Prueba de transformadores laminados

1. Introducción a las pruebas de transformadores laminados

Los transformadores laminados se utilizan principalmente como transformadores elevadores y reductores de frecuencia de línea, baja frecuencia y bajo/alto voltaje.

Dos bobinas están enrolladas sobre un núcleo de tal manera que están acopladas magnéticamente.
Las dos bobinas se conocen como primaria y secundaria.
El material del núcleo tiende a construirse a partir de láminas delgadas de un material magnético blando (de aprox. 0,35 mm de espesor), generalmente hechas de acero al silicio al 4%, llamadas laminaciones, estas están aisladas entre sí por barniz.
Estas láminas delgadas reducen las corrientes de Foucault al aumentar la resistencia al flujo de dichas corrientes.

El núcleo se ensambla parcialmente antes de insertar los devanados y, una vez insertados, las láminas laminadas restantes se intercalan para evitar que todas las juntas se junten en un solo lugar; luego, las juntas se escalonan de manera similar a la colocación de ladrillos.
Los transformadores laminados se utilizan en la mayoría de las aplicaciones de baja frecuencia, generalmente entre 50 Hz y 400 Hz. El primario tiende a tener una alta inductancia, lo que permite el uso de baja frecuencia con pérdidas mínimas en el núcleo.

Los transformadores laminados proporcionan lo siguiente: -

• Elevador de alto voltaje.
• Reductor de bajo voltaje.
• Salida de alta corriente.
• Aislamiento.

Para los propósitos de este documento nos concentraremos en los transformadores laminados reductores.
Al diseñar el número de vueltas en los devanados primario y secundario, se puede realizar cualquier transformador elevador o reductor deseado.
El acoplamiento entre el primario y el secundario debe ser "estrecho" en un transformador de potencia para reducir la reactancia de fuga, de lo contrario la caída de la reactancia será considerable y variará con el voltaje y la corriente del secundario.
Por lo tanto, los transformadores laminados se enrollan con devanados concéntricos (el primario y el secundario se enrollan con la mitad de las vueltas en la rama del núcleo, una sobre la otra (para dar un acoplamiento cercano) con aislamiento intermedio).

2. Pruebas adecuadas para TX laminados

Los probadores de la serie AT tienen la capacidad de realizar las siguientes pruebas de transformadores laminados aplicables:

CTY: CTY es una prueba de continuidad diseñada para garantizar que el transformador esté correctamente colocado en su soporte y que la integridad de todas las terminaciones de los devanados sea buena. La resistencia mínima es de 10 kOhms hasta 10 MOhms.

R: R es la resistencia de CC que ofrece un inductor debido a la resistencia del devanado. Cuanto menor sea la resistencia, más corriente manejará un inductor. La resistencia se expresa en mOhms a MOhms.

VOC: Circuito abierto de tensión, esta prueba aplica una tensión al primario y lee la tensión inducida en el devanado secundario, los resultados se presentan como una tensión secundaria de 100 mV a 500 V con una tensión de prueba de 1 V a 270 V a 20 Hz a 1,5 kHz. La fase también se mide como polaridad, es decir, positiva (en fase), negativa (antifase).

IR: Las pruebas de resistencia de aislamiento están diseñadas para verificar si hay un blindaje y un aislamiento deficientes entre los devanados. Se miden el voltaje y la corriente y, al dividir el voltaje por la corriente, las mediciones de resistencia de aislamiento se presentan en MOhms a GOhms con un voltaje de prueba de 100 V a 7 kV a CC.

MAGI: La corriente magnetizante es la combinación de la corriente necesaria para magnetizar el núcleo y la corriente necesaria para compensar las pérdidas en el núcleo. Los resultados se presentan como una corriente de 1 mA a 2 A (pico de 3 A) con una tensión de prueba de 1 V a 270 V a 20 Hz a 1,5 K Hz.

STRW: Sin carga y con el circuito secundario abierto, un transformador seguirá consumiendo corriente. Esta corriente es proporcional a las pérdidas en el núcleo (corrientes parásitas e histéresis). La ley de Faraday sugiere que, siempre que el voltaje y la frecuencia aumenten proporcionalmente, la pérdida en el núcleo debería permanecer igual. Por lo tanto, si se detecta un aumento drástico de la potencia, esto indicaría una falla en el bobinado. Los resultados se presentan en vatios desde 1 mW hasta 40 vatios con un voltaje de prueba de 1 V a 270 V a 20 Hz a 1,5 kHz.

HPAC: Las pruebas de CA de alto voltaje son pruebas de seguridad de aislamiento que prueban el aislamiento entre los devanados y entre el devanado y el núcleo y entre el devanado y el blindaje. El flujo de corriente se mide entre cada punto de prueba y se presenta en mA a mA con un voltaje de prueba de 100 V a 5,5 kV a 50 Hz a 1 kHz.

Una secuencia típica de prueba de laminado podría ser:

• Continuidad CTY.
• Resistencia R.
• Circuito abierto de voltaje VOC.
• Corriente magnetizante MAGI.
• STRW Vatios de estrés.
• Resistencia de aislamiento IR.
• HPAC CA de alto potencial. Prueba de seguridad.

3, Pruebas CTY y R (continuidad y resistencia)

La continuidad es una prueba sencilla para garantizar que tanto el accesorio como el transformador se hayan insertado correctamente.

Los parámetros de prueba proporcionados varían de 10 kOhms a 10 MOhms, 10 kOhms se utilizan generalmente para velocidad y probarán cada devanado y terminación para un valor inferior a 10 kW.

La resistencia es la resistencia de corriente continua (CC) que ofrece un inductor debido a la resistencia del cable magnético utilizado. La resistencia es la característica no deseada, que es el subproducto del cable o material conductor utilizado. Las mediciones de resistencia generalmente se toman en todos los devanados y están directamente relacionadas con el diseño del transformador para transportar una cantidad particular de corriente dentro de ese devanado. Cuanto menor sea la resistencia, mayor será la capacidad de transporte de corriente del inductor.

FIGURA 1 (Disposición típica de transformador reductor laminado).

La figura 2 muestra los parámetros necesarios para R en el primario.
Los límites de resistencia se eligieron como un porcentaje del valor nominal de 100 ohmios +/- 5%.
También se probaría la resistencia del devanado secundario.

FIGURA 2.

4. Prueba de VOC (circuito abierto de voltaje)

La prueba de circuito abierto por voltaje es una versión de alto voltaje de la prueba de relación de vueltas. En lugar de devolver un resultado de relación, es decir, 2:1, 1:2, etc., se devuelve un resultado de voltaje que es proporcional a la cantidad de vueltas en el primario en comparación con la cantidad de vueltas en el secundario.
Los parámetros de prueba proporcionados varían de 1 V a 270 V con un rango de medición de 100 mV a 500 V. La fase también está atendida y se puede seleccionar como positiva (en fase) o negativa (antifase).

La figura 3 muestra los parámetros necesarios para VOC en los devanados primario y secundario del transformador de muestra.
Los niveles de voltaje y frecuencia se han seleccionado como red de frecuencia de línea de EE. UU. de 110 V a 60 Hz con límites de voltaje seleccionados como un mínimo de 52 V y un máximo de 60 V. La fase se ha configurado para un positivo.

FIGURA 3.

5, prueba STRW (vatios de estrés)

La función principal de las pruebas de vatios de tensión es indicar una falla en el aislamiento entre vueltas de un devanado.
Esta prueba se puede utilizar en bobinados con cables muy finos. Sin carga y con el circuito secundario abierto, un transformador seguirá consumiendo corriente. Esta corriente es proporcional a las pérdidas del núcleo (corrientes parásitas e histéresis). La histéresis es la energía que se consume al cambiar el estado magnético del núcleo durante cada ciclo y las corrientes parásitas son corrientes inducidas en el núcleo por flujos que varían con el tiempo.
La ley de Faraday sugiere que si el voltaje y la frecuencia aumentan proporcionalmente, la pérdida en el núcleo debería permanecer igual. Por lo tanto, si se midiera un aumento drástico de la potencia, esto indicaría que había una falla en el devanado.

Las pruebas de tensión de vatios requieren que un transformador de frecuencia de línea de 110 V a 60 Hz se pruebe a 220 V a 120 Hz. Las pérdidas del núcleo no deberían cambiar mucho de 110 V a 60 Hz a 220 V a 120 Hz, lo que permite realizar pruebas de tensión de doble voltaje en los devanados.

La figura 4 muestra los parámetros necesarios para la STRW en el devanado secundario del transformador de muestra. Los niveles de tensión y frecuencia se han seleccionado como el doble de la tensión y frecuencia inducidas con la potencia máxima establecida en 2 vatios durante un período de permanencia de 1 segundo.

FIGURA 4.

6, Prueba de MAGI (corriente magnetizante)

Generalmente, se realiza una prueba de corriente magnetizante en transformadores que utilizan núcleos laminados, que están diseñados para funcionar en toda la extensión de la curva BH.
La curva BH muestra las características de un material magnético, en términos de fuerza de magnetización (H) y densidad de flujo resultante (B).
La corriente magnetizante es la corriente necesaria para establecer el flujo del núcleo, lo que da como resultado la combinación de la corriente requerida para magnetizar el núcleo y la corriente requerida para suministrar las pérdidas en el núcleo que comprenden histéresis y corrientes de Foucault.
La histéresis es la energía consumida al cambiar el estado magnético del núcleo durante cada ciclo y las corrientes de Foucault son corrientes inducidas en el núcleo por flujos que varían con el tiempo.

FIGURA 5: Circuito equivalente de corriente magnetizante.

• Lm = la inductancia de magnetización.
• Im = la corriente magnetizante.
• Ie = la corriente de excitación.
• Ic = el componente de pérdida del núcleo de la corriente de excitación.
• Rc = la resistencia de pérdida del núcleo.

La figura 6 muestra los parámetros necesarios para MAGI en el devanado primario del transformador de muestra.
Los niveles de voltaje y frecuencia se han seleccionado para el voltaje y frecuencia de línea de EE. UU. (RMS) 110 V a 60 Hz con el consumo máximo de corriente establecido en 50 mA.

FIGURA 6.

7, Prueba de IR (resistencia de aislamiento)

La prueba de resistencia de aislamiento es un medio para verificar el aislamiento del devanado y el aislamiento del devanado al núcleo.
La calidad del aislamiento se puede comprobar aplicando un voltaje de CC a través del aislamiento y midiendo su resistencia.

FIGURA 7 (circuito de prueba de resistencia de aislamiento).

8. Pruebas de HPAC (seguridad de alto voltaje)

Hi-pot o flash es una prueba de aislamiento de seguridad y se aplica a los transformadores de aislamiento para garantizar que el aislamiento entre los devanados no se rompa.
Esto garantiza la integridad del aislamiento crítico de seguridad de acuerdo con las normas internacionales.
Cuando los transformadores proporcionan aislamiento entre voltajes de línea peligrosos y voltajes de nivel bajo seguros, HPAC es una prueba crítica.
Se ejecutan múltiples pruebas entre los devanados y entre los devanados y el material del núcleo.

FIGURA 8 (Circuito de prueba de CA de alto voltaje).

9. Solución completa para pruebas de laminados

La siguiente especificación de transformador de frecuencia de línea de muestra se utilizará como modelo para explicar un método de una solución de prueba completa.

• Continuidad, resistencia máxima de continuidad 10 kOhms.
• Resistencia de bobinado de CC. Valor nominal primario 100 ohmios +/- 5%.
• Valor nominal secundario 50 W +/- 5%.
• Corriente de magnetización 110V a 60Hz corriente máxima 50 mA.
• Voltaje circuito abierto 110V @ 60Hz voltaje mínimo 52 V, voltaje máximo 60 V.
• Vatios de estrés, voltaje primario 220 a 120 Hz máximo 2 vatios.
• Resistencia de aislamiento a 500 V CC, primario a secundario 1 mínimo - resistencia 10 MOhms.
• Hi-pot primario a secundario 5 KV AC / 1 mA / 2 segundos.
• Hi-pot primario a núcleo 5 kV CA / 1 mA / 2 segundos.

10. Véase también: