Fehlersuche am Transformator

[Christian P. (e08008)]

Hallo miteinander,

es liegt mir ein Netzteil für eine CNC-Fräse vor, welches ersetzt wurde, 
da es in der Anlage zu Ausfällen kam. Mit dem neuen Netzteil (vermutlich 
nicht baugleich) funktioniert die Anlage wieder.

Zum "Problem"-Netzteil (Typenschild):
Eingangsspannung: wahlweise 230V oder 400V
Ausgangsspannung: 24V DC (ca. 600W), 35V DC, 230V Trapez

Der interne Aufbau besteht auf einem Transformator mit 
Zweiweggleichrichtung für die 24V und B2-Gleichrichtung für die 35V.

Im Leerlauf beträgt die Ausgangsspannung der 24V-Schiene ca. 26V.
Belastet man mit ca. 3 Ohm (ca. 200W) bricht die Spannung auf 18V ein. 
Das ist der Grund für den Ausfall der Anlage. Die 35V-Schiene und 230V 
Trapez werden nicht belastet.

Die 24V-Schiene wird mit 2x 47000µF gepuffert, die Kondensatoren haben 
noch volle Kapazität.

Folgende Vermutungen wurden aufgestellt:

- Kurzschluss der Sekundärwicklung, daher geringere Spannung? Jedoch 
zeigen beide Wicklungenshälften in Bezug zur Mittelanzapfung 17mOhm. Ein 
Kurzschluss würde doch für Asymmetrie sorgen?! Bild 186 und 187 zeigen 
die Spannungsverläufe vor dem Gleichrichter, jeweils in Bezug zur 
Mittelanzapfung. Bild 185 die Ausgangsspannung. Unter Belastung ergibt 
sich die Ausgangsspannung wie in Bild 182. Vor dem Gleichrichter wie in 
Bild 183 und 184.

- Schlechte Kopplung? Wie in Bild 182 bis 184 zu sehen ist die 
Gleichrichtung mit Siebung einwandfrei. Durch die großen Kapazitäten ist 
der Rippel sehr gering. Auf der anderen Seite wird die Sinusform der 
Ausgangsspannung stark "abgeschnitten". Ist der Trafo zu weich? Kann die 
Kopplung sich nach der Zeit verschlechtern?

- Kurzschluss der Primärwicklung? Kann es sein, dass durch einen Schluss 
in der Primärwicklung der Transformator  in die Sättigung gerät und 
nicht mehr ausreichend Energie übertragen kann? Dann wäre der Sinus im 
Leerlauf doch auch verzerrt? Strom und Spannung im Leerlauf sind auf 
Bild 190 zu finden. Eine leichte Sättigung ist zu erkennen, aber ich 
denke, das ist die übliche knappe Dimensionierung.


Überhaupt erscheint mir das Netzteil nicht angebracht für diesen 
Einsatz. Durch die ungeregelte Spannung sind doch Probleme 
vorprogrammiert.

Hat jemand eine Idee, weshalb es vom einen zum anderen Tag zum Ausfall 
kommt? Aus meiner Sicht ist nichts auffällig.

Bin für jeden Tipp dankbar.

[oszi40 (Gast)]

Mach mal ein Foto. Evtl. kennt einer das Ding näher.

[Falk B. (falk)]

@  Christian Post (e08008)

>      F0190TEK.png

Es wäre sinnvoll gewesen, die Namen der Bilder nach dem Inhalt zu 
wählen. So wird man ziemlich wuschig.

>Ausgangsspannung: 24V DC (ca. 600W),

Macht 25A, ganz ordentlich.

>Im Leerlauf beträgt die Ausgangsspannung der 24V-Schiene ca. 26V.

Klingt OK.

>Belastet man mit ca. 3 Ohm (ca. 200W) bricht die Spannung auf 18V ein.

Zu wenig.

>Die 24V-Schiene wird mit 2x 47000µF gepuffert, die Kondensatoren haben
>noch volle Kapazität.

Wie gemessen? Ausserdem reicht die einfache Messung nicht, der ESR kann 
durch Überlast und Wärme sich deutlich verschlechtert haben.

>- Kurzschluss der Sekundärwicklung, daher geringere Spannung?

Nö, dann wäre die auch im Leerlauf geringer.

>Kurzschluss würde doch für Asymmetrie sorgen?! Bild 186 und 187 zeigen
>die Spannungsverläufe vor dem Gleichrichter,

>Mittelanzapfung. Bild 185 die Ausgangsspannung. Unter Belastung ergibt
>sich die Ausgangsspannung wie in Bild 182.

Sehr wenig Ripple, das deutet eigentlich darauf hin, dass die Elkos OK 
sind.

>Ausgangsspannung stark "abgeschnitten". Ist der Trafo zu weich?

Nein, eher knapp dimensioniert, er geht schon leicht in die Sättigung.

> Kann die Kopplung sich nach der Zeit verschlechtern?

Hab ich noch nie gehört. Da müsst der Kern ja locker werden. Ist das ein 
normaler E-I Kern oder Ringkern? Bei letzterem ist es ausgeschlossen.

>- Kurzschluss der Primärwicklung? Kann es sein, dass durch einen Schluss
>in der Primärwicklung der Transformator  in die Sättigung gerät und
>nicht mehr ausreichend Energie übertragen kann?

Ein teilweiser Kurzschluss vielleicht.

> Dann wäre der Sinus im Leerlauf doch auch verzerrt?

Ja.

> Strom und Spannung im Leerlauf sind auf
>Bild 190 zu finden. Eine leichte Sättigung ist zu erkennen, aber ich
>denke, das ist die übliche knappe Dimensionierung.

Denke ich auch.

>Überhaupt erscheint mir das Netzteil nicht angebracht für diesen
>Einsatz. Durch die ungeregelte Spannung sind doch Probleme
>vorprogrammiert.

Nicht unbedingt. Die Motortreiber brauchen keine superglatte Spannung, 
die regeln die Ströme sowieso aktiv.

>Hat jemand eine Idee, weshalb es vom einen zum anderen Tag zum Ausfall
>kommt? Aus meiner Sicht ist nichts auffällig.

Mal den Spannungsabfall der Dioden geprüft unter Last? bzw. der 
Verdrahtung? Es sieht sehr danach aus, dass etwas hochohmig geworden 
ist, vielleicht weil eine Verbindung/Verschraubung locker war. Ich würde 
mal differentiell mit zwei Tastköpfen messen, unter Last.

MFG
Falk

[eProfi (Gast)]

Komisch, komisch,
die 26V im Leerlauf sind auch etwas wenig, ich würde hier 28-30V 
erwarten.

Kann es sein, dass der Kern locker geworden ist (Luftspalt)? Der hohe 
Sättigungsstrom spricht dafür.

Übergangswiderstände in den Verschraubungen könnten es auch sein.

Brauche mehr Input (brummt es laut, wird etwas warm?).
Wie sieht der Eingangsstrom unter Belastung aus? Ist das Netz steif?
Mache das Bild 190 nochmal mit der 3 Ohm-Last.

Bei 24V halte ich Mittelpunktschaltung nicht mehr für angebracht. Kannst 
Du auf Vollweggleichrichtung umstellen (geht nur, wenn der Mittelpunkt 
der Wicklungen auftrennbar ist)?

[Christian P. (e08008)]

Hallo,

vielen Dank für die raschen und hilfreichen Antworten!

@oszi40: Bild siehe Anhang. Genaue Bezeichnung des Netzteils: NGKA 
2525/3503 (625W/105W).

Verbesserung meines ersten Postings: Das Netzteil muss sogar 25V 
liefern. Ohne Last messe ich 25,1V. Die Spannung ist definitiv zu 
gering.

@Falk Brunner: ESR wurde in Parallelschaltung mit 6,8mOhm gemessen, die 
Kapazität zu 88,7mF (bei 100Hz). Der geringe Rippel bestätigt, dass die 
Elkos in Ordnung sind.
Die Dioden zeigen 0,8V Spannungsabfall mit Last. Die gesamte Verdrahtung 
von Gleichrichter bis Anschlussklemme wurde überprüft und zeigt einen 
Widerstand von weniger als 3mOhm.

@eProfi: Der Kern ist vergossen und zeigt keine Beschädigung. Ein paar 
Schläge mit dem Gummihammer haben keine Veränderung gezeigt. Brummen tut 
er jedoch recht heftig. Erwärmung konnte ich keine feststellen. Im 
Anhang nochmals die Messung ohne Last  -> Bild 204, C1: Primärstrom C2: 
Eingangsspannung C3: Spannung an einer Hälfte der Sekundärwicklung C4: 
Ausgangsspannung. Und mit Last(2,4Ohm) -> Bild 205

Zusätzlich im Anhang noch der Schaltplan, wie ich ihn anhand der 
Verkablung vermute. Interessant, dass eine Wicklung extra für die 
Blindstromkompensation vorhanden ist, kann das sein? Bild 203 zeigt den 
Transformator ohne Beschaltung (keine Kondensatoren, keine Dioden) C1: 
Primärstrom C2: Eingangsspannung C3: Spannung an einer Hälfte der 
Sekundärwicklung C4: Spannung an der anderen Hälfte der Sekundärwicklung

Vielleicht kann jemand mit den Informationen etwas anfangen und hat mir 
einen heißen Tip. Würde schon gerne wissen, was da los ist ;)

Danke im Voraus.

[oszi40 (Gast)]

1.Systematisch alles abklemmen. Ob sich dann die Spannung bessert?

[Dieter W. (dds5)]

Die Technik des Trafos mit der durch ein Streujoch getrennten Wicklung 
und die kapazitive Belastung mit 2x10µF erinnert mich an die Schaltung 
von sogenannten Konstanttrafos, die haben eine stabilisierende Wirkung 
auf magnetischer Basis.

Miss doch mal ob die Kondis an der 230V sekundär noch ihre Kapazität 
haben.

[Christian P. (e08008)]

@oszi40: In Bild 203 Ch3 und Ch4 siehst du die Spannungsverläufe ohne 
irgendwelche Beschaltung. Bereits hier liegt die Scheitelspannung nur 
knapp über der angegebenen DC Ausgangsspannung. Ist doch verdächtig?

@Dieter Werner: Über den Einfluss der 2x 10µF Kondensatoren habe ich mir 
bis jetzt keine großen Gedanken gemacht. Ich konnte nur feststellen, 
dass sich das Abklemmen dieser nicht bemerkbar gemacht hat. Werde das 
morgen sofort untersuchen. Hast du mir noch etwas Informationen zum 
Konstanttrafo? Google sagt zu dieser Bezeichnung nicht viel.

Danke euch!

[MaWin (Gast)]

Durch Bild F0190TEK hätte ich vermutet: Der Trafo geht in Sättigung.
Mit schaltplan_netzteil_ngka ist klar, daß soll er.

F0182TEK zeigt daß die Spannung vollkommen sauber ist, eigentlich zu 
sauber für eine Belastung von 200W.

Also bleiben nur die 10uF Kondensatoren.

[Ben _. (burning_silicon)]

Wie wäre es denn mit der Verwendung eines Schaltnetzteils für die 24V?

[Andrew T. (marsufant)]

Die Abbildung zeigt eindeutig einen Kontstantspannungstrafo mit 
Streujoch und den zugehörigen Kapazitäten für den Resonanzkreis.
Dieter hat das exakt richtig beschrieben.

Das erklärt die trapezförmige Spannung, denn diese ist typisch für diese 
Technik.

Allerdings reagieren derartige Trafos sehr sensibel auf Abweichung von 
der spezifizierten Nennfrequenz.

@TE: Du hast nicht zufällig ein 60Hz Netzteil erwischt?

Was ergab die Kapazitätsprüfung der 10uF Papierkondensatoren?

Wenn noch nicht durchgeführt, Cap-Meter dran und messen.

[Andrew T. (marsufant)]

Ben _ schrieb:
> Wie wäre es denn mit der Verwendung eines Schaltnetzteils für die 24V?

Wenn man dessen geringere MTBF mag.

[Christian Post (Gast)]

Guten Morgen!

Vielen Dank für eure Hilfe, die Kondensatoren haben tatsächlich keine 
Kapazität mehr. Werde sofort neue bestellen und berichten. Zum meiner 
Schande habe ich auch wieder Fehlinformation verbreitet. Es handelt sich 
um um 2x 20µF, der Aufdruck ist nur schwach zu erkennen. Das Prinzip 
bleibt jedoch das gleiche.

Hat jemand eine gute Quelle für weitere Informationen und evtl. 
Beispielrechnungen zum Konstantspannungfstrafo? Über die Einsatzgebiete 
eines Transformators mit reduzierter Kopplung bin ich mir im Klaren. Der 
Resonanzkreis mit den Sekundärkapazitäten ist mir neu.

Gruß!

[oszi40 (Gast)]

Kleiner Ausflug ins Radiomuseum beschribt die  Funktionsweise einer 
"Konstanze".

Man liest dort u.a.: Magnetische Spannungskonstanthalter:  "Er besteht 
im wesentlichen aus zwei in Reihe geschalteten Drosseln Dr1 und Dr2. Die 
Drossel Dr1 ist im normalen Betriebsbereich ungesättigt. Die am Ausgang 
des Gerätes liegende Drossel Dr2 ist dagegen hochgesättigt, so daß die 
an dieser Drossel auftretenden geringen Spannungsschwankungen große 
Stromänderungen verursachen, die noch durch einen entsprechend 
ausgelegten Kondensator C verstärkt werden. Schwankungen der 
Eingangsspannung wirken sich demnach bis zu einem gewissen Grade stets 
nur an der ungesättigten Drossel aus, während die Spannung an der 
gesättigten Drossel bei Spannungsschwankungen nahezu konstant bleibt."

Damit sind die 10uF die Frage.

[Harald W. (wilhelms)]

Christian Post schrieb:

> Hast du mir noch etwas Informationen zum Konstanttrafo?

Such nach magnetischer Spannungskonstanthalter.
Gruss
Harald

[Andrew T. (marsufant)]

Christian Post schrieb:
> Hat jemand eine gute Quelle für weitere Informationen und evtl.
> Beispielrechnungen zum Konstantspannungfstrafo? Über die Einsatzgebiete
> eines Transformators mit reduzierter Kopplung bin ich mir im Klaren. Der
> Resonanzkreis mit den Sekundärkapazitäten ist mir neu.
>
> Gruß!

www.huckauf.de/pdf/MAG%20SPAKO-3000VA.pdf

www.schuntermann.de/de/produkte/magspan.html

www.voltage-stabilizer-sb.com/de/magspannung.html


Sollte für den Anfang reichen .-)

[Christian P. (e08008)]

Hallo,

lange hats gedauert bis die Kondensatoren endlich eingebaut wurden, aber 
das Netzteil funktioniert wieder dank eurer Hilfe!

Nun beträgt die Leerlaufspannung 26V, bricht bei 250W Last auf 25,2V 
ein. Einwandfrei!

Als Anlage noch eine Aufzeichnung der Spannungen und Ströme. 
C1=Eingangsspannung, C2=Ausgangsspannung (vor Gleichrichtung), 
C3=Eingangsstrom. Aufzeichnung 212 mit 250W Last, Aufzeichnung 213 im 
Leerlauf.

Vielen Dank nochmal!