Halogenstrahler parallel schalten

Hallo,

beim Durchrechnen einer Schaltung bin ich an meine Grenzen gestoßen und zweifle mittlerweile an meinen Fähigkeiten.
Nehmen wir einen Halogenstrahler mit 20 Watt. Er wird bei 12Volt Wechselspannung betrieben. 8,5Volt ist somit die Effektivspannung.
Nach P=U*I gilt I = P/U = 2,35A pro Strahler. Das ist eine Menge Holz.

Über U=R*I kann man dann ja den Innenwiderstand berechnen:
R = U/I = 8,5/2,35 = 3,61 Ohm.

So jetzt haben wir einen Trafo mit Pmax=250 Watt, verteilt auf zwei Schienen und insgesamt 8 Strahler die wir gleich hell erleuchten möchten. 8*2,35A ergibt sagenhafte 18,8 A!! Mit einer 2,5mm² Leitung wird es eng und vor allem wird, wenn ich alle 2 Meter einen parallel schalte, die letze Leuchte in der Reihe bedeutend dunkler sein.
Wie kann ich das umgehen?
Könnte mir einer Durchrechnen wie groß die Sapnnungen- und Abfälle und die Ströme wären wenn ich 8 Stück parallel schalte? Da hört mein Wissen auf weil ich ja nicht einfach die 18,8 A als Gesamtstrom nehmen kann sondern erstmal den Gesamtwiderstand brauche.

LG und ich bin auf Eure hilfe echt angewieden.
Klabauter

Und was mich außerdem verunsichert hat ist die Formel:

P=U*(I*I) häh? dachte P=U*I oder sind das verschiedene P?

Hallo Klabauter

… einen Halogenstrahler mit 20 Watt. Er wird bei 12Volt Wechselspannung betrieben. 8,5 Volt ist somit die Effektivspannung.

???

Wechselspannungen und Ströme werden in der Regel als Effektivwerte angegeben, etwas anderes würde keinen Sinn machen.

Nach P=U*I gilt I = P/U = 2,35A

nach neuester Berechnung
20W / 12V = 1,67A

Über U=R*I kann man dann ja den Innenwiderstand berechnen:
R = U/I = 8,5/2,35 = 3,61 Ohm.

I = 12V / 1,67A = 7,19 Ohm
Achtung: Das ist der Widerstand im Betriebswarmen Zustand, de Kaltwiderstand der Halogenlampe beträgt nur etwa 10% (oder weniger) dieses Wertes

jetzt haben wir einen Trafo mit Pmax=250 Watt, verteilt auf zwei Schienen und insgesamt 8 Strahler die wir gleich hell erleuchten möchten.

Es fehlen Daten, wenn Du exakt rechnen willst.:

Wo werden die Schienen eingespeist, in der Mitte oder am Ende?

Wie groß ist der Leiterquerschnitt in der Schiene?

wie willst Du die Zuleitung führen?
a) vom Trafo über den Einspeisepunkt der ersten Schiene (ungünstig)
oder
b) vom Trafo zu jeder Schiene getrennt (günstiger)

Wie groß ist die Leitungslänge zwischen Trafo und den Einspeisepunkten an der/den Schiene/n?

wie groß ist der Abstand der Strahler vom Einspeisepunkt und wie groß ist der Abstand der Strahler untereinander?

Aber so exakt zu rechnen, ist in der Regel unnötig.
Wenn Du ein Schienensystem von einem Markenhersteller hast, kannst Du davon ausgehen, dass die Querschnitte der Stromschienen so groß sind, dass innerhalb der Schiene keine nennenswerten Spannungsabfälle auftreten. Du musst also nur den Querschnitt der Zuleitung berechnen.

8*2,35A ergibt sagenhafte 18,8 A!

falsch!
im Fall (a: 8 * 1,67A = 13,35A
im Fall (b bei z.B gleicher Verteilung der Strahler auf beide Schienen: 2 mal 4 * 1,67A = 2 mal 6,68A

Mit einer 2,5mm² Leitung wird es eng …

Kommt auf die Leitungslänge an.

Könnte mir einer durchrechnen, wie groß die Sapnnungen- und Abfälle und die Ströme wären wenn ich 8 Stück parallel schalte?

Ja, Du!

Da hört mein Wissen auf weil ich ja nicht einfach die 18,8 A 13,35A als Gesamtstrom nehmen kann sondern erstmal den Gesamtwiderstand brauche.

Irrtum, Du benötigst den auf jedem Leitungsabschnitt fließenden Strom.

Die Formel für den Spannungsabfall lautet:
ΔU = I * R = 2 * I * L / κ * A

ΔU = Spannungsabfall in V
2 --> Du hast eine Hin- und eine Rückleitung
I = Strom in A
L = einfache Leitungslänge in Meter
κ = spezifischer elektrischer Widerstand in m/Ω* mm² --> für Kupfer: 58
A = Leitungsquerschnitt in mm²

Im Fall a) hast Du auf der ersten Leitung 13,35A und auf der weiterführenden Leitung 6,68A
Im Fall b) hast Du auf beiden Leitungen je 6,68A

Jetzt musst Du noch für jede Leitung festlegen, wie hoch der Spannungsabfall ΔU sein darf und dann kannst Du die Formel umstellen und den Querschnitt A berechnen

Viel Vergnügen
merimies

Und was mich außerdem verunsichert hat ist die Formel:
P=U*(I*I)

Das ist Schwachsinn!
Formeln der Elektrotechnik sind wohl nicht Deine Stärke?

P = I * U --> U = I * R
P = I * (I * R)
P = I² * R

oder

P = U * I --> I = U / R
P = U * (U / R)
P ) U² / R

Alles klar?
merimies

Korrektur:
Bei der Formel für die Widerstandsberechnung muss es selbstverständlich heißen

R = 12V / 1,67A = 7,19 Ohm
statt
I = 12V / 1,67A = 7,19 Ohm

merimies

Autsch, verschrieben. Gilt die Formel P=R*I² für Verbraucher wie Leitungen?

Hi. Ohh du scheinst mehr Ahnung zu haben.

Also ganz langsam, Schritt für Schritt:

-Wenn auf einer Lampe 20 Watt steht ist das der Effektivwert
-Wenn auf dem Trafo 12Volt Ausgang steht ist das auch der
Effektivwert? Aber Messungen haben ergeben dass nur 7,5 anliegen

nach neuester Berechnung
20W / 12V = 1,67A
I = 12V / 1,67A = 7,19 Ohm

Okay, die Werte stimmen bei 12 Volt.

Achtung: Das ist der Widerstand im Betriebswarmen
Zustand, de Kaltwiderstand der Halogenlampe beträgt nur etwa
10% (oder weniger) dieses Wertes

Oha, also habe ich einen riesigen Einschaltstrom? Wie schnell erwärmen die sich? Die werden übrigens alle mit einem Phasenabschnittsdimmer gedimmt. Das dürfte doch den Einschaltstrom reduzieren wenn die Dimmung auf maximal gestellt ist.

jetzt haben wir einen Trafo mit Pmax=250 Watt, verteilt auf zwei ::Schienen und insgesamt 8 Strahler die wir gleich hell erleuchten ::möchten.

Ich nehme an das jede Schiene ihre 125 Watt bringt, weil die Leistungselektonik klein gehalten werden sollte (laut Hersteller).
Derzeit hängen aber alle 8 an einer. Kann das der Grund für die nur 7,5 Volt sein, dass das Ding überfordert wird?

Es fehlen Daten, wenn Du exakt rechnen willst.:

Wo werden die Schienen eingespeist, in der Mitte oder am Ende?

Nur einfach, als Stichleitung. Heißt ein Spannungsgefälle ab Trafo bis zur letzten Lampe. Leitung ist somit 15 Meter (einfach). Ein Meter hinter dem Trafo kommt die erste, dann alle 2 Meter eine.

Wie groß ist der Leiterquerschnitt in der Schiene?

Mit Schiene meinte ich die Ausgänge am Trafo. Das Kabel an dem die Lampen hängen hat 2,5mm², falls ich das vergessen hatte.

wie willst Du die Zuleitung führen?
a) vom Trafo über den Einspeisepunkt der ersten Schiene
(ungünstig)

Ähemm, ja mal oben gucken. Glaube aber b)

b) vom Trafo zu jeder Schiene getrennt (günstiger)

Aber so exakt zu rechnen, ist in der Regel unnötig.
Wenn Du ein Schienensystem von einem Markenhersteller hast,
kannst Du davon ausgehen, dass die Querschnitte der
Stromschienen so groß sind, dass innerhalb der Schiene keine
nennenswerten Spannungsabfälle auftreten.

Ahh ich glaube jetzt weiß ich was Du mit Schiene meinst. Nein, die Strahler sind in der Decke eingebaut. Die Stromführenden Leitungen werden in einer Zwischendecke verlegt.

falsch!
im Fall (a: 8 * 1,67A = 13,35A

trotzdem viel! :smile:

Ja, Du!

Prima :smile:

Die Formel für den Spannungsabfall lautet:
ΔU = I * R = 2 * I * L / κ * A

Ach ja, weil ich hin und Rück brauche… Mhhh so weit muss man erst mal denken.

κ = spezifischer elektrischer Widerstand in m/Ω* mm² --> für
Kupfer: 58

Ist das der Kehrwert von rho? (0,0178)

Habe da was gerechnet, ein Beispiel mit 2 Strahlern… ich gebe Dir die Werte, vielleicht stimmt es:

U_Trafo_eff = 12V
R_Lampe = 7,19Ohm

o o
| | 1 Meter
X Lampe(1)
| | 2Meter
| |
X Lampe(2)

Fange unten an und fasse die Widerstände zusammen:
Lampe(2)+ 2* 2Meter = 7,19Ohm+2*0,014Ohm = 7,218Ohm
ersatzschaltbild

o o
| |
X
_

Dann ist das parallel mit Lampe(1)
R=R1*R2/R1+R2=7,19Ohm*7,218Ohm/7,19Ohm+7,218Ohm= 3,6Ohm

Dann noch die beiden 1Meter dazu.
3,6Ohm+2*0,0071=3,6142Ohm I=U/R=12V/3,6142Ohm=3,3A

Dann habe ich meinen Gesamtstrom und kann doch die Spannungsabfälle und Ströme berechnen?
Ich versuche es mal.
Fange oben links an:
0,0462V an der Leitung. Dann stehen mir ab da ja nur noch 11,9538V zur Verfügung… Upps also dann kann ich verstehen dass nach 15 Meter einiges aufgezehrt ist.

Bin ich auf dem Holzweg oder stimmt das?

LG Klabauter

Gilt die Formel P=R*I² für Verbraucher wie Leitungen?

Die Formel P=R*I² gilt bei allen Elementen (Leitung, Motor, Heizwiderstand usw.) wo aus einem bekannten Widerstand R und einem bekannten Strom I die umgesetzte Leistung berechnet werden soll. Einen prinzipiellen Unterschied zwischen „Verbraucher“ und „Leitung“ gibt es nicht, denn der Leitungsdraht ist genau so ein elektrischer Widerstand wie z.B. der Heizwiderstand (glühender Draht) einer Herdplatte und gehorcht den selben physikalischen Gesetzen. Oder heißt es nach der Rechtschreibreform jetzt „fisikalischen Gesetzen“?.

Da diese Formel in der Elektrotechnik meistens zur Berechnung der Verlustleistung (Verlustwärme) bei elektrischen Maschinen angewandt wird, nennt man sie auch die „Stromwärmeformel“.

Gruß merimies

Gut zu wissen.
Sag mal hast du sowas studiert?

Hallo Klabauter

-Wenn auf dem Trafo 12Volt Ausgang steht ist das auch der Effektivwert? Aber Messungen haben ergeben dass nur 7,5V anliegen

Das könnte daran liegen, dass sich die Unsitte eingebürgert hat, auch elektronische Vorschaltgeräte als „Trafo“ zu bezeichnen, nur weil an dieser Stelle ursprünglich Transformatoren eingesetzt wurden.

Wenn Du ein elektronisches Vorschaltgerät (VG) hast und mit einem Digitalvoltmeter misst, kann es sein, dass Dein Messgerät nicht mit der Ausgangsspannung des VG klarkommt. Das VG erzeugt nämlich eine Rechteckspannung mit einer Frequenz zwischen 30kHz und 50kHz, und diese Rechteckschwingung ist noch mit einer Schwingung von 100Hz moduliert. Damit kommen die meisten Messgeräte nicht klar. Du solltest davon ausgehen, dass, wenn auf einem VG 12V draufsteht, auch 12V drin sind.

… der Kaltwiderstand der Halogenlampe beträgt nur etwa 10% (des Widerstandes im betriebswarmen Zustand).

Oha, also habe ich einen riesigen Einschaltstrom?

Ja. Das hat schon manchen Projekteur, der mit dem Phänomen nicht vertraut war, bei der Inbetriebnahme einer Anlage zur Verzweiflung getrieben.

Wie schnell erwärmen die sich?

Ich habs noch nicht nachgemessen, aber beim direkten Einschalten an einer robusten Spannungsquelle (z.B. Autobatterie) schätze ich, dass der Vorgang ca. 0,2s dauert. An einer Spannungsquelle, welche in die Knie geht, dauert es entsprechend länger.

Die werden übrigens alle mit einem Phasenabschnittsdimmer gedimmt. Das dürfte doch den Einschaltstrom reduzieren wenn die Dimmung auf maximal gestellt ist.

Schon wieder so eine verschwommene Ausdrucksweise. Meinst Du mit „maximal“ jetzt „auf volle Spannung“ oder auf null? Wenn Du die Helligkeit schleichend von null auf maximal hochfährst, merkst Du vom Einschaltstrom nichts. Dabei ist anzumerken, dass die Entwickler von Dimmer bzw. VG mit dem Phänomen des Einschaltstroms vertraut sind, ihre Produkte also dafür ausgelegt sind.

jetzt haben wir einen Trafo mit Pmax = 250 Watt, verteilt auf zwei Schienen und insgesamt 8 Strahler

Das wäre also eine Belastung des VG mit 8 * 20W = 160W. Das ist im grünen Bereich.

Ich nehme an das jede Schiene ihre 125 Watt bringt, weil die Leistungselektonik …

Aha!

… klein gehalten werden sollte (laut Hersteller).

Der wird wissen, warum. Deinen Ausführungen weiter unten entnehme ich, dass es sich bei Deinen „Schienen“ eben nicht um ein „Schienen-Leucht-System“ handelt, sondern um Deckeneinbauleuchten, welche Durch Kabel untereinander verbunden sind. Und dass es sich um 2,5mm²-Kabel handelt, weil der Hersteller jede Gruppe (Schiene) auf 80W ausgelegt hat. Und Du hast jetzt ein 250W VG gekauft und willst die „Schienen“ hintereinander schalten.

Irgendwie kommt mir das aus meinen Anfangsjahren als Steuerungstechniker bekannt vor. Du wirst bei der Verdrahtung innerhalb der ersten „Schiene“ hinter dem VG Probleme bekommen.

Unabhängig von dem, was Du weiter unten gerechnet hast, würde ich Dir vorschlagen:

Verdrahte die erste Schiene vom VG bis zur 4. Lampe mit 6mm², da in diesem Abschnitt ja zu dem Strom für die ersten 4 Lampen ja noch zusätzlich den Strom für die 2. „Schiene“ hast. Diese kannst Du dann ruhig mit 2,5mm² verdrahten.

Es lohnt sich nicht, das exakt auszurechnen, weil Du sowieso keine Kabelquerschnitte in den Abstufungen erhältst, welche sich aus Deinen Berechnungen ergeben. Die standardmäßigen Abstufungen bei Leitungsquerschnitten sind …1,5mm² - 2,5mm² - 4mm² - 6mm² - 10mm² …

Wenn Du jetzt die Spannungsabfälle für die zuvor empirisch festgelegten Leitungsabschnitte berechnen willst, gehst Du wie folgt vor:

Du zeichnest Dir eine Schaltung Deiner „Beleuchtungsanlage“ auf.

Dann ersetzt Du jeden Leitungsabschnitt und jede Lampe durch einen Widerstand, das nennt man ein Ersatzschaltbild
http://images2.bilder-speicher.de/show-image_org-091…

Du berechnest für jeden Widerstand den Widerstandswert.

Anmerkung
Da es schon sehr spät ist und ich dadurch etwas unaufmerksam bin, habe ich in meinem Schaltbild mit 4mm²-Kabeln gerechnet statt mit 6mm². Du kannst ja nachrechnen, ob das reicht.

Jetzt gibt es zwei Herangehensweisen:

Der Praktiker setzt voraus, dass an jeder Lampe eine Spannung von 12V ansteht (was nicht absolut korrekt ist, da mit wachsender Entfernung von der Stromquelle die Lampenspannung abnimmt). Damit kann er den Strom pro Lampe ausrechnen. Jetzt kann er den Strom pro Leitungswiderstand berechnen, indem er bei jedem Widerstand die Teilströme durch die Lampen addiert.

D.h. durch die Leitungen vom VG zur 1. Lampe fließt der 8fache Lampenstrom.
Durch die Leitungen von der 1. Lampe zur 2. Lampe fließt der 7fache Lampenstrom.
Durch die Leitungen von der 2. Lampe zur 3. Lampe fließt der 6fache Lampenstrom.
Usw. usw.

Und jetzt kann er für jeden Leitungswiderstand und damit für jeden Leitungsabschnitt den Spannungsabfall berechnen.

Der Theoretiker weiß, dass die obige Methode etwas ungenau ist.

Er wendet auf das Ersatzschaltbild das Kirchhoffsche Gesetz an und errechnet so in jeder „Masche“ die Ströme und Spannungen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Kirchhoffsche_Regeln

Das ist eine Schweinearbeit und dürfte in unserem Fall im Endergebnis nicht weit von der überschlägigen Rechnung des Praktikers abweichen.

Ich hoffe, damit sind alle Deine Fragen beantwortet.

Gruß merimies

Sag mal hast du sowas studiert?

Sag mal, hast Du meine Visitenkarte gelesen?

Jetzt ja. Hallo Nachbar, bin auch aus der Nähe Frankfurt.

Moin

Das könnte daran liegen, dass sich die Unsitte eingebürgert
hat, auch elektronische Vorschaltgeräte als „Trafo“ zu
bezeichnen, nur weil an dieser Stelle ursprünglich
Transformatoren eingesetzt wurden.

Also bei meiner Märklineisenbahn nenne ich das Ding auch Trafo, weil es nunmal aus 230V 12V bzw. 16V macht. Ist das dann kein Trafo? Wo liegt der Unterschied zwischen Vorschaltgerät und Trafo?

VG erzeugt nämlich eine Rechteckspannung mit einer Frequenz
zwischen 30kHz und 50kHz

Das VG in diesem Fall hat 4000Hz

wenn auf einem VG 12V draufsteht, auch 12V drin sind.

Dann glaub ich Conrad mal.

Die werden übrigens alle mit einem Phasenabschnittsdimmer gedimmt. ::smiley:as dürfte doch den Einschaltstrom reduzieren wenn die Dimmung auf ::maximal gestellt ist.

Schon wieder so eine verschwommene Ausdrucksweise.

Entschuldigung, bin Laie.

Meinst Du mit „maximal“ jetzt „auf volle Spannung“ oder auf null?

Sozusagen auf null, also maximal dimmen.

Dabei ist anzumerken, dass die Entwickler von Dimmer bzw. VG mit dem :stuck_out_tongue:hänomen des Einschaltstroms vertraut sind, ihre Produkte also dafür
ausgelegt sind.

Gut zu wissen.

Wie sieht das bei einem VG mit dem Wirkungsgrad aus? Von PC-Netzteilen weiß ich, dass die bei einer Auslastung von 80% bei n=85% liegen.
Wenn ich von den 250W nur 160 nutze sind das „nur“ 64%, was die Lebensdauer sicher erhöhen dürfte.

entnehme ich, dass es sich bei Deinen „Schienen“ eben nicht um
ein „Schienen-Leucht-System“ handelt, sondern um
Deckeneinbauleuchten, welche Durch Kabel untereinander
verbunden sind. Und dass es sich um 2,5mm²-Kabel handelt

Genau so ist es. Besser hätte ich es nicht beschreiben können.

Abstufungen bei Leitungsquerschnitten sind …1,5mm² - 2,5mm²

  • 4mm² - 6mm² - 10mm² …

Preislich ganz schön hohe Unterschiede. Tun es auch Rollen aus dem Baumarkt? Oder lieber aus dem Elektofachhandel?

Werde die Praktiker als auch Theoretikervariante durchrechnen. In Sachen die mich reizen verbeiße ich mich regelrecht. Mit der Kirchhoff`schen Regel ließe sich sicher auch ein kleines Programm schreiben… Das mache ich dann abschließend.

Denke ich komme jetzt zurecht, ansonsten melde ich mich.

Vielen Dank an Dich,
Grüße Klabauter

Hallo Klabauter

Also bei meiner Märklineisenbahn nenne ich das Ding auch Trafo, weil es nunmal aus 230V 12V bzw. 16V macht. Ist das dann kein Trafo? Wo liegt der Unterschied zwischen Vorschaltgerät und Trafo?

Ein Transformator, auch Trafo genannt, besteht im wesentlichenaus einem Eisenkern mit Spulen aus lackiertem Kupferdraht. Das ist eine recht schwere Konstruktion (wie Du wahrscheinlich an Deinem Märklintrafo schon festgestellt hast). Ein großer Nachteil beim Trafo ist auch, dass Eingangsspannungsschwankungen auf die Ausgangsspannung durchschlagen und dass die Ausgangsspannung nur dann in etwa stimmt, wenn er mit dem Nennstrom belastet wird. Bei verringerter Belastung kann - je nach Trafobauart - die Ausgangsspannung stark erhöht sein.
http://freenet-homepage.de/trafo/anwendung.html

Elektronische Vorschaltgeräte sind anders aufgebaut. Hier wird die Eingangsspannung erst gleichgerichtet, grob geglättet und dann durch einen Wechselrichter in eine Spannung hoher Frequenz umgeformt. Diese wird jetzt durch einen Transformator mit Ferritken auf die niedrige Ausgangsspannung transformiert. Der Wechselrichter wird so gesteuert, dass die Ausgangsspannung weitgehend unabhängig ist von der Eingangsspannung und dem Laststrom.

Wie sieht das bei einem VG mit dem Wirkungsgrad aus? Von PC-Netzteilen weiß ich, dass die bei einer Auslastung von 80% bei n=85% liegen.

VG für Halogen gehören wie die PC-Netzteile zu den „Schaltreglern“, Je nach Bauart werden sehr gute Wirkungsgrade erreicht.

Abstufungen bei Leitungsquerschnitten sind …1,5mm² - 2,5mm² - 4mm² - 6mm² - 10mm² …

Preislich ganz schön hohe Unterschiede. Tun es auch Rollen aus dem Baumarkt? Oder lieber aus dem Elektofachhandel?

Kupfer ist Kupfer, wenn der Querschnitt stimmt, ist Kabel aus dem Baumarkt genau so gut.

Gutes Gelingen,
merimies