ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Betrieb, Bau und Modifikation von Netzteilen.
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medusa
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ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Beitrag von medusa » Sa 22 Nov, 2014 10:45 pm

N'abend Freax.

Ich hab in den vergangenen Tagen mal etwas mehr an meinem dicken ZPS.02 Schaltnetzteil rumgemessen, weil mich der Wirkungsgrad interessiert. Grund dafür ist, daß sich Kondenswasser bildet, wenn ich das Teil in den Kühlkreislauf für den Kopf mit reinhänge, weil unser Leitungswasser eiskalt ist und ich nicht sparsam damit bin, um die Röhren möglichst zu schonen. Deswegen möchte ich, wenn das praktikabel ist, das SNT aus einem getrennten Reservoir mit gemäßigterer Temperatur kühlen. Ich fühle mich auf die Dauer nicht wohl mit Kondenswassertropfen in einem Gerät, das unter Freunden in der Größenordnung von 5kW elektrischer Leistung rumwerkelt.

NB für alle, die das nicht sofort parat haben: das ZPS.02 ist ein mit 44kHz getakteter zweistufiger Abwärtswandler, der aus einer Phase a 230V/32A über einen sehr mopsigen Gleichrichter (90A) und eine fette Elko-Phalanx gespeist wird. Die Gleichrichterdioden und die Powermosfets und Spulen des Wandlers sind auf je eine wassergekühlte Platte geschraubt.

Gut, folgender Aufbau: ich kühle den Kopf (ALC909, wahlweise Argon oder Krypton) wie gehabt aus dem Waschmaschinenanschluß und das SNT getrennt aus einem Reservoir (10l Wassereimer mit Teichpumpe). Temperaturfühler in den Eimer, damit bei 30 Grad Schluß ist. Stromzange um die Phase, und Meßgeräte für den Gleichstromausgang hab ich ja sowieso dran.
Das Ergebnis war etwas überraschend. Über die Temperaturerhöhung pro Zeit kriegt man die Verlustleistung raus, die in den Wassereimer geht. Das ist viel weniger, als ich erwartet habe und proportional nur zum Strom, nicht der Leistung. Beispielsweise steigt bei 13A Anodenstrom die Wassertemperatur mit 7.5°/h, egal ob ich den Krypton (Brennspannung 236V) oder den Argon (Brennspannung 164V) 909er dranhängen habe. Nebenbei bemerkt entspricht die Leistung, die in den Eimer geht, in diesen Fällen rund 80W.
Aus der Phase werden in diesem Fall 20.5A (Kr) beziehungsweise 14.8A (Ar) gezogen.

Wenn einer von euch mehr von den Daten sehen will, ich tippe hier gerne ein paar der Zahlengräber ein.

Wenn ich jetzt Strom*Spannung, die reingehen, mit der Nettoleistung in die Röhre vergleiche, kriege ich aber ganz andere Werte raus. Mir ist klar, daß da irgendwas als Blindwiderstand arbeiten muß, aber was genau passiert da? Dreht ein Brückengleichrichter mit Elko dahinter die Phase so stark, daß quasi 1.5kW als Blindleistung "verschwinden"?

Ich würd mich über ein paar Hinweise freuen. Wie schon mehrfach erwähnt, sind NTe nicht so mein Spezialgebiet.

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Alexander470815
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Re: ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Beitrag von Alexander470815 » So 23 Nov, 2014 1:35 am

Das Problem was die Messung versaut dürfte eher die nicht Sinusförmige Stromaufnahme des ZPS sein.
Wenn man da den Strom richtig messen will muss man etwas mehr Aufwand betreiben.
Dementsprechend Schlecht ist dann auch der Leistungsfaktor.
Hier steht etwas mehr dazu: http://www.pes.ee.ethz.ch/fileadmin/use ... ier_01.pdf

Um das Problem mit dem Kondenswasser zu beheben würde ich entweder entsprechende Bereich isolieren (thermisch).
Oder das ganze auf Luftkühlung umbauen, was aber auch viel Aufwand sein könnte.

Eine Möglichkeit ohne Änderungen am Netzteil wäre wohl ein paar Teile einer PC Wasser Kühlung damit zu verbinden.
Mit den Rund 80W kommt die ohne Probleme klar.
Also Pumpe, kleiner Vorratsbehälter und ein Radiator.
Dann brauchts auch kein Kühlwasser mehr wenn man einmal einen Luftgekühlten Kopf betreibt.

Die Verluste im schaltenden Teil des Netzteils sind einmal Schaltverluste beim ein und aus schalten der Halbleiter, diese sind immer gleich.
Die anderen Verluste sind einfach drauf begründet das die Mosfets/IGBTs einen gewissen Widerstand bzw. Vorwärtsspannung aufweisen.
Damit ändern sich die Verluste dann passend zum Strom.

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medusa
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Re: ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Beitrag von medusa » So 23 Nov, 2014 8:44 pm

Ah, interessant. Vielen Dank für den Link. Der Spannungsverlauf sieht ja grauslich aus, das ist ja ein Trapez. Verformt sich die ganze Netz-Phase so sehr, bis zurück zum Umspanntrafo? Ich könnte mir vorstellen, daß die örtlichen Energieversorger nicht so glücklich darüber sind. Umso mehr, da ja nur eine von den drei Phasen so eingedellt wird.

In der PC-Wasserkühlerszene fleddern zu gehen ist eine gute Idee. Der vorhandene Eimer mit der Tauchpumpe aus dem Baumarkt ist vermutlich die billigere Lösung, aber ein schöner PC-Radiator ist eine sinnvolle Ergänzung. Ohnehin kühlt sich der Eimer über seine Außenwand zumindest bei 30° Wassertemperatur schon so weit, daß der Effekt als verlangsamter Temperaturanstieg meßbar wird.
Auf Luftkühlung umrüsten ist bei einem ZPS.02 übrigens mechanisch keine Option, es sei denn, Du willst eine Riesenheatpipe durch die beiden Grundplatten ziehen.

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Re: ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Beitrag von JETS » Mo 24 Nov, 2014 7:29 am

@ medusa, ich hätte noch einen Radiator mit ca. 220*220*40mm rumfliegen, der war mal für ne Luftwärmepumpe gedacht die ich aber mangels Zeit nicht mehr aufgebaut habe.
falls da Interesse besteht schreib mich an und ich mache Dir mal ein paar Fotos.
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Re: ZPS.02 - ALC909 Schaltnetzteil Wirkungsgrad

Beitrag von medusa » Fr 09 Jan, 2015 7:00 pm

Ich buddel diesen Thread noch mal aus, lohnt sich nicht einen neuen dafür anzufangen...

Meine Weihnachtsfrau hat mir einen schönen PC-Radiator zum Feste geschenkt, und der war heute mit Testen dran... ich hab einen meiner 643er so wie früher an das ZPS.02 gehängt, und im Kühlkreis hängt jetzt der Radiator mit drin. Ich wollte mal sehen, wie weit ich damit komme.
radiator.JPG
In dem Bild ist mein Basteleckchen zu sehen, der Radiator steht unten auf der grünen Plastiktüte (nur zur Sicherheit, falls was undicht ist), und die Tauchpumpe ist rechts unten in dem blauen Eimer zu erahnen. Das ganze Setup lief heute ein paar Stunden mit 8A Plasmastrom, und ich habe dabei fortwährend die Temperatur gemessen.

Der Radiator machte sich schon bei kleineren Temperaturerhöhungen bemerkbar. Ohne ihn war früher die Temperatur des Reservoirs üblicherweise schon nach 1.5 Stunden bei 30° angelangt (was dann Schluß bedeutete), aber mit Radiator war der Anstieg am Schluß nach 4 Stunden zwischen 28° und 29° nur noch sehr langsam.
Etwas nachteilig für den Versuch war, daß die Abwärme aus dem Kopf leider die Raumtemperatur erhöht hat. Ich hab das durch gelegentliches Lüften kompensiert (dabei fiel die Temperatur des Reservoirs jedesmal unter 28°).
Bin sehr zufrieden damit. Länger als 4 Stunden lasse ich einen Laser selten am Stück laufen.

~medusa.
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