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Trasformatore risonante

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 14 apr 2017, 17:47

Recentemente ho avuto a che fare con un alimentatore industriale di grossa potenza degli anni '80 che all'epoca serviva ad alimentare vari carichi distribuiti su una vasta area a 30Vdc 30A e se ne potevano montare tanti in parallelo.

E' costituito molto semplicemente da trasformatore ponte e condensatore (170mF) senza stabilizzazione elettronica ma il trasformatore ha la particolarità di essere risonante a 50Hz.

Ho potuto vedere che il trasformatore ha uno shunt magnetico con traferro e che oltre al secondario di uscita ne ha anche un altro ad alta tensione (600V) collegato ad un condensatore da 10uF ad olio che lo rende risonante a 50Hz.

Notevole il fatto che la forma d'onda che arriva al ponte si discosta alquanto dalla sinusoide e tende ad avere i fronti più ripidi, è quasi un'onda quadra indipendentemente dal carico e questo riduce notevolmente il ripple sul condensatore elettrolitico.

Altro fatto notevole è che l'ampiezza della tensione in uscita è stabilizzata e si mantiene abbastanza costante con tensioni di ingresso da 150V a 230V (ho utilizzato un variac), anche sotto carico (prove fatte a vuoto e a 10A).

Ma la cosa più bella è che, con 10Acc in uscita, la forma d'onda della corrente al primario è praticamente sinusoidale.

Ho provato a guardare cosa capita togliendo il condensatore di risonanza: si nota una diversa forma d'onda, quasi triangolare con i fronti storti e caricando l'uscita la tensione cala mantenendo invariata quella forma d'onda.

Intuitivamente immagino sfrutti la sovratensione di risonanza al secondario che, essendo accoppiato lascamente al primario per la presenza dello shunt, può erogare una tensione anche diversa da quella che sarebbe dettata dal rapporto spire se lo shunt non ci fosse.

La stabilizzazione della tensione mi pare sia ottenuta come conseguenza della saturazione del nucleo, infatti il trasformatore ronza e scalda un po' anche a vuoto ma chi lo utilizzava mi ha detto che è normale.

Ho provato a cercare informazioni in rete ma non ho trovato gran che, se non la pubblicità di alcune ditte che ancora costruiscono quel tipo di alimentatori/stabilizzatori e per questo chiedo se c'è qualcuno che li conosca e che mi sappia spiegare come funzionano.
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[2] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 14 apr 2017, 18:17

Credo siano trasformatori ferrorisonanti, prova a cercare CVT, Constant Voltage Transformer. Se n'era parlato un po' di anni fa anche qui, thread Alimentatore "vintage".

Mi pare di avere qualcosa in proposito, se lo trovo te lo mando.

Una prima spiegazione sulla tensione del condensatore risonante. Quello che serve per far funzionare bene il sistema e` l'energia risonante, che viene immagazzinata nel condensatore. L'energia immagazzinata da un condensatore e` proporzionale a CV^2 mentre il volume e il costo del condensatore e` proporzionale a CV: se si deve immagazzinare energia meglio andare ad alta tensione. Ricordo un alimentatore (a bassa tensione) che doveva avere dei tempi di hold up lunghi che immagazzinava energia a 4kV!
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[3] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteKagliostro » 14 apr 2017, 19:08

Ma che bel thread !

Interessantissimo!

Ricordo che decenni orsono, l'unità centrale del CED dell'azienda dove lavoravo aveva degli strani problemi di autospegnimento nelle prime ore del mattino ma non sempre; dopo una serie di lunghe indagini si scoprì che la responsabile era una piccola centrale ENEL della zona che ad una certa ora del mattino (verso le 6:30) faceva una qualche manovra con una batteria di condensatori provocando un rapidissimo picco di tensione di circa 310 V sulla rete (rete 220 V vecchio tipo, fase - fase); per scoprirlo si dovette usare uno strumento registratore speciale che non ricordo più chi ci prestò.

A niente valse installare prima uno e poi, in sua sostituzione, un altro stabilizzatore elettronico; per risolvere alla fine installammo uno Stabilizzatore a Ferro Saturo (una bestiolina da 160 kg che portammo in 4, a mano, su per le scale) da 6 kVA che, a parte l'esplosione di un mastodontico elettrolitico, restò in servizio per svariati anni facendo il suo dovere in modo impeccabile (anche se la stanza era isolata ed insonorizzata il botto si sentì benissimo all'esterno).

Che durante il funzionamento si avverta un ronzio più o meno marcato è normalissimo per questo tipo di stabilizzatore.

Da un vecchio strumento da laboratorio, un Jerrold 900-B Sweep Generator, smantellato, ho recuperato questo:

P7240004.jpg


Jerrold PS 01.jpg


Ah, dimenticavo, tempo fa avevo letto questo:

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-9/voltage-regulation/

K

EDIT - Testo riformattato per renderne più agevole la lettura - Piercarlo
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[4] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteDarioDT » 14 apr 2017, 20:16

Bello, seguo anch'io!
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[5] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 14 apr 2017, 20:42

L'ho letto anch'io:
https://www.allaboutcircuits.com/textbo ... egulation/
Se ben mi ricordo, venivano venduti per l'alimentazione dei vecchi televisori a valvole.
Non lo sapevo, non penso mi sia utile in futuro, ma interessante. Grazie per averlo postato. O_/
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[6] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto Utenteedgar » 14 apr 2017, 21:08

MarcoD ha scritto:Se ben mi ricordo, venivano venduti per l'alimentazione dei vecchi televisori a valvole

C'era uno stabilizzatore accanto a ciascun televisore ai tempi. Di cosa ci fosse nel blocco di catrame interno però non c'era certezza, specie in mancanza di vibrazione :mrgreen:
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[7] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteKagliostro » 14 apr 2017, 23:45

Non vorrei che l'OP se ne avesse per la divagazione non molto tecnica ...

http://www.introni.it/pdf/Radiorama%201957_03.pdf

Prima pagina a destra

"Ecco quindi la necessità di ......."

Qui qualcosa di un po' più tecnico anche se non si entra moltissimo in dettagli

http://www.powerqualityworld.com/2011/04/constant-voltage-ferroresonant.html

http://www.electroncoil.com/ferroresonant_transformers.php

http://www.oltronix.nl/en/ferroresonant-principle

Qui qualcosa di decisamente più tecnico anche se non prettamente inerente la stabilizzazione

http://www.ece.mtu.edu/faculty/bamork/ee5220/Deal_FR.pdf

Forse questo è più attinente

http://coefs.uncc.edu/mnoras/files/2013/03/Transformer-and-Inductor-Design-Handbook_Chapter_11.pdf

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[8] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteJAndrea » 15 apr 2017, 9:11

Vi segnalo questo articolo: https://www.researchgate.net/publicatio ... ransformer
La presenza dello shunt magnetico tra primario e secondario permette ai due flussi concatenati dai due avvolgimenti di essere diversi.
In particolare la zona di circuito magnetico vista dal secondario è volutamente satura, perché vista la relazione E=4.44*n*phi*f, questo permette di mantenere la tensione secondaria costante.(poiché una volta raggiuntala condizione di saturazione il flusso praticamente non riesce più salire.)
Viceversa la restante parte di circuito magnetico non deve essere satura, per non far assumere valori intollerabili alla corrente magnetizzante primaria e per non avere pesanti distorsioni armoniche in corrente.
Per questo motivo è usato un avvolgimento ausiliario nella stessa zona del secondario, al quale è applicato un carico capacitivo che va a produrre un'ulteriore componente magnetizzante per saturare quella parte di nucleo.
Il sistema funziona impeccabilmente, l'unico neo è la presenza di una tensione praticamente trapezoidale a secondario.
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[9] Re: Trasformatore risonante

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 15 apr 2017, 10:58

Grazie a tutti per i link, Foto UtenteKagliostro l'ultimo del tuo elenco l'avevo già trovato ieri sera, mi sembra molto chiaro e istruttivo, anche Foto UtenteIsidoroKZ mi ha inviato dei link (un po' più tosti) che sto guardando

Foto UtenteJAndrea chiarissima la tua spiegazione che in due parole mi sembra abbia inquadrato completamente il funzionamento.

E' vero che la tensione trapezoidale al secondario può essere considerata un difetto ma solo negli stabilizzatori, negli alimentatori invece mi sembra sia un vantaggio.
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