit.

Das etwas Schwierige Teil könne die Inductivität sein. Da Muß man vor allem af die Strombelastbarkeit achten.

[Socke]

Hallo holzzoggler,

evtl. könnte der 5 V - Teil der CNC-Steuerung noch ein Relais ansteuern, dessen Ruhekontakt über einen Widerstand die Elkos des Leistungsteils in einer definierten Zeit nach dem Abschalten wieder entladen.

MfG Socke

[tobi.robotz]

Aber Vorsicht, du hast jetzt am Ausgang keine 12V DC mehr, sondern den Spitzenwert der Eingangswechselspannung also 12*Wurzel 2 (1,414). Du hast also fast 17 Volt DC am Ausgang. Hier kannst du entweder einen Festspannungsregler (z.B. 7812), einen variablen Spannungsregler oder evtl. auch nur einen Spannungsteiler (evtl. auch aus Spule und Widerstand um eine noch exaktere Gleichspannung zu erhalten) verwenden.

grüße tobi

[tobi.robotz]

Aja, noch einen Vorschlag.
Überlege dir wie sauber deine Ausgangsgleichspannung sein sollte. Also im Sinne von Sie darf um +-50mV schwanken. Dann hast du eine Ausgangsspannungsänderung von 0.1 V = delta Ua. Dann kannst du mithilfe des Glättungsfaktors deltaUe/deltaUa also z.B. 17V/0,1V = XL - XC/XC die Blindwiderstände für die Kondensatoren und die Drossel bestimmen. Je kleiner der kapazitve Blindwiderstand also je größer C und je größer der induktive Blindwiderstand also je größer L ist desto glätter wird die Gleichspannung.

[tobi.robotz]

Und übrigends du kannst die Glättung auch kaskadieren. Also wenn du 3 LC-Siebschaltungen in Reihe schaltest hast du den Glätungsfaktor einer Siebschaltung hoch 3.

[Besserwessi]

Die Induktivität dient normalerweise dazu hohe Spitzenströme beim Trafo zu vermeiden. Dadurch wird der Leistungsfaktor besser und man kann mehr Leistung entnehmen. Als Nachteil wird die Ausgangsspannung aber auch stärker von der Belastung abhängig. Ohne Last kommt man auf die schon genanten rund 17 V, bei Belastung kann die Spannung aber deutlich niedriger sein (z.B. 12 V).

[holzzoggler]

ich freue mich über euer reges interesse an diesem thema - leider wird es wohl eine zeit dauern dies zu verarbeiten und etwa nochmal so lange das auch umzusetzen da ich im bereich elektrik ein absoluter NOOB bin #-o

@tobi.robotz
um die ausgangspannung mache ich mir weniger sorgen - die kann gerne etwas höher sein um bei hohen drehzahlen der schrittmotoren das drehmoment aufrecht zu erhalten.
ideal wäre ein wert um die 36V aber das ist noch ein anderes problem - vorerst läufts auch mal so.
wenn du allerdings eine idee hast dies einfach umzusetzen schwinge ich den lötkolben auch gerne ein paar minuten länger \:D/

[glow=red:9ce905bc30]sehr sehr hilfreich wären natürlich schaltpläne da ich mich auf diesen einigermaßen zurechtfinde.[/glow:9ce905bc30]

[Besserwessi]

Der 2 te Plan ist praktisch gleich dem ersten (nur gedreht). Der große Elko gehört an die andere Seite der Induktivität.

Wenn man mehr Spannung braucht, sollte man einen Trafo mit mehr Spannung nehmen.
Theoretisch ginge auch eine aktive Powerfaktor korrektur, so wie in modernen größeren Schaltnetzteilen. Allerdings ist das definitiv nicht für einen Anfänger. Alternativ könnte man ja auch mal suchen ob man ein fertiges Schaltnetzteil für z.B. 24 V findet.

[tobi.robotz]

hi,

die Induktivität dient mit dem Kondensator (100nF) zusammen der Siebung, der vom Brückengleichrichter und vom Glättungskondensator (10000µF) der eigentlich mit diesem Wert schon an der richtigen Stelle sitzt (je größer C desto glätter die Gleichspannung) gelieferten Brummsapnnung. Siebung und Glättung sind zwei Fachbegriffe in diesem Zusammenhang. Glättung beschreibt das grobe Glätten der Brummspannung des Brückengleichrichters (agk. B2U) und Siebung das "Heraussieben" des restlichen Wechselspannungsanteils der geglätteten Spannung. Wie groß jetzt die Werte von der Induktivität L und des Siebkondensators C sein müssen hängt von der Belastung ab (also vom Strom den du der Schaltung entnehmen willst) und von der geforderten Restwelligkeit, also wie stark darf sich die Ausgangsspannung noch ändern.
Ich hab hier einen Link herausgesucht, ist aber vielleicht auch ein bisschen kompliziert wenn man nicht grad Elektriker ist.
http://www.elektroniktutor.de/analog/siebung.html

Wenn du willst kannst du mir mal die Werte für die Spannung, den benötigten Strom und die um wieviel die Spannung schwanken darf nennen.

[Besserwessi]

Gerade bei so großen Leistungen (ca. 120 VA) sollte man sich gedanken um den Leistungsfaktor machen. Wenn man den großen Elko direkt hinter dem Gleichrichter hat, kann es einem passieren, das man aus einem 120 VA Trafo nur 40 VA an Leistung ziehen kann weil der Strom einfach zu stark gepulst ist. Die wenn auch alte Methode dagegen ist es eine Drossel (Induktivität) zwischen Gleichrichter und Elko zu schalten. Der Sinn der Drossel ist es dann vor allem die Strompulse aus dem Trafo zu verbreitern, so dass man weniger Verluste in den Trafowicklungen hat. Mehr als Nebeneffekt reduziert sich auch schon die Restwelligkeit am Ladeelko, denn der Strom kommt über eine längere Zeit. Beliebt war diese Schaltung vor allen bei alten Röhrengeräten als große Elkos teuer waren und es noch keine Regler gab. Sonst findet man die Form auch immer noch bei großen Leistungen, so ab 1 kW. Auch die meisten billigen Ladegräte für 12 V Atobatterien haben die zusätzliche Induktivität hinter den Gleichrichter. Je größer die Leistung, desto interessanter wird es eine Induktivität zu nutzen, denn desto effektiver werden die Spulen und desto stärker werden die Strompulse wegen der besser werdenden Trafos.

Dazu muß die Drossel aber schon etwas Größer sein. Für die hier vorgesehenen rund 10 A und 12 V schon etwa in der Größenordnung 1-5 mH. Das wird schon rein mechanisch eine rechtgroßes Teil sein, es kann einem aber etwa etwa 1/3 der Leistung des Trafos sparen. Man hat für die 16 V,10A also in etwa die Wahl zwischen einem etwa 300 VA Trafo ohne Induktivität oder ein 200 VA Tarfo (dann aber eher 15V) und der recht großen Induktivität.

Die Drossel hinter dem großen Elko nutzt nur etwas für wirkliche HF Störungen, aber nicht mehr für die 100 Hz/200 Hz die man am Elko vor allem findet. Die HF Störungen sollte man aber besser direkt an der Quelle abblocken und nicht erst am Netzteil.

[tobi.robotz]

Aso ok,

jetz hab ich dich Besserwessi. Aber je stärker man die Schaltung belastet desto mehr Leistung bleibt doch auch hier wieder an der Drossel "hängen" (hohe Stromänderung -> hohe Gegenspannung/XL).

[Besserwessi]

Mit der Drossel kriegt man eine etwas (ca. 30%) kleinere Spannung und auch eine stärker belastungsabhängige Spannung. Das sind die 2 negativen Seiten. Der Auf der DC seite größere Ausgangswiderstand ist der Hauptgrund für die Drossel bei Ladegeräten.

Dafür die die Spitzenströme deutlich kleiner und das Verhälnis zwischen millterem Strom am Ausgang und Effektivwert des Strom am Trafo wird deutlich besser. Gerade bei einem großen Trafo wird der Ausgangswiderstand des Trafos sehr klein und der Spitzenstrom des trafos wird dadurch sehr groß. Da kann dann der Spitzenstrom schon mal den 5 fachen Wert des miltleren Stromes ausmachen. Das gibt entsprechend viel Verluste im Trafo und auch den Elkos (Strombelastbarkeit). Einfach man simulieren und das Problem sollte klar werden. Für kleine Trafos unter etwa 100 VA bzw. 50 VA als Ringkern ist der Pulsstrom nicht so das Problem, das wirkt der Widerstand der Tafowicklung begrenzend.

Die Modernere Version ist es eine aktive Powerfaktor Korrektur zu machen. Das ist allerdings ein nicht ganz einfache Schaltung. Für größere Netzteile ist das sogar indirekt fast vorgeschreiben, denn anders kann man die Grenzwerte für die die Netzrückwirkung bzw. den Leistungsfaktor kaum einhalten.

[tobi.robotz]

ich habe gerade versucht die Drossel zu dimensionieren. Da ich aber den Einsatz der Drossel in der Form, in der Besserwessi sie beschrieben hat nicht kannte, hats nicht so hingehauen. Die Drossel dient ja nur dazu die Strompulse zu verbreitern, denn damit der Strom sauber auf 70% integriert wird, bräuchte man eine Zeitkonstante, die mindestens so groß ist wie die Impuszeit also 10ms. Damit ist man schon im 10stelligen mH-Bereich. (Also der totale Schmarn) Wie kommt man auf den Wert der Drossel?

[Besserwessi]

Wie schon gesagt, soll die Drossel den die Strompulse verbreitern. Ganz auf 10 ms braucht man nicht gehen, wenn man auf etwa 5 ms kommt ist das schon recht gut. Als grobe Größenordnung L = U * tau / (2*I). Der Faktor 2 beim Strom kommt dadurch das der Spitzenstrom ja trotz drossel noch deulich über dem Mittel bleiben wird, Außerdem ist ja auch die Spannung nicht gleich ganz weg. Eine ganue Formel habe ich da aber auch nicht. Für das Beispiel hier mit 12 V, 10 A und für etwa 5 ms, kommt man da auf 3 mH.

[tobi.robotz]

jo ok. stimmt. Ich habe also mit meinem Dimensionierungsversuch die Funktion der Spule etwas verfehlt. Da ich von einer "Glättungsspule" ausgegangen bin. Aber zum Glätten (wobei die Spule mit den verbreiterten Strompulsen unterstützt) ist ja auch noch der nachgeschaltete Kondensator da. Die Überschlagsformel find ich eigentlich recht gut und praktikabel. Der Erbsenzähler kanns vermutlich auch irgendwie mit der Formel der e-Funktion ausrechnen.