Netz-/Netzfrequenztransformatoren

1 Prüfung von Netzfrequenztransformatoren

Transformatoren kommen in fast jedem elektrischen und elektronischen Produkt vor, das auf der Welt hergestellt wird, was zu einem enormen Bedarf an Transformatoren führt.
Das Testen von Transformatoren und gewickelten Komponenten ist vor dem endgültigen Zusammenbau in das Produkt unerlässlich.
Dies filtert Fehler frühzeitig heraus, vermeidet kostspielige Nacharbeiten, senkt die Herstellungskosten und verbessert die Gesamtzuverlässigkeit.

Die Prüfung von Transformatoren erfordert daher:
Schnelle, effektive und qualitätskontrollierte Herstellungsmethoden
100-prozentige Tests stellen sicher, dass kein Ausschuss an den Kunden gesendet wird

Laminattransformatoren werden meist als Netzfrequenz-, Niederfrequenz- und Nieder-/Hochspannungs-Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwendet. Zwei Spulen sind so über 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), meist aus 4 % Siliziumstahl, sogenannten Laminierungen, die durch Lack voneinander isoliert sind. Diese dünnen Bleche reduzieren Wirbelströme, indem sie den Widerstand gegen den Fluss solcher verlustverursachenden Ströme erhöhen.

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

Der Kern wird teilweise zusammengebaut, bevor die Wicklungen eingelegt werden. Nach dem Einlegen werden die verbleibenden Laminatplatten ineinander verschachtelt, um zu vermeiden, dass alle Verbindungen an einer Stelle liegen. Die Verbindungen werden dann ähnlich wie beim Verlegen von Ziegeln versetzt.

Laminattransformatoren werden in den meisten Niederfrequenzanwendungen verwendet, normalerweise zwischen 50 Hz und 400 Hz. Die Primärwicklung weist tendenziell eine hohe Induktivität auf, was den Einsatz bei niedrigen Frequenzen mit minimalen Kernverlusten ermöglicht. Laminattransformatoren bieten Folgendes:

Hochspannungserhöhung.
Niederspannungsabsenkung.
Hohe Stromabgabe.
Isolierung.

In diesem Dokument konzentrieren wir uns auf Abwärts-Laminattransformatoren. Durch die Auslegung der Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung kann jeder gewünschte Aufwärts- oder Abwärtstransformator realisiert werden.

Die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite muss in einem Leistungstransformator eng sein, um die Streureaktanz zu reduzieren, andernfalls ist der Abfall der Reaktanz beträchtlich und variiert je nach Sekundärspannung und -strom. Daher werden Laminattransformatoren mit konzentrischen Wicklungen (der Primärwicklung) gewickelt und Sekundärseite werden mit der Hälfte der Windungen übereinander auf den Kernschenkel gewickelt (um eine enge Kopplung zu ergeben) mit dazwischenliegender Isolierung.

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

2 Kritische Transformatortests für Netzfrequenztransformatoren

Testparameter	Kritisch für	Tester-Grundlagen
Magnetisierungsstrom (MAGI)	Überprüfen Sie, ob der Transformator richtig zusammengebaut wurde, mit der richtigen Windungszahl und der richtigen Magnetstärke Material für den Kern und ggf. den richtigen Luftspalt.	Überprüfen Sie die Primärwindungen und korrigieren Sie das korrekt montierte Kernmaterial
Widerstand (R)	Überprüfen Sie den richtigen Draht und den guten Lötanschluss	DCR ist der Gleichstromwiderstand (DC), den eine Induktivität aufgrund des Widerstands der Wicklung bietet. Wird in Ohm oder maximal Milli-Ohm ausgedrückt.
Wattzahl (WATT)	Kernverlustmessung zur Bestätigung, dass der Transformator ordnungsgemäß zusammengebaut wurde	Die gemessene Leistung ist die Verlustleistung durch Wirbelstrom- und Hystereseeffekte im Kern und wird als Kernverlust bezeichnet
Hi-Pot (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 miteinander kurzgeschlossen werden.
ÜBERSPANNUNG (SURG)	Überprüfen Sie kurzgeschlossene Windungen. Sorgt dafür, dass das Isoliermaterial um den Kupferdraht herum (normalerweise Lack) wurde bei der Herstellung nicht beschädigt	Ein hochenergetischer Impuls wird in eine Wicklung abgegeben. Der Transformator wird durch die Fläche unter der Wellenform charakterisiert, gemessen in Voltsekunden.
Isolationswiderstand (IR)	Überprüfen Sie die Integrität des Isolierung zwischen getrennten Wicklungen oder zwischen einer Wicklung und einen Kern oder Schirm.	Der Tester legt eine Gleichspannung zwischen zwei Wicklungsgruppen an, wobei die Wicklungen in jeder Gruppe miteinander 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 einen magnetischen Wechselfluss im Kern.
Der magnetische Wechselfluss erzeugt auf der Sekundärseite eine Spannung Vout
Für Sinuswellen beträgt die Flussdichte B = Vin / ( 4,44 NA f) wobei
N = Anzahl der Windungen
A ist die Querschnittsfläche des Kerns
f ist die Frequenz.

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

Transformer
Erhöhen oder verringern Sie die Wechselspannung
Erhöhen oder verringern Sie den Wechselstrom

Da zwischen Primär- und Sekundärwicklung keine elektrische Verbindung besteht, sorgen sie für eine Isolierung von einem Stromkreis zum anderen.
Es sind diese einzigartigen Eigenschaften von Transformatoren, die dazu führen, dass sie in allen Arten von elektrischen/elektronischen Geräten so häufig eingesetzt werden.

4 Transformatorkerne

Zu den Kernleistungsverlusten zählen:
a) die Hystereseverluste durch die Magnetisierung und Entmagnetisierung des Kerns durch die BH-Schleife,
b) zuzüglich etwaiger zusätzlicher Wirbelstromverluste

Querschnitt aus: Ferrit, laminiert, massiver Kern

In einem festen Kern kann Strom im Kernmaterial zirkulieren und I ² R-Verluste (Widerstandsverluste) erzeugen.
Eisenkerne werden normalerweise laminiert, um den Strompfad einzuschränken und diesen Effekt zu verringern.
Ferritkerne haben einen noch höheren Widerstand und damit sehr geringe Wirbelstromverluste.

5 Transformator-Ersatzschaltung

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 Eigenschaften auf, die von denen eines idealen Transformators abweichen.
Viele dieser Eigenschaften können durch ein Transformator-Ersatzschaltbild dargestellt werden.

Echter Transformator-Ersatzschaltkreis

Im Transformator-Ersatzschaltbild für den „realen“ Fall
Ls und Rs werden verwendet, um die Auswirkung 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 Wesentliche 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 ausgestattet werden, wie z. B. Induktivität, Wechselstromwiderstand, Windungsverhältnis, Watt oder Wechselstrom-Hi-Pot.
Tests werden in Paketen wie Standard oder Gold verkauft oder können einzeln erworben und vom Benutzer per Firmware-Upgrade angepasst werden.

8 Erweiterte Funktionalität

Externer Wechselstrom (AT5600 + AT3600) – Flexible Stromquelle für größere Transformatoren .
Die programmierbare interne Wechselstromquelle des AT kann zur Bereitstellung von bis zu 270 V bei 2 A RMS von 20 Hz bis 1500 Hz verwendet werden.
Dieses Netzteil dient zur Messung von Magnetisierungsstrom, Watt und Leerlaufspannungen an Eisenlaminattransformatoren.
Die Tests werden normalerweise bei unbelastetem Transformator oder offenem Stromkreis durchgeführt, sodass Transformatoren mit einer Nennleistung von 2 kVA oder mehr getestet werden können.
Diese interne Wechselstromquelle hat mehrere Vorteile. Der vielleicht wichtigste ist die Möglichkeit, die Spannung und den Strom unter Softwaresteuerung in Echtzeit hochzufahren, um den Einschaltstrom und die Testzeit zu minimieren.

Die Voltech AC-Schnittstelle ermöglicht externen AC-Quellen (einschließlich einfacher Aufwärts- oder Abwärtstransformatoren) die nahtlose Bereitstellung erweiterter AC-Leistung innerhalb der AT-Testumgebung.

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

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

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

Tests für den AT3600 + AT5600 mit der AC-Schnittstelle

9 Externe Gleichstromvorspannung – Echte Sättigungstestbedingungen für Leistungstransformatoren und Drosseln

Leistungstransformatoren und Drosseln, die einen hohen Gleichstrom führen, sind in Netzteilen und Wechselrichtern weit verbreitet. Das Testen dieser Teile bei ihrem Nenngleichstrom gibt vollständige Sicherheit, dass die Teile korrekt gewickelt, zusammengebaut und angeschlossen wurden.

Die 25-A-Gleichstromversorgung Voltech DC1000 lässt sich nahtlos in die AT3600- oder ATi-Testumgebung integrieren und liefert bis zu 250 A (10 x DC1000 parallel) gleichmäßigen, programmierbaren Gleichstrom-Vorstrom 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 Agilent-, Wayne Kerr- und Chroma-Typen.

Tests für DC1000 und AT3600/AT5600/ATi