Netzfrequenztransformatoren

1 Prüfung von Netzfrequenztransformatoren

Transformatoren sind in nahezu jedem elektrischen und elektronischen Produkt enthalten, das auf der Welt hergestellt wird, was zu einem enormen Bedarf an Transformatoren führt.
Vor der Endmontage zum Produkt ist das Testen von Transformatoren und Wickelkomponenten unabdingbar.
Dadurch werden Fehler im Voraus herausgefiltert, kostspielige Nacharbeiten vermieden, die Herstellungskosten gesenkt und die Gesamtzuverlässigkeit verbessert.

Die Prüfung von Transformatoren erfordert daher:
Schnelle, effektive und qualitätskontrollierte Herstellungsmethoden
100 %-Prüfung, um sicherzustellen, dass keine Ausschussware an den Kunden gesendet wird

Laminattransformatoren werden hauptsächlich als Netzfrequenz-, Niederfrequenz- und Nieder-/Hochspannungs-Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwendet. Zwei Spulen sind so um einen Kern gewickelt, dass sie magnetisch gekoppelt sind. Die beiden Spulen werden als Primär- und Sekundärspule bezeichnet.
Das Kernmaterial besteht in der Regel aus dünnen Blechen aus weichmagnetischem Material (ca. 0,35 mm dick), die normalerweise aus 4 % Siliziumstahl bestehen und als Laminierungen bezeichnet werden. Diese sind durch Lack voneinander isoliert. Diese dünnen Bleche reduzieren Wirbelströme, indem sie den Widerstand gegen den Fluss solcher verlustverursachenden Ströme erhöhen.

Wirbelströme sind eines der beiden Hauptelemente, die mit den Gesamtkernverlusten verbunden sind. Der zweite, Hystereseverlust, ist die Energie, die durch die Änderung des magnetischen Zustands des Kerns während jedes Zyklus verbraucht wird, und Wirbelströme sind Ströme, die im Kern durch zeitlich variierende Flüsse induziert werden.

Der Kern wird vor dem Einsetzen der Wicklungen teilweise zusammengebaut. Nach dem Einsetzen werden die restlichen Laminatplatten übereinandergelegt, um zu vermeiden, dass alle Fugen an einer Stelle zusammentreffen. Die Fugen werden dann ähnlich wie beim Ziegeln versetzt angeordnet.

Laminattransformatoren werden in den meisten Niederfrequenzanwendungen verwendet, normalerweise zwischen 50 Hz und 400 Hz. Die Primärwicklung hat in der Regel eine hohe Induktivität, was eine Niederfrequenznutzung mit minimalen Kernverlusten ermöglicht. Laminattransformatoren bieten Folgendes:

Hochspannungserhöhung.
Niederspannungs-Absenkung.
Hohe Stromabgabe.
Isolierung.

In diesem Dokument konzentrieren wir uns auf Abwärtstransformatoren. Durch die Wahl der Anzahl der Windungen in der Primär- und Sekundärwicklung kann jeder gewünschte Aufwärts- oder Abwärtstransformator realisiert werden.

Die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung muss in einem Leistungstransformator eng sein, um die Streureaktanz zu verringern. Andernfalls wird der Abfall der Reaktanz beträchtlich und schwankt mit der Sekundärspannung und dem Sekundärstrom. Daher werden Laminattransformatoren mit konzentrischen Wicklungen gewickelt (Primär- und Sekundärwicklung werden mit der Hälfte der Windungen auf den Kernschenkel gewickelt, eine über der anderen (um eine enge Kopplung zu erreichen) mit dazwischenliegender Isolierung).

Die Transformatortester von Voltech vereinen praktisch alle Tests in einer Box, was zu schnellen Testzeiten führt und eine Neukonfiguration für jeden Test vermeidet.

2 Kritische Transformatortests für Netzfrequenztransformatoren

Testparameter	Kritisch für	Grundlegendes zum Testen
Magnetisierungsstrom (MAGI)	Überprüfen Sie, ob der Transformator richtig zusammengebaut ist, mit der richtigen Anzahl von Windungen, der richtigen Magnetstärke Material für den Kern und den richtigen Luftspalt, falls erforderlich.	Primärwicklungen prüfen und Kernmaterial richtig montieren
Widerstand (R)	Überprüfen Sie, ob das Kabel richtig verlegt wurde und die Lötverbindungen einwandfrei sind.	DCR ist der Gleichstromwiderstand (DC), den eine Induktivität aufgrund des Wicklungswiderstands bietet. Ausgedrückt in Ohm oder maximal Milliohm.
Wattzahl (WATT)	Kernverlustmessung zur Bestätigung, dass der Transformator ordnungsgemäß zusammengebaut wurde	Die gemessene Leistung ist die durch Wirbelströme und Hystereseeffekte im Kern verloren gegangene Leistung. und wird als Kernverlust bezeichnet
Hochspannungsleitung (HPAC)	Stellt sicher, dass die Wicklungen mit den richtigen Materialien richtig positioniert sind, um das erforderliche Maß an Sicherheitsisolierung zu gewährleisten.	Misst und steuert die angelegte Spannung während der gesamten Testdauer. Der AT3600 legt eine Spannung zwischen zwei Wicklungsgruppen (oder Kernen) an, wobei die Wicklungen in jeder Gruppe kurzgeschlossen sind.
Überspannung (Überspannung)	Überprüfen Sie Kurzschlüsse. Stellen Sie sicher, dass das Isoliermaterial um den Kupferdraht (normalerweise Lack) wurde bei der Herstellung nicht beschädigt	Ein energiereicher Impuls wird in eine Wicklung entladen. Der Transformator wird durch die Fläche unter der Wellenform charakterisiert, gemessen in Voltsekunden.
Isolationswiderstand (IR)	Überprüfen Sie die Integrität der Isolierung zwischen getrennten Wicklungen oder zwischen einer Wicklung und einem Kern oder Sieb.	Der Tester legt eine Gleichspannung zwischen zwei Wicklungsgruppen an, wobei die Wicklungen in jeder Gruppe kurzgeschlossen sind.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Erweitern Sie den Testbereich mit der AC-Schnittstelle

3 Transformator-Grundlagen

Eine an die Primärwicklung angelegte Wechselspannung Vin erzeugt einen Wechselstrom Iin in der Primärwicklung.
Der Strom erzeugt im Kern einen wechselnden magnetischen Fluss.
Der alternierende magnetische Fluss erzeugt eine Spannung, Vout, im Sekundärkreis.
Für Sinuswellen beträgt die Flussdichte B = Vin / ( 4,44 NA f) wobei
N = Anzahl der Umdrehungen
A ist der Querschnitt des Kerns
f ist die Frequenz.

Da für einen gegebenen Transformator B, A und f konstant sind: -

Transformatoren
Wechselspannung erhöhen oder verringern
Wechselstrom erhöhen oder verringern

Da zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen keine elektrische Verbindung besteht, sorgen sie für die Isolierung eines Stromkreises zum anderen.
Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaften werden Transformatoren so häufig in allen Arten von elektrischen/elektronischen Geräten eingesetzt.

4 Transformatorkerne

Die Kernleistungsverluste umfassen
a) die Hystereseverluste durch Magnetisierung und Entmagnetisierung des Kerns durch die BH-Schleife,
b) zzgl. eventueller zusätzlicher Wirbelstromverluste

Querschnitt von: Ferrit, laminiert, massiver Kern

In einem massiven Kern kann Strom innerhalb des Kernmaterials zirkulieren und I ² R-Verluste (ohmsche Verluste) erzeugen.
Um den Strompfad einzuschränken und diesen Effekt zu verringern, werden Eisenkerne üblicherweise laminiert.
Ferritkerne haben einen noch höheren Widerstand und damit sehr geringe Wirbelstromverluste.

5 Transformator-Ersatzschaltbild

Ein idealer Transformator hat:
- Keine Verluste.
- Perfekte Kopplung zwischen den Wicklungen.
- Unendliche Leerlaufimpedanz (Leerlaufstrom = 0).
- Unendliche Isolierung zwischen den Wicklungen.

In der Realität weisen praktische Transformatoren andere Eigenschaften auf als ein idealer Transformator.
Viele dieser Eigenschaften können durch einen Transformator-Ersatzschaltkreis dargestellt werden.

Realer Transformator-Ersatzschaltkreis

Im Transformator-Ersatzschaltbild für den „realen“ Fall
Ls und Rs werden verwendet, um die Auswirkungen von Kernverlusten zu modellieren.
R1, R2, R3 sind die Widerstände der Wicklungen.
Ll ist die Streuinduktivität.
C1, C2 und C3 sind die Kapazitäten zwischen den Wicklungen

7 Grundlegende Fähigkeiten

Die Voltech AT-Tester verfügen über die unten beschriebene integrierte Funktion.

Um diese Fähigkeit zu nutzen, können die Tester mit einer Reihe verschiedener Tests wie beispielsweise Induktivität, Wechselstromwiderstand, Windungszahlverhältnis, Watt oder Wechselstrom-Hochspannungsfestigkeit ausgestattet werden.
Tests werden in Paketen wie „Standard“ oder „Gold“ verkauft oder können einzeln erworben und vom Benutzer per Firmware-Upgrade installiert werden.

8 Erweiterte Funktionen

Externes Wechselstromnetzteil (AT5600 + AT3600) – Flexible Stromquelle für größere Transformatoren .
Die programmierbare interne Wechselstromquelle des ATs kann verwendet werden, um bis zu 270 V bei 2 A RMS von 20 Hz bis 1500 Hz bereitzustellen.
Dieses Netzteil dient zur Messung von Magnetisierungsstrom, Watt und Leerlaufspannungen an Eisenlaminattransformatoren.
Die Prüfungen werden üblicherweise bei unbelastetem Transformator oder im offenen Stromkreis durchgeführt, so dass Transformatoren mit einer Nennleistung von 2 kVA oder mehr geprüft werden können.
Diese interne Wechselstromquelle weist mehrere Vorteile auf. Der wichtigste ist vielleicht die Möglichkeit, Spannung und Strom unter Echtzeit-Softwaresteuerung zu erhöhen, um den Einschaltstrom und die Testzeit zu minimieren.

Die Voltech AC-Schnittstelle ermöglicht es externen AC-Quellen (einschließlich einfacher Aufwärts- oder Abwärtstransformatoren), nahtlos erweiterte AC-Leistung innerhalb der AT-Testumgebung bereitzustellen.

Mit der AC-Schnittstelle kann die AT-Fähigkeit auf bis zu 600 V bei 10 A RMS erweitert werden.

Zu den externen AC-Quellen, die in die AT3600-Testumgebung integriert werden können, gehören:

Einfache Aufwärtstransformatoren (bieten bis zu 600 V bei 0,8 A)
Einfache Abwärtstransformatoren (bieten bis zu 10 A bei 20 V)
Vollständig programmierbare externe Wechselstromquellen (bieten bis zu 600 V bei 10 A).

Tests für AT3600 + AT5600 mit der AC Schnittstelle

9 Externe DC-Vorspannung - Echte Sättigung Testbedingungen für Leistungstransformatoren und Drosseln

Leistungstransformatoren und Drosseln, die einen hohen Gleichstrom führen, sind in Stromversorgungen und Wechselrichtern üblich. Das Testen dieser Teile bei Nenngleichstrom gibt die Gewissheit, dass die Teile richtig gewickelt, montiert und angeschlossen wurden.

Die Voltech DC1000 25A-Gleichstromversorgung lässt sich nahtlos in die Testumgebung von AT3600 oder ATi integrieren und liefert bis zu 250 A (10 x DC1000 parallel) gleichmäßigen, programmierbaren Gleichstrom-Vorspannungsstrom mit minimaler Auswirkung auf die Wechselstrom-Induktivitätsmessung.

25 Ampere programmierbarer Gleichstrom
250 Ampere mit 10 x DC1000
Funktioniert nahtlos mit AT3600 oder ATi
Das einzigartige elektronische Induktordesign minimiert die Auswirkungen auf die AC-Induktivitätsmessung
Kann auf fast jedem LCR-Messgerät verwendet werden. Alternative für die Typen Agilent, Wayne Kerr und Chroma.

Tests für DC1000 und AT3600/ AT5600 / ATi