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Technische Informationen und Hinweise

 

 

Begriffe und Anforderungen

Die nachfolgenden Begriffe und Anforderungen sind in Bezug auf der im Katalog aufgeführten Induktivitäten nur ein kleiner Teil aus der Vielfalt, die zu benennen wäre. Darum haben wir uns für die für Ihre Auswahl relevanten Begriffe und Anforderungen beschränkt. Weitere Informationen sind selbstverständlich über unser Haus erhältlich.

 

Transformatoren allgemein

Ein Transformator ist ein statisches Gerät mit zwei oder mehreren Wicklungen, das durch elektromagnetische Induktion ein System von Wechselspannung und Wechselstrom, gewöhnlich mit verschiedenen Werten bei derselben Frequenz, zum Zwecke der Übertragung elektrischer Energie umwandelt (Ref: VDE 0570, IEV 421-01-01).

 

Isolation

Die konstruktiven Unterschiede von Transformatoren werden grundsätzlich durch ihren vorgesehenen Einsatz bestimmt. Entsprechende Anforderungen sind in den Installations- und Gerätenormen (z.B. VDE 0100, VDE 0113, VDE 0700, VDE 0800) und den Transformatorennormen (z.B. VDE 0550, VDE 0551, VDE 0570) festgelegt.
Ein wichtiges Auswahlkriterium ist der Isolationsaufbau zwischen Ein- und Ausgangsstromkreisen:

Induktivität	für Schutzmaßnahme	Anforderung	Isoliersystem Pri-Sek
Trenntransformator	Schutztrennung	„hoch“ sichere Trennung	doppelte o. verstärkte Isolierung
Sicherheits- transformator	Schutzkleinspannung	„hoch“ sichere Trennung	doppelte o. verstärkte Isolierung
Netztransformator	(getrennte Wicklung)	„niedrig“ nicht sichere Trennung	Basisisolierung
Steuer- transformatoren	Schutzerdung	„niedrig“ nicht sichere Trennung	Basisisolierung
Spartrans- formatoren	(keine getrennte Wicklung)	keine galvanische Trennung	-

Transformatoren mit getrennten Wicklungen

Bei diesen Transformatoren besteht keine leitende Verbindung zwischen den einzelnen Wicklungen. Diese sind galvanisch getrennt.

 

 

Anzapfungen

Transformatoren können sowohl primär- als auch sekundärseitig mit Anzapfungen ausgeführt werden.
Anzapfungen der Primärseite dienen der Anpassung und Verwendung des Transformators an verschiedenen Netzspannungen. Der Mehrbedarf an Wickelraum erfordert hier häufig das Ausweichen auf die nächstgrößere Transformatoren-Type. Bei Netzanpassungen von ca. 5% bedarf es dieser Vergrößerung nicht.

 

 

Weiterer Wickelraumbedarf tritt ebenfalls nicht ein, wenn eine zweite Primärspannung halbiert die erste ergibt (z. B. 115 V – 230 V).

Durch Serien- bzw. Parallelschaltung von zwei gleichen Wicklungsteilen läßt sich die Verwendbarkeit des Transformators für beide Sekundärspannungen bei voller Leistung erzielen. Angegebene Polarität beachten!

 

 

Bei mehreren Sekundärspannungen wird die Nennsekundär–Stromstärke aus der höchsten Sekundärspannung errechnet. Die Anzapfungen können daher nur mit der aus Leistung und höchster Sekundärspannung errechneten Stromstärke belastet werden.
Wird für verschiedene Sekundärspannungen jeweils die volle Leistung gefordert, so ist die Leistung oder die Stromstärke einzeln anzugeben. Dies bedeutet weiteren Platzbedarf und eventuell den Einsatz der nächstgrößeren Transformatoren-Type.

 

Transformatoren mit Sparwicklung

Bei Sparwicklung besteht leitende Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Die Ausgangsleistung wird teilweise induktiv und teilweise durch Stromleistung übertragen. Hierdurch verringert sich die Baugröße gegenüber Transformatoren mit getrennten Wicklungen zum Teil beachtlich. Sie wird um so kleiner, je geringer die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ist.

 

 

 

Betriebsarten

Alle Standard-Transformatoren unserer Fertigung sind für Dauerbetrieb S1 ausgelegt. S1-Betrieb liegt vor, wenn ein Transformator mit dem thermisch zulässigen Nennstrom und den übrigen Nennwerten eine beliebige Zeit > 10min betrieben wird. Die Angabe entspricht 100% ED (Einschaltdauer).

 

Kurzzeitbelastung (Standard S3 bei Angabe der ED in %) - Die Einschaltdauer errechnet sich wie folgt:

 

 

Spieldauer = Dauer der Pause + Dauer der Belastung; Die Dauer der Belastung darf 10 min. nicht überschreiten.

 

Die Typenleistung bei Kurzzeitbelastung errechnet sich wie folgt:

 

 

Darüber hinaus gibt es die weiteren Betriebarten S2 (Einmalbelastung mit langer Pause), S4, S5 (Aussetzbetrieb AB), S6 (Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung DAB), S7 (Ununterbrochener Betrieb mit Abweichungen vom Nennstrom zu Beginn und/oder Ende der Spieldauer) sowie S8 (wie S7, jedoch Abweichungen vom Nennstrom beliebig oft in festgelegter Dauer und Höhe während eines Zyklus (Spiel)). Wir fertigen für diese Betriebsarten auf Anfrage.

 

Leistung

Alle Leistungsangaben beziehen sich auf die sekundärseitig abnehmbare Leistung in VA bzw. kVA bei Dauerbetrieb, Erregung mit Nennspannung, Nennfrequenz, cos. phi = 1, einer Umgebungstemperatur von max. 40°C und einer Aufstellhöhe bis 1000 m über NN.
Sie errechnet sich als Produkt aus Nenn-Sekundärspannung (Volt) und Nenn-Sekundärstrom (Ampere) zu VA oder kVA.

 

Leistungsreduktion in Abhängigkeit von der Aufstellhöhe

 

 

 

Kurzzeitleistung (KB) eines Transformators

In Steuerkreisen mit überwiegendem Leistungsbedarf durch Schütz- und Relaisspulen erfolgt die Auslegung des Steuertransformators nach der möglichen Kurzzeitbelastung KB (Anzugsleistung der Spule) bei einem cos w = 0,5 und einem Spannungsabfall von maximal 5%.

 

Frequenz

Die im Katalog aufgeführten Transformatoren sind zur Verwendung in einem Netz mit Nennfrequenz 50 – 60 Hz geeignet. Das Leistungsschild trägt die Angabe 50/60 Hz. Die genannten Verluste, Spannungsabfälle und Wirkungsgrad beziehen sich auf die Nennfrequenz 50 Hz. Bei von 50 Hz abweichenden Frequenzen ändert sich die Typenleistung nach folgender Tabelle:

 

 

In Netzen mit 60 Hz ist die Nennleistung nicht zu überschreiten, wenn ein normaler Transformator mit der Leistungsschild-Angabe 50/60 Hz vorliegt.

 

Erwärmung

Für ungehinderten Zutritt der Kühlluft ist zu sorgen. Für höhere Umgebungstemperaturen als 40°C muß die Nennleistung entsprechend folgender Tabelle vermindert werden:

 

 

Temperaturerhöhung

Grundsätzlich können die Transformatoren unter Einhaltung der höchstzulässigen mittleren Temperaturerhöhung kurzzeitig mit höherer Leistung betrieben werden, wenn die vorausgegangene Dauerbelastung niedriger als 100% war.
Überlasttabelle:

 

 

Temperaturen

Ein Transformator hat unter Nennbedingungen Verluste, die in Wärme umgesetzt werden. Diese “Eigenerwärmung” bzw. “Übertemperatur” ist gemäß der Normen anhand der Isolierstoffklasse des eingesetzten Isoliermaterials, unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur an Grenzwerte gekoppelt. Diese Werte betreffen die Wicklung und die damit in direkter Verbindung stehenden Bauteile. Die nachstehende Tabelle bezieht sich bei den Übertemperaturen auf die mittlere Temperaturerhöhung und einer Umgebungstemperatur von 40°C.
Je nach Isolierstoffklasse kann gemäß der Normen der “Heißpunkt” zwischen der Klasse A um 5K und der Klasse H um 15K über dem nachstehenden Tabellenwert liegen. Wir fertigen auf Wunsch in allen aufgeführten Isolierstoffklassen.

 

 

Wir empfehlen, Isolierstoffklasse H wegen des schlechten Wirkungsgrades nicht einzusetzen.

 

Kurzschlußfestigkeit

Transformatoren werden nach der Art der Kurzschlußfestigkeit (Ref.: VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) unterteilt:
Ein kurzschlußfester Transformator ist ein Transformator, bei dem die Temperatur festgelegte Grenzwerte nicht überschreitet, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen ist, und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterhin alle Anforderungen der oben genannten Norm erfüllt.

 

• Ein unbedingt kurzschlußfester Transformator ist ein kurzschlußfester Transformator ohne Schutzeinrichtung, bei welchem die Temperatur bei Überlast oder im Kurzschluß die festgelegten Grenztemperaturen nicht überschreitet und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterbetrieben werden kann.
  Hinweis: Physikalisch bedingt lassen derartige Transformatoren nur Konstruktionen mit geringer Bemessungs-Leistung bis ca. 4VA zu. Der Leerlaufspannungs-Faktor kann dabei einen Wert bis 2 annehmen. Die Kurvenform der Ausgangsspannung kann von der Sinusform abweichen. Unbedingt kurzschlußfeste Transformatoren müssen nicht zwangsläufig dauerkurzschlußfest sein.
• Ein bedingt kurzschlußfester Transformator ist ein kurzschlußfester Transformator mit einer eingebauten Schutzeinrichtung, die den Stromkreis öffnet oder den Strom im Eingangs- oder Ausgangskreis begrenzt, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen wird.
  Hinweis: Beispiele für Schutzeinrichtungen sind Sicherungen, Überlastauslöser, Temperatursicherungen, selbsttätig oder nicht selbsttätig zurückstellende Temperaturbegrenzer, Kaltleiter und automatisch mechanisch auslösende Schutzschalter.
  

 

Ein nicht kurzschlußfester Transformator ist ein Transformator, der dazu bestimmt ist, gegen übermäßige Temperatur durch eine Schutzeinrichtung geschützt zu werden, die nicht im Transformator eingebaut ist.
Hinweis: Falls nicht anders vereinbart, so erfolgt der Schutz des Transformators durch Maßnahmen des Bestellers.

 

Absicherung

Zur Absicherung eines Transformators sind folgende Punkte zu beachten.

 

• Die Auswahl der Sicherungsmedien wird bestimmt durch deren Bemessungsdaten wie zulässiger Spannung und Strom, sowie deren Auslösekennlinie und Abschaltvermögen.
  Hierbei ist zu beachten, daß je nach Sicherungsauswahl eventuell ein back-up Schutz (Vorsicherung) vorgesehen werden muß, um das ganze Strom/Zeit Spektrum abzudecken.
• Zur Benennung des Sicherungswertes muß im Regelfall zwischen der Primärseite und der Sekundärseite eines Transformators unterschieden werden.

Die „sichere Auslösung“ einer Sicherung in Verbindung mit einem Transformator läßt sich am einfachsten über die Sekundärseite realisieren, da der Bemessungsstrom nahe dem Nennstrom der Sicherung ausgewählt werden kann. Diese schützt dann den Transformator zuverlässig vor Kurzschluß und einer zu hohen Überlast am Ausgang. Der Überstromschutz eines Transformators z. B. bei einem Windungsschluß läßt sich nur über die primärseiteige Sicherung realisieren. Allerdings ist der Sicherungswert aufgrund des Einschaltrushes im Regelfall mehrfach höher zu bemessen, wie es der Bemessungsstrom des Transformators verlangen würde. Deshalb stellt diese Sicherung lediglich einen Kurzschlußschutz dar und weniger ein Überlastschutz.

Hierzu können jedoch Hilfsmittel wie Einschaltstrombegrenzer Abhilfe schaffen, um den Sicherungswert nahe dem Bemessungsstrom des Transformators zu wählen.

 

Es besteht ein kausaler Zusammenhang zwischen Sicherungswert, Sicherungsart, (große) Leitungslängen, Umgebungstemperatur und der zulässigen Temperatur des Transformators (gem. Norm), um optimale Schutz- und Betriebszustände zu erreichen. Die empfohlenen Sicherungswerte auf den Typenschildern und Datenblättern unserer Transformatoren beziehen sich ausschließlich auf den Schutz des Transformators und sind unmittelbar nach bzw. vor dem Trafo zu plazieren. Bei abweichenden Nennbedingungen (z.B. Umgebungstemperatur), sind die Sicherungswerte zu korrigieren. Unsere Sicherungsempfehlungen basieren vorrangig auf Geräteschutzsicherungen (Schmelzsicherungen), Automaten und Motorschutzschaltern. Einen optimalen Schutz bieten die auf dem Markt befindlichen Trafoschutzschalter, da diese auf die Einschaltcharakteristik eines Transformators abgestimmt sind.
Hinweis: Bei primärseitiger Absicherung von Ringstelltransformatoren und Transformatoren mit mehreren Ausgangsspannungen oder Ausgangswicklungen ist die Stromübersetzung bei Überlast zu beachten.

 

Grenzwerte für Niederspannungsnetze nach DIN IEC 38

In der DIN IEC 38 „IEC-Normspannungen“ ist die Normspannung auf AC230/3AC400V festgelegt. Die Netztoleranz beträgt ±10%. Sie ist bei der Auslegung aller Riedel-Produkte berücksichtigt.

 

Grenzwerte für die Nenngleichspannung nach DIN EN 61131-2

Unabhängig von der Belastung und von der Schwankung der Netzspannungen nach DIN IEC 38 wird beim Einsatz von RIEDEL-Netzgeräten die elektronische Steuerung mit der zulässigen Betriebsspannung versorgt. Durch die enge magnetische Ankoppelung und die großzügige Dimensionierung sind RIEDEL-Netzgeräte spannungsstabil und halten die Grenzwerte für Gleichspannungen nach DIN EN 61131-2 ein.

 

Auszug aus der Norm:

Anmerkung 1:
Neben den Spannungstoleranzen für eine gesiebte/stabilisierte Gleichspannung ist eine Gesamt-Wechselspannungskomponente mit einem Spitzenwert von 5% der Bemessungsspannung zulässig. Die absoluten Grenzen liegen bei 30/19,2V Gleichspannung für 24V Gleichspannung und 60/38,4V Gleichspannung für 48V Gleichspannung.

 

Stromversorgungsgeräte mit Gleichstromausgang

Nach der Art der Versorgungsspannung unterscheiden wir zwischen Netzteilen (AC/DC-Wandlern) und DC-DC/Wandlern. Netzteile sind wechselstrom- bzw. drehstrombetriebene Stromversorgungen, DC/DC-Wandler sind gleichstrombetriebene Stromversorgungen.
Ladegeräte sind AC/DC- oder DC/DC-Wandler mit einer besonderen, der Batterie angepassten Ausgangskennlinie.

DC-USV, unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit Batterie im Gleichstromausgangskreis, können als Online- oder als Offline - Systeme realisiert werden.
Die Stromversorgung des Verbrauchers im Falle einer Offline-USV erfolgt im Normalbetrieb aus dem Versorgungsnetz über ein Stromversorgungsgerät, die Batterie wird über ein Ladegerät geladen. Beim Ausfall der Versorgungsspannung wird der Verbraucher auf die Batterie umgeschaltet.
Bei einem Online-System ist die Batterie auch während des Netzbetriebes ständig mit dem Verbraucher verbunden. Die eingestellte Ausgangsspannung ist mit der Batteriespannung identisch, z.B. 26,6V bei einem 24V-System.
Die Riedel-RDCUSV-Serie vermeidet die erforderlich hohe stabilisierte Ladespannung am Verbraucher im Normalbetrieb. Die analog gesteuerte Umschaltung auf den Batteriebetrieb erfolgt lückenlos und regelt die Ausgangsspannung auf den eingestellten Schwellenwert aus. Das von Riedel patentierte Ladesystem ermöglicht die Aufladung der Akkus ohne Hochsetzsteller und erzeugt keine EMV-Störungen.
Stromversorgungsgeräte für Niederspannung mit Gleichstromausgang werden in der EN 61204 definiert.

 

Ausgangsparameter

 

Ausgangsgröße
Die Ausgangsgröße ist bei Konstantspannungsbetrieb die Ausgangsspannung, bei Konstantstrombetrieb der Ausgangsstrom.

Nennausgangsspannung
Die am Anschlusspunkt zur Verfügung stehende Spannung. Anschlusspunkt ist bei Betrieb mit Sense-Leitungen direkt der Verbraucher, ansonsten die Buchsen des Gerätes.

Nennausgangsstrom
Der am Ausgang des Gerätes zur Verfügung stehende Strom, mit dem das Gerät auf Dauer betrieben werden kann.

Nennausgangsleistung P
Produkt aus Nennspannung mal Nennstrom. Bei Mehrfachausgang: die Summe aller Produkte.
Ausgangsleistungsreduzierung bei höheren Umgebungstemperaturen
Wird in %/K angegeben.

Parallelbetrieb und Reihenbetrieb der Geräte
Um die Ausgangsleistung zu erhöhen, können typgleiche Geräte parallel oder in Reihe geschaltet werden. Beim Reihenbetrieb sollte der Anwender die angegebene maximale Dauerspannung zwischen Ausgang und Gehäuse berücksichtigen.

 

Redundanz

• Beim Parallelschalten der Ausgänge von einzelnen Geräte wird nur eingeschränkte Redundanz erreicht. Kommt es im Primärkreis eines Gerätes zu einem Defekt, so übernimmt automatisch und unterbrechungsfrei das andere Gerät die vollständige Stromversorgung.
• 100% Redundanz erfordert Entkoppeldioden. Bei der RPL-Baureihe Leistungsklasse 125W und 250W bieten wir unseren Kunden interne Entkoppeldiode an (gegen Aufpreis), bei den übrigen Geräten ein externes Zusatzmodul mit Entkoppeldioden und Störmeldungen.

 

Einstellbereich der Ausgangsgröße
Begriff Einstellbereich ist nur für regelbare Geräte relevant.

• Der Einstellbereich wird bei der Nenn-Versorgungsspannung und bei der halben Nennlast angegeben. Der Anwender sollte darauf achten, dass mit einer Erhöhung der Ausgangsspannung in der Regel eine Reduzierung des Ausgangsstromes entsprechend der Nenn-Ausgangsleistung verbunden ist.
• Auflösung der Einstellung wird als relativer Wert in % angegeben.

 

Verändern der Ausgangsgröße

• Mit einem internem Potentiometer.
• Mit einem externem Potentiometer.
• Mit einem Analogeingang wie z.B. 0 – 0VDC oder 4 – 20mA.

 

Periodische und nichtperiodische Abweichungen = Welligkeit und Rauschspannung

• Niederfrequenzrauschen = Netzbrummen. Spielt bei DC/DC-Wandlern keine Rolle, ist nur beim Anschluss des Gerätes an Wechselstrom- bzw. Drehstromnetz relevant.
• Schaltrauschen. Nur Schaltfrequenz und ihre Oberschwingungen
• Gesamtrauschen einschließlich Überschwingspitzen (Verwendung von Messgeräten mit ausreichender Bandbreite erforderlich).
  

 

Netzausregelung
Relative Änderung der Ausgangsgröße, in % für den festgelegten Bereich der Versorgungsspannung und -frequenz bei konstanter Last, nach der Norm bei 50% der Nennlast. Netzausregelung von 0,1% bei einer Ausgangsspannung von 24VDC bedeutet, dass die absolute Änderung der Ausgangsspannung bei der Änderung der Versorgungsspannung von minimalen bis maximalen Wert ist (0,1% x 24V)/100% = 24mV.

 

Lastausregelung

Relative Änderung der Ausgangsgröße, in % für den festgelegten Belastungsbereich bei der konstanter Versorgungsspannung. Die Angabe erfolgt für den ungünstigsten Wert der Versorgungsspannung.

 

Temperaturkoeffizient

Relative Änderung der Ausgangsgröße, in %/K für den festgelegten Temperaturbereich.

 

Ausgangsgrößetoleranz

Wird für die Geräte mit festen Ausgängen bei Nenn-Versorgungsspannung und bei der halben Nennlast in % angegeben.

 

Dynamisches Verhalten bei Laständerungen für den festgelegten Bereich

• Ausgangsgrößeabweichung ist die maximale Änderung der Ausgangsgröße, festgelegt als ein Prozentsatz, die durch eine Laständerung verursacht wurde.
• Erholzeit (Ausregelzeit) ist die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Lastsprunges und dem Zeitpunkt, ab dem die Ausgangsgröße in das festgelegte Toleranzband zurückkehrt.
  Die Anstiegs- und Abfallflanken der Laständerung sollten geringer als ein Zehntel der festgelegten Erholzeit sein.

 

Ausgangs-Überstromschutz

• Konstantstrom-Kennlinien
• Rückfall-Kennlinien
• Auslöser-Kennlinien
• Kurzschlusssichere Kennlinien (nicht gegen dauernde Überlastung geschützt).

Unsere Linearregler realisieren Rückfall-Kennlinien. Unsere getakteten Geräte haben kurzschlusssichere und überlastsichere Kennlinien.

 

Ausgangs-Überspannungsschutz

• Schutzschaltung mit Kurzschluss des Ausgangs
• Elektronische Sperre
• Sperre mit „Rückstell“-System

 

Die meisten unserer Geräte haben am Ausgang eine Durchbruch-Schutzschaltung.

Eingangsparameter

 

Nennspannung

Normwert der Versorgungsspannung, für den das Gerät ausgelegt ist.

 

Spannungsbereich

Vom minimalen Wert der Spannung bis zum maximalen Wert.

 

Versorgungsstrom

• Effektivwert des Versorgungsstromes
• Scheitelwert des Versorgungsstromes (nur Wechselstrom- bzw. Drehstromquellen).
• Höchst-Einschaltstoßstrom. Der Ladestrom der Entstörkondensatoren in der ersten Millisekunde ist nicht zu berücksichtigen.
• Der Oberschwingungsgehalt der Versorgungs-Wellenform.

 

Leistungsfaktor (nur Wechselstrom- bzw. Drehstromquellen)

Leistungsfaktor l ist das Verhältnis der Wirkleistung PE und Scheinleistung SE am Eingang.
l = PE / SE
Sind Spannung und Strom sinusförmig, so ist der Leistungsfaktor gleich dem cos w zwischen Spannung und Strom. Da die Netzteile am Eingang eine pulsförmige Stromaufnahme aufweisen gilt:
l = c * cos j
c - Verzerrungsfaktor des Versorgungsstromes
Verzerrungsfaktor c ist das Verhältnis des Effektivwertes der Grundwelle und des Effektivwertes des gesamten Stromes.

 

Wirkungsgrad

Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Wirkleistungen am Ausgang und am Eingang:
h = PA /PE,
PA - Wirkleistung am Ausgang
PE - Wirkleistung am Eingang

 

Netzausfallüberbrückungszeit (Haltezeit)

Diese Zeit wird in der Norm als Verweilzeit (Abschalt-Abkling-Zeit) bezeichnet und sollte bei Nennausgangsspannung und -leistung und der Mindestversorgungsspannung +10% angegeben werden.