Strombegrenzung für Weihnachtsbeleuchtung

[pipsoft]

Moin Moin,

Disclaimer vorweg: bin neu hier und eigentlich Informatiker -> sprich im Grunde habe ich angst vor der analogen Welt und brauche daher Hilfe von Euch, die auch zwischen 1 und 0 sehen koennen. Nehme nur ungern den Lötkolben in die Hand - wenn es aber sein muss ... naja ... grosses Abenteuer.

Meine Herausforderung:
Meine Weihnachtsbeleuchtung besteht aus einigen zig 1000 Birnchen (nicht LED, rueste aber bei jedem Ausfall pö-a-pö um!) Jetzt ist es sehr nervig XX Trafos (~220/~24) in diverse Mehrfachsteckdosen zu stecken. Zudem nicht sehr effizient. Habe dazu bei einer Firmenauflösung zwei 24 Volt Gleichspannungsnetzteile sehr guenstig ergattert. Jede kann 400 Watt liefern. (800 Watt reize ich "noch" nicht aus, arbeite aber dran: MEHR POWER, bis die Flugzeuge im Garten landen!)

Theorie: einer Birne sollte es egal, ob sie mit Wechslstrom oder Gleichstrom betrieben wird. Habe einen Elektronikkollegen gefragt, da ich sorge hatte, das ~24 im Mittel natuerlich weniger sind als =24. Aber er meinte das ist beim Aufdruck auf den ACAC bereits beruecksichtigt. Tatsaechlich sei es also mehr als ~24 (also Spitze-Spitze > 24, hoffe das ist auch richtig!).

Praxis: Innerhalb weniger Tage fallen sehr viele Birnchen aus, obwohl ich sogar die Spannung auf =22 runter drehe.

Nach reichlichem Überlegen hier mein Erklaerungsversuch:
Es ist normal das immer mal ein Birnchen ausfaellt (5-10 in einer Weihnachtszeit). Von denen sind immer 20 in Reihe geschaltet. Bei einer 80er ketter dann also 4*20 Reihen parallel. Wenn jetzt eine Birne ausfaellt, dann sind nicht alle 20 Birnen einer Reihe Dunkel, denn jede Birne hat einen Varistor der bei Ausfall des Fadens durchschaltet.

Normalerweise liegen an jedem Birnchen also 24Volt/20=1,2Volt an. Faellt eine aus, so verteilt sich deren Spannung auf die verbleibenden. Oder anders formuliert: der Widerstand der Serie wird kleiner und es fliesst mehr Strom. Was ich nochmal ausprobieren muss: Ich vermute, das die Billignetzteile diesen "mehr Strom" aber nicht liefern koennen, sondern die Spannung einbricht. Sie also einen Strombegrenzer inherent haben. (Billige China Produkte sollten in diesem Fall sogar ein Feature sein?!!)

Meine tolle Industriestromquelle hat die aber nicht. Faellt eine Birne aus, steigt der Strom. Die übrigen werden hoeher belastet. Die naechste faellt aus und es kommt zu einem regelrechten "Domino-Poppkorn-Effekt". Bis es auch einen der Varistoren zerlegt (mutiert zur Schmelzsicherung). Dann sind ein halbes Duzend und mehr der 20 Birnchen kaputt und die Serie ist komplett dunkel.

Loesung: Ich braeuchte eine kleine Kiste, die den Strom begrenzt. Da ich wirklich viele Lichter habe waere es gut, wenn die Kiste bis zu 400 Watt bei 24 V handhaben koennte. Alle Ketten anschliessen; über einen Poti (oder so) den Strom so lange begrenzen, bis alle Lampen gerade noch gut Leuchten; fertig = perfekte "Menge" an Strom.

Faellt jetzt eine Birne aus, erhoeht sich der Strom aber nicht und die verbleibenden Birnchen sind geschuetz. (die Frage ware hier ob das technisch ueberhaupt möglich ist. Denn wenn von 800 Birnen eine ausfaellt, dann ist das eine Änderung von 1/8 %. Vermutlich viel zu wenig um vernünftig begrenzt zu werden??)

Gibt es so eine Box bei Reichelt oder sonstwo? Alternativ würde mir auch eine idiotensicher Schaltung helfen .. aber wirklich idiotensicher, denn wenn es die nicht taete, habe ich nicht das Knowhow mir bei sowas selbst zu helfen und zu verbessern.

MFG
Frank

[ManuelB]

Hallo,
also bei 400W (oder mehr) würde ich schon auf was getaktetes zurückgreifen. Quasi schon ein LED-Netzteil. Diese arbeiten mit Stromregelung. Wäre dann z.B. ein stromgeregelter Stepdown was aber nicht ganz trivial in der Realisierung ist. Oder man müsste mal schauen, ob es für den LED Bereich nicht ein Vorschaltgerät gibt für 24V das eine passende Stromregelung beinhaltet.

MfG
Manu

[Besserwessi]

Damit man auf einzelne ausfallende Lampen reagieren kann müsste man schon den Strom für jede Kette einzeln begrenzen. Also nicht eine Schaltung für rund 16 A, sondern für jede Kette ein (z.B. 0,5 A je nach größe der Birnen). Die Änderung in der Spannung bzw. beim Strom ist dann auch nicht mehr so klein. Das könnte man machen, ist aber aufwendig weil man rund 40 der kleinen Schaltungen braucht, und es gehen von den 24 V rund 1-3 V verloren.

Eine einfache, aber nicht so gute Lösung (relativ viel Spannungsverlust) wäre jeweils ein LM317 mit Widerstand.

[ManuelB]

Ah, stimmt. Daran hatte ich gar nicht gedacht, dass es ja einzelne Strings sind. Ist die Frage: Um welchen Strom handelt es sich denn bei den Beleuchtungsketten bzw. womit ist pro Kette zu rechnen?
Gibt, wie gesagt aus dem LED Bereich, recht vieles mit Konstantstrom. Auch PWM ICs, wofür man ev. nur noch wenig externe Beschaltung benötigt.

MfG
Manu

[Manf]

Es klingt im ersten Ansatz ganz gut den Strom pro Kette zu begrenzen wenn man an den Betrieb mit Widerständen denkt, nur irgendwann nach einem oder zwei Ausfällen, werden die Ketten mit Glühbirnen dann an Konstantstromquellen betrieben. Der Zustand ist thermisch nicht sehr stabil und erfordert einen Sicherheitsabstand zur Nennleistung, eben einen verringerten Strom. Plant man den gleich ein und setzt man die Spanung herab dann fallen die ersten Birnchen viel später aus.

Viel Aufwand sollte man nicht betreiben, um die Birnen schließlich in den Zustand zu bringen, mit erhöhtem Strom an einer Stromquelle zu hängen. Mit einer kleinen Sicherung pro Strang wird man vielleicht den Kettenausfall stoppen können falls man die Reste je nach Zahl noch intakter Birnen sortiert an geringerer Spanung betreiben möchte.

[Bernina]

Ich schließe mich Manf an. Die "billigste" Lösung wäre eine geringe Betriebsspannung. Ich selbst mache das bei meiner Weihnachtsbaumbeleuchtung auch so. Die Leuchtet nun schon ohne Ausfälle 7 "Weihnachtszeiten". Die Lebensdauer von Glühlampen steigt rapide mit abnehmender Betriebspannung (vgl. http://upload.wikimedia.org/wikipedi...ensdauerrp.png). Einen Beweis findest Du auch unter http://de.wikipedia.org/wiki/Centennial_Light.
Wenn Du die Lichtleistung also nicht unbedingt brauchst, dann einfach runter mit der Spannung.

Gruß
Bernina

[Richard]

Bei einer Reihenschaltung teilt sich die Gesamtspannung entsprechend der Einzelwiderstände auf, 1. Kirchhoffsche Regel.
Im Fall von Lampen bedeutet das letztendlich je weniger Lampen OK je höher die Spannung über den (noch) heilen Verbrauchern...
Eine Konstand Strom Quelle berechnet nach U-einzel Lampe / I- Einzellampe sollte helfen können, da der Strom bei Reihenschaltung überall gleich ist. Glühlampen stellen eine Ohmsche Last dar, Induktion hat damit nichts zu schaffen. Allerdings ändert sich der kalt/warm Widerstand bei Glühlampen wodurch die gerne beim Einschalten "Abkratzen". Eine drossel ( alte Trafo Wicklung) in Reihe hilft da schon.

Gruß Richard

[Bernina]

Glühlampen stellen eine Ohmsche Last dar, Induktion hat damit nichts zu schaffen.

Ja. Die Glühlampen sind rein ohmsche Lasten. Die langen Leitungen (wie lang sind die Ketten insgesamt eigentlich?) aber nicht. Um die Gesamtimpedanz festzustellen, müssten Strom und Spannung gleichzeitig aufgezeichnet und der Phasenversatz bestimmt werden. Wenn Strom und Spannung nicht phasengleich sind, liegt ein (induktiver) Blindanteil vor.

[Richard]

Ja. Die Glühlampen sind rein ohmsche Lasten. Die langen Leitungen (wie lang sind die Ketten insgesamt eigentlich?) aber nicht. Um die Gesamtimpedanz festzustellen, müssten Strom und Spannung gleichzeitig aufgezeichnet und der Phasenversatz bestimmt werden. Wenn Strom und Spannung nicht phasengleich sind, liegt ein (induktiver) Blindanteil vor.

Man kann auch übertreiben obwohl ein 1 kW Strahler an einer aufgerollten Kabeltrommel.....macht schon Spaß. In Deiner Leistungsklasse und nicht als Spule auggewickelte versorgungs Leitungen, kannst Du das getrost Vergessen. Parallele Adern in Leitungen haben Kapazitäten im Pico Beteich......AUSSERDEM, Du willst DC verwenden. Blindleistung durch Induktion tritt nur bei AC auf

Gruß Richard

[Bernina]

@Richard. Die Ausgangsfrage von pipsoft war ja warum die AC Versorgung die Lampen länger leben lässt als die DC Versorgung. Daher meine Idee mit dem Blindanteil. Es ging mir also um die AC Versorgung. Ich habe es mal grob abgeschätzt und stimme Dir zu, dass da wohl kein Beitrag zustande kommt (ca. 10 mOhm je 10m Länge). Man kann die Induktivität einer Paralleldrahtleitung mit L=µ*l/(2*pi)*ln(d/r) abschätzen. l: Länge, d: Leitungsabstand, r: Leitungsradius. Mit X=2*pi*f*L kann man dann den Blindwiderstand errechnen.

Gruß
Bernina