Spanningsregelaar
De ferro spanningsregelaar
Electriciteit
Root server » TechTalk » Electriciteit » Wisselspanning » Transformatoren » ferroresonante transformator

De ferroresonate transformator is een speciale type regeltransfo die de spanning automatisch stabiliseert. Het toestel is gebaseerd op de saturatie van een transformatorkern.
-

-

De spanningsregelaars werden veelvuldig gebruikt in de jaren 1960 toen de zwart-wit televisies op de markt kwamen. De netspanning was meestal onvoldoende stabiel, zeker als je op het einde van de lijn aangesloten was (of als je op camping woonde). Om een betere werking van de televisie te hebben werd er een spanningsregelaar tussen het net en het toestel aangesloten.


Precisia Color 400
Geschikt voor kleurentelevisies
(die toen 400W verbruikten)

Het principe van de regelaar is gebaseerd op een transfo waarvan het secundair in saturatie werkt. Als de primaire spanning stijgt kan de secundaire spanning niet stijgen boven een bepaalde waarde, omdat de inductie in het secundair niet meer kan stijgen. De eerste stabilisatoren veroorzaakten een vervorming van voedingspanning (sinus), maar dit was niet van belang voor de aangesloten apparaten.

De saturatie mag enkel ontstaan aan secundaire zijde, aan primaire zijde moet de magnetische permeabiliteit maximaal blijven. Indien het primair circuit in saturatie zou gaan wordt er geen tegen-EMK opgewekt en is de primaire stroom niet meer beperkt. De ferro resonante regelaar bestaat daarom uit twee aangepaste transformatoren (of één enkele transformator met een aangepaste constructie).

Tussen primaire en secundaire gedeelte is er een shunt geplaatst zodat de primaire magnetische kring nooit in saturatie kan gaan. Een gedeelte van het magnetisch veld lekt dan ook weg via de shunt en wordt niet gebruikt, vandaar het lager rendement van de spanningsregelaar ten opzichte van een klassieke transfo. De secundaire kring heeft minder ijzer, zodat die gemakkelijker gesatureerd kan worden.

Om de vervorming van het signaal tegen te gaan heeft men doorgaans een extra secundaire wikkeling waarop er een condensator aangesloten wordt. Samen met de wikkeling ontstaat er een trillingskring die afgestemd is op de netfrekwentie. Door de afgestemde kring is het secundaire signaal weinig vervormd, zelfs al is het signaal aan primaire zijde vervormd. Nagenoeg alle regelaars die gebaseerd zijn op de saturatie van de secundaire kring zijn daarom ferro-resonant.

De stabilisator lijkt op een gewone transfo, maar met een beperkte koppeling tussen primair en secundair. Een condensator wordt aangesloten op de tweede secundaire wikkeling. Door de uitslingering ontstaat er een signaal dat sterk genoeg is om het secundair van de transfo te satureren. De secundaire spanning wordt dan beperkt door de saturatie van het ijzer.



De regelaar bestaat in zowel een "transformator" schakeling (met gescheiden primaire en secundaire kringen) als in "autotransfo" schakeling zonder galvanische scheiding.

Om een perfecte stabilisatie mogelijk te maken is er een compensatieregeling die een deel van de primaire spanning naar het secundair voert. Deze spanning is in tegenfase en zorgt voor een hoge mate van stabilisatie. Als de primaire spanning stijgt, dan stijgt ook de negatieve correctiespanning om zo de spanning aan de secundaire wikkeling beter te stabiliseren. Deze extra wikkeling wordt "Cor" of "compensating winding" aangeduid op het schema. De shunt is een magnetische kortsluiting van een deel van het magnetisch veld van het primair zodat er geen saturatie kan ontstaan.

De tweede schakeling heeft een gescheiden primaire en secundaire kring, dit is ideaal om storingen te onderdrukken.

We hebben een primaire wikkeling, en op hetzelfde juk wordt de compensatiewikkeling gelegd, die een proportionele spanning levert (proportioneel aan de ingangspanning, maar in tegenfase met de spanning op het secundair).

Op het satureerbare juk wordt de secundaire wikkeling gelegd, samen met de wikkeling die voor de ferroresonantie zorgt (deze wikkeling wordt niet belast). De spanning voor de belasting wordt afgenomen van de secundaire wikkeling (stabiele spanning) en van de compenserende wikkeling (spanning proportioneel aan primaire spanning maar in tegenfase).

De regelaars hebben talrijke voordelen:

  • De regelaars zijn eenvoudig en hebben weinig componenten die defekt kunnen gaan
  • De spanningsstabilisatie is zeer goed, een paar % aan secundaire zijde voor een spanningsvariatie van 30% aan primaire zijde, transfo 100% belast. Wenst men een betere stabilisatie, dan is het voldoende om een zwaardere regelaar te gebruiken (een stabilisatie van beter dan 1% is mogelijk).
  • De regelaar werkt ook als stroombegrenzer: de stroom wordt beperkt op 200% van de nominale waarde. Een zekering aan de uitgang is niet nodig en de transfo kan permanent in kortsluiting blijven zonder schade.
  • De regelaar beperkt de netstoringen (spanningspieken en dips). De regelaar werkt in beide richtingen: de storingen die aan secundaire zijde veroorzaakt worden worden volkomen onderdrukt (storingen door een motor met koolborstels, storingen door fase aansnijding,...)
  • De ferro-resonante regelaars kunnen stroom blijven leveren tijdens een micro-onderbreking (meer dan één periode, afhangend van de belasting). Dit is van belang als de voeding door een relais geschakeld wordt.
  • De regeling is ogenblikkelijk.

De ferro-resonante spanningsregelaar heeft ook nadelen:
  • Het rendement is middelmatig, d etransformator neemt constant vermogen op, zelfs als die onbelast werkt. De transfo kan zeer warm worden.
  • De regelaar moet overgedimensioneerd worden als de belasting kan veranderen (hoge startstroom). Dit kan een voordeel zijn voor bepaalde toepassingen waar de maximale stroom beperkt wordt tot een veilige waarde.
  • De regalaar moet ook overgedimensioneerd worden als men een hoge mate van regeling wenst (beter dan 1%). Door de overdimensionering is net nullastverbruik hoger.
  • De transfo werkt in saturatie, dit betekent dat de magnetische strooivelden groter zijn. Bij kritische toepassingen moet de transformator afgeschermd worden.
  • Het toestel is zwaar in vergelijking met solid state omvormers (maar kan onbegrensd overbelast worden).
  • De regelaar heeft een beperkte arbeidsfactor zoals alle transformatoren.
  • De uitgangsspanning hangt af van de netfrekwentie, met een verandering van de spanning van 1.5% bij een frekwentieverandering van 1%. De regelaar kan niet gevoed worden uit een stroomaggregaat (maar de stroomgroepen hebben doorgaans een eigen spanningsregeling).
  • De regelaar kan kleine oscillaties doen ontstaan aan secundaire zijde als de belasting een gelijkrichter + elko is. Deze oscillaties blijven echter beperkt tot de secundaire zijde.

De ferroresonante transformator werd vroeger gebruikt in batterijladers voor loodaccus omdat de transfo aowel de maximale stroom als de maximale spanning kon beperken, ongeacht de voedingsspanning die meer dan 20% kon variëren. Er bestonden toen enkel seleniumgelijkrichters, maar nog geen transistoren. Nadien zijn de voedingen uitgerust met gewone transformatoren en een getransistoriseerde regeling.

Huidig gebruik

De ferro-resontante stabilisatoren worden nog steeds gemaakt en toegepast in een aantal applikaties waarbij men optimaal gebruik maakt van de eigenschappen van de regelaar. De regelaar beschermt de voeding (primaire zijde) van de storingen aan secundaire zijde en houdt storingen aan primaire zijde tegen. Bij een overbelasting wordt de stroom gradueel beperkt zonder dat een zekering nodig is.

De ferro-resonante stabilisator kan gebruikt worden voor het voeden van hoogwaardige hifi installaties omdat de storingen optimaal onderdrukt worden. De regelaar beperkt echter het maximaal vermogen dat overgedragen wordt en de stabilisator moet geselecteerd worden om zeker het maximaal vermogen van de versterker te kunnen leveren. Bepaalde electronische voedingen (in de hifi installatie) zijn misschien niet compatibel met de regelaar.

Een veel voorkomende toepassing is de voeding van gevoelige apparaten op het boordnet van treinen. De spanning is niet stabiel omdat de stroom afgenomen wordt van een bovenleiding. Er kunnen spanningsdips, overspanningen en kortstondige spanningsonderbrekingen ontstaan. De ferro-resonante regelaar is de meest betrouwbare oplossing. De stabilisator wordt niet bij trams gebruikt omdat die doorgaans met gelijkspanning gevoed worden.

Vlamboogovens worden vaak gevoed via een ferro-resonante transformator. De koolstofelectrodes maken contact met ijzerafval. Een hoge stroom loopt door de kring om het ijzer te doen smelten. De stroom kan enorm veranderen en de transformator houdt de stroompieken tegen.

Publicités - Reklame

-