Suggestions de test pour les transformateurs en ferrite

1. Introduction aux tests des transformateurs en ferrite

Les produits électroniques utilisant des techniques de fréquence plus élevée pour réduire la taille et améliorer l'efficacité, les noyaux de ferrite sont utilisés dans une proportion croissante de conceptions de transformateurs.
Les fabricants de transformateurs doivent donc répondre à un besoin de transformateurs plus petits conçus pour fonctionner à des fréquences plus élevées, ce qui introduit des exigences supplémentaires en matière de méthodes de fabrication et de test.

Ces problèmes s’appliquent à une large gamme d’applications courantes, notamment les alimentations à découpage, les ballasts d’éclairage, les variateurs de fréquence, les équipements audio et de télécommunications et bien d’autres encore.
Le besoin actuel de performances prouvées de tous les composants d'un produit a entraîné une demande pour que chaque transformateur soit testé plus minutieusement que prévu traditionnellement.
Dans les pages suivantes, nous examinerons la gamme de tests appropriés pour tester en profondeur les conceptions de transformateurs en ferrite et nous commencerons par un examen des composants présents dans un transformateur commun.

FIGURE 1

Schéma d'un simple transformateur à deux enroulements connecté aux nœuds Kelvin à quatre fils d'un testeur de transformateur série AT.

D'après le schéma de la figure 1, on peut voir que même le plus simple des transformateurs comprend une combinaison assez complexe de composants résistifs et réactifs.
Afin d'établir avec confiance qu'un transformateur a été fabriqué correctement, il est nécessaire d'exécuter une série de tests qui se combinent pour fournir l'assurance que les matériaux utilisés et le processus de fabrication exécuté donnent des transformateurs qui répondent aux spécifications de conception.

2. R : Résistance

Assure que le calibre du cuivre utilisé pour chaque enroulement est correct.
Unité de mesure, Ohms. Plage de mesure de 10 mOhms à 10 MOhms
Tous les enroulements sont testés individuellement pour garantir qu'aucun enroulement ne présente un calibre de cuivre insuffisant pour transporter le courant requis.

3. LS : Inductance série

Assure que le bon matériau de noyau a été utilisé et que le nombre de tours est correct.
Unité de mesure, Henries. Plage de 1 nH à 1 MH avec niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz.
Les différents matériaux de noyau présentent des perméabilités différentes et donc une valeur d'inductance différente pour un nombre de tours donné. Avec le nombre de tours correct, l'inductance fournit une mesure de la capacité des matériaux de noyau à maintenir le flux magnétique requis sans saturation.

Figure 3 Exemple d’écran de saisie de test pour l’inductance à l’aide du programme Editor.

4. QL : Facteur Qualité

Assure que le matériau de base et son assemblage sont corrects
Unité de mesure, Q. Plage de 0,001 à 1000 avec niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz
Le facteur de qualité représente l'efficacité d'un inducteur en tant que rapport entre l'énergie stockée et l'énergie gaspillée et est dérivé de l'équation L / (R SQRT(LC) ). On peut voir que des valeurs Q plus élevées sont obtenues lorsque la composante inductive est grande par rapport aux composantes résistives et capacitives.

Figure 4 Exemple d’écran de saisie de test pour Q Factor à l’aide du programme Editor.

5. ANGL : Angle d'impédance

Garantit que le matériau du noyau, la résistance du fil, le nombre de tours et la capacité entre les enroulements se combinent pour répondre aux spécifications de conception.
Unité de mesure, degrés. Plage de -360° à +360° avec un niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz.
Pour les transformateurs utilisés dans des applications fonctionnant sur une large gamme de fréquences, par exemple les transformateurs audio, le concepteur ou le service de production peut être amené à mesurer l'angle de phase entre l'impédance réelle (résistive (R)) et l'impédance imaginaire (inductive ou capacitive (jXs)). La somme de R et jXs est communément appelée Z (impédance totale).
Lorsque la fréquence appliquée sur un inducteur augmente, l'impédance augmente et l'angle de phase d'impédance diminue jusqu'au point d'auto-résonance, à ce stade l'angle de phase d'impédance est nul (également la valeur d'impédance la plus élevée).

Figure 5 Exemple d’écran de saisie de test pour l’angle de phase à l’aide du programme Editeur.

6. LL : Inductance de fuite

Assure que les enroulements sont correctement positionnés sur la bobine et que tout entrefer inclus dans la conception du noyau est de la bonne taille.

Unité de mesure, Henries. Plage de 1 nH à 1 kH avec niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz

L'inductance de fuite est la composante inductive attribuable au flux magnétique qui ne relie pas les enroulements primaires aux enroulements secondaires. Les conceptions peuvent nécessiter une valeur spécifique d'inductance de fuite pour le bon fonctionnement du circuit dans lequel le transformateur sera installé ou il peut être nécessaire de maintenir la valeur très basse. La mesure de l'inductance de fuite nécessite l'application d'un court-circuit aux enroulements secondaires, ce qui peut souvent poser des problèmes dans un environnement de production. Les testeurs de la série AT éliminent ces problèmes grâce à une technique de mesure unique qui est décrite en détail dans une note technique distincte VPN : 104-105.

Figure 6 Exemple d’écran de saisie de test pour l’inductance de fuite à l’aide du programme Editor.

7. C : Capacité entre enroulements

Assure que l'épaisseur d'isolation entre les enroulements est correcte.
Unité de mesure, Farads. Plage de mesure de 100 fF à 1 mF avec niveau de signal de 1 mV à 5 V de 20 Hz à 3 MHz
La capacité se produit dans les inducteurs et les transformateurs en raison de la proximité physique du couplage électrostatique entre les fils d'un enroulement.
La capacité existe également entre des enroulements séparés du primaire au secondaire ou du secondaire au secondaire.

Figure 7 Exemple d’écran de saisie de test pour la capacité à l’aide du programme Editor.

8. TR : Rapport de tours

Garantit que le nombre de tours sur chaque enroulement et la polarité de l'enroulement répondent aux spécifications.
Unité de mesure, rapport décimal. 1:100 k à 100 k:1 avec un niveau de signal de 1 mV à 5 V à 20 Hz à 3 MHz
Le rapport de tours est mesuré pour établir que le nombre de tours sur les enroulements primaires et secondaires est correct et que, par conséquent, les tensions secondaires requises sont atteintes lorsque le transformateur est en service. Il est important de se rappeler que les différentes pertes du transformateur illustrées à la figure 1 entraîneront un rapport de tension qui ne correspond pas exactement au rapport des tours physiques présents sur les enroulements. Les testeurs de la série AT incluent la capacité de calculer les tours à partir du rapport d'inductance (TRL) qui permet de surmonter les erreurs attribuables à la perte de noyau et à l'inductance de fuite.
Ces considérations et d'autres sur le rapport de rotation sont décrites dans une note technique distincte VPN : 104-113.

Figure 8 Exemple d'écran de saisie de test pour le rapport de tours à l'aide du programme Editor.

9. SURG : Test de surtension à haute tension

Garantit que le matériau isolant autour du fil de cuivre (généralement de la laque) n'a pas été endommagé pendant la fabrication, ce qui présente un risque de court-circuit entre les enroulements.
Unité de mesure, mV Secondes. Plage de 1 mVs à 1 kVs avec un niveau de signal d'impulsion de 100 V à 5 kV.
Les transformateurs à nombre élevé de spires utilisant des fils fins sont vulnérables aux dommages d'isolation. Les dommages causés au matériau isolant pendant la production sont très difficiles à détecter car il se peut qu'il n'y ait pas de court-circuit total et que la tension appliquée pendant le test des spires ne soit pas suffisante pour combler ce court-circuit partiel. Cependant, pendant le fonctionnement dans le produit fini, le transformateur est exposé à des tensions beaucoup plus élevées qui peuvent provoquer un arc corona au point de dommage ou l'effet de chauffage d'une utilisation normale peut provoquer un court-circuit après une courte période de temps.

En connectant un condensateur chargé dans l'AT3600 à un enroulement de transformateur, l'enroulement est exposé à une tension d'impulsion et en mesurant la zone sous l'oscillation décroissante, il est possible de déterminer si une panne entre les spires de l'enroulement s'est produite. Le diagramme ci-dessous illustre l'oscillation décroissante d'un enroulement de transformateur sans dommage d'isolation par rapport au même enroulement avec une isolation endommagée.

Figure 9 Exemples de formes d'onde de surtension

En calculant le produit volt-seconde sous la courbe, l'AT3600 fournit une quantité numérique permettant d'établir les composants en bon ou en mauvais état. Cela permet de détecter les spires en court-circuit à l'aide d'une technique de tension d'impulsion, tout en évitant les erreurs potentielles inhérentes à l'interprétation par l'utilisateur de formes d'onde complexes.

Figure 10 Exemple d'écran de saisie de test pour la contrainte de surtension à l'aide du programme Editor.

10. IR : Résistance d'isolement

Garantit que l'isolation entre les enroulements répond aux spécifications requises
Unité de mesure, Ohms. Plage de 1 MOhms à 100 GOhms avec un niveau de signal de 100 V à 7 kV (AT5600 + AT3600) ou 500 V (ATi).~
À l'aide d'un générateur haute tension CC et d'un système de mesure de courant CC, la valeur de la résistance est calculée.

Figure 11 Exemple d’écran de saisie de test pour la résistance d’isolement à l’aide du programme Éditeur.

11. HPAC : Tests de sécurité du courant alternatif haute tension

Assure que les enroulements sont positionnés correctement avec les matériaux appropriés pour fournir le niveau d'isolation de sécurité requis.
Unité de mesure, ampères. Plage de 10 uA à 10 mA avec un niveau de signal de 100 V CA à 5 kV CA.
Tous les transformateurs assurant l'isolation d'un système d'alimentation CA doivent être testés pour confirmer leur capacité à supporter les tensions de test de sécurité sans panne. Afin de respecter les réglementations de test, il est nécessaire de fournir la preuve que la tension de test est maintenue pendant la période de test et l'AT3600/AT5600 y parvient en mesurant et en contrôlant la tension appliquée pendant toute la durée du test.

Figure 12 Exemple d’écran de saisie de test pour HPAC à l’aide du programme Editor.

12. Conclusions des tests de ferrite

On peut constater qu’une gamme appropriée de tests fournira une assurance complète que tous les matériaux et processus de production d’un transformateur sont corrects.
Cela garantira à son tour que chaque transformateur testé est entièrement conforme aux spécifications requises.
Des tests aussi approfondis se sont historiquement révélés trop coûteux, trop difficiles ou trop longs.
Cependant, les testeurs de la série AT offrent une solution rentable, facile à utiliser et rapide.
Le test complet présenté ci-dessus a été exécuté par le testeur AT à une vitesse de 1,2 seconde, d'une simple pression sur un bouton.

14. Voir aussi :