Test des transformateurs stratifiés

1, Introduction aux tests des transformateurs stratifiés

Les transformateurs stratifiés sont principalement utilisés comme transformateurs élévateurs et abaisseurs de fréquence de ligne, basse fréquence et basse/haute tension.

Deux bobines sont enroulées sur un noyau de telle sorte qu'elles soient couplées magnétiquement.
Les deux bobines sont appelées primaire et secondaire.
Le matériau central a tendance à être construit à partir de fines feuilles d'un matériau magnétique doux (environ 0,35 mm d'épaisseur), généralement constituées de 4 % d'acier au silicium, appelées stratifications, celles-ci sont isolées les unes des autres par du vernis.
Ces feuilles minces réduisent les courants de Foucault en augmentant la résistance à la circulation de ces courants.

Le noyau est partiellement assemblé avant l'insertion des enroulements et une fois insérés, les feuilles stratifiées restantes sont ensuite entrelacées pour éviter que tous les joints ne se retrouvent au même endroit, les joints sont ensuite décalés comme pour la pose de briques.
Les transformateurs stratifiés sont utilisés dans la plupart des applications basse fréquence, généralement entre 50 Hz et 400 Hz. Le primaire a tendance à avoir une inductance élevée, ce qui permet une utilisation à basse fréquence avec des pertes minimales dans le noyau.

Les transformateurs stratifiés offrent les éléments suivants : -

• Élévateur haute tension.
• Abaisseur basse tension.
• Sortie de courant élevée.
• Isolement.

Pour les besoins de ce document, nous nous concentrerons sur les transformateurs stratifiés abaisseurs.
En concevant le nombre de tours dans les enroulements primaire et secondaire, tout transformateur élévateur ou abaisseur souhaité peut être réalisé.
Le couplage entre le primaire et le secondaire doit être « étroit » dans un transformateur de puissance afin de réduire la réactance de fuite, sinon la chute de réactance sera considérable et variera en fonction de la tension et du courant secondaire.
Par conséquent, les transformateurs stratifiés sont enroulés avec des enroulements concentriques (le primaire et le secondaire sont enroulés avec la moitié des tours sur la branche centrale, l'un sur l'autre (pour donner un couplage étroit) avec une isolation intermédiaire.

2, tests appropriés pour les stratifiés TX

Les testeurs de la série AT ont la capacité d'effectuer les tests de transformateurs stratifiés suivants :

CTY : CTY est un test de continuité conçu pour garantir que le transformateur est correctement installé dans son support et que toute l'intégrité des terminaisons d'enroulement est bonne. La résistance minimale est de 10 kOhms à 10 MOhms.

R : R est la résistance CC offerte par un inducteur en raison de la résistance de l'enroulement. Plus la résistance est faible, plus un inducteur supportera de courant. La résistance est présentée en mOhms en MOhms

COV : Tension en circuit ouvert, ce test applique une tension au primaire et lit la tension induite dans l'enroulement secondaire. Les résultats sont présentés sous forme d'une tension secondaire de 100 mV à 500 V avec une tension de test de 1 V à 270 V à 20 Hz à 1,5. kHz. La phase est également mesurée sous forme de polarité, c'est-à-dire positive (en phase), négative (anti-phase).

IR : Les tests de résistance d'isolation sont conçus pour vérifier un mauvais blindage et une mauvaise isolation entre les enroulements. La tension et le courant sont mesurés et en divisant la tension par le courant, les mesures de résistance d'isolement sont présentées en MOhms à GOhms avec une tension de test de 100 V à 7 kV @ DC.

MAGI : Le courant magnétisant est la combinaison du courant nécessaire pour magnétiser le noyau et du courant nécessaire pour alimenter les pertes dans le noyau. Les résultats sont présentés sous forme de courant de 1 mA à 2 A (crête de 3 A) avec une tension de test de 1 V à 270 V à 20 Hz à 1,5 K Hz.

STRW : À vide et avec le circuit secondaire ouvert, un transformateur consommera toujours du courant, ce courant est proportionnel aux pertes dans le noyau (courants de Foucault et hystérésis). La loi de Faraday suggère que, à condition que la tension et la fréquence soient augmentées proportionnellement, la perte du noyau devrait rester la même. Par conséquent, si une augmentation spectaculaire de la puissance est détectée, cela indiquerait un défaut d’enroulement. Les résultats sont présentés en watts de 1 mW à 40 watts avec une tension de test de 1 V à 270 V à 20 Hz à 1,5 kHz.

HPAC : les tests Hi-pot AC sont des tests de sécurité d'isolement, qui testent l'isolement entre les enroulements et entre l'enroulement et le noyau et l'enroulement vers le blindage. Le flux de courant est mesuré entre chaque point de test et est présenté en mA à mA avec une tension de test de 100 V à 5,5 kV à 50 Hz à 1 kHz.

Une séquence typique de test de stratifié pourrait être :

• Continuité CTY.
• R Résistance.
• Circuit ouvert de tension COV.
• MAGI Courant magnétisant.
• STRW Watts de contrainte.
• Résistance d'isolation IR.
• HPAC AC à haut potentiel. Test de sécurité.

3, tests CTY & R (continuité et résistance)

La continuité est un test simple pour garantir que le luminaire ainsi que le transformateur ont été correctement insérés.

Les paramètres de test fournis vont de 10 kOhms à 10 MOhms, 10 kOhms est généralement utilisé pour la vitesse et testera chaque enroulement et terminaison pour une valeur inférieure à 10 kW.

La résistance est la résistance en courant continu (CC) offerte par un inducteur en raison de la résistance du fil magnétique utilisé. La résistance est la caractéristique indésirable, qui est le sous-produit du fil ou du matériau conducteur utilisé. Les mesures de résistance sont généralement prises sur tous les enroulements et sont directement liées à la conception du transformateur pour transporter une quantité particulière de courant dans cet enroulement. Plus la résistance est faible, plus les capacités de transport de courant de l'inducteur sont élevées.

FIGURE 1 (Disposition typique d'un transformateur abaisseur stratifié).

La figure 2 montre les paramètres requis pour R sur le primaire.
Les limites de résistance ont été choisies en pourcentage de la valeur nominale de 100 Ohms +/- 5 %.
La résistance de l'enroulement secondaire serait également testée.

FIGURE 2.

4, test COV (circuit ouvert de tension)

Le test de tension en circuit ouvert est une version haute tension du test de rapport de transformation. Au lieu de renvoyer un résultat de rapport, c'est-à-dire 2:1, 1:2, etc., un résultat de tension est renvoyé qui est proportionnel au nombre de tours sur le primaire par rapport au nombre de tours sur le secondaire.
Les paramètres de test fournis vont de 1 V à 270 V avec une plage de mesure de 100 mV à 500 V. La phase est également prise en compte et peut être sélectionnée comme positive (en phase) ou négative (anti-phase).

La figure 3 montre les paramètres requis pour les COV sur les enroulements primaire et secondaire du transformateur d'échantillon.
Les niveaux de tension et de fréquence ont été sélectionnés comme fréquence secteur américaine 110 V à 60 Hz avec les limites de tension sélectionnées comme un minimum de 52 V et un maximum de 60 V. La phase a été réglée pour un +ve.

FIGURE 3.

5, tests STRW (Stress Watts)

Le rôle principal des tests de watts de contrainte est d'indiquer un défaut dans l'isolation entre spires d'un enroulement.
Ce test peut être utilisé sur des enroulements avec des fils très fins. À vide et avec le circuit secondaire ouvert, un transformateur consommera toujours du courant, ce courant est proportionnel aux pertes dans le noyau (courants de Foucault et hystérésis). L'hystérésis est l'énergie consommée en changeant l'état magnétique du noyau au cours de chaque cycle et les courants de Foucault sont des courants induits dans le noyau par des flux variant dans le temps.
La loi de Faraday suggère que si la tension et la fréquence sont augmentées proportionnellement, la perte du noyau devrait rester la même. Par conséquent, si une augmentation spectaculaire de la puissance était mesurée, cela indiquerait qu’un défaut d’enroulement était présent.

Les tests de puissance sous contrainte nécessitent qu'un transformateur de fréquence de ligne de 110 V à 60 Hz soit testé à 220 V à 120 Hz. Les pertes dans le noyau ne devraient pas changer considérablement de 110 V à 60 Hz à 220 V à 120 Hz, permettant ainsi de doubler les tests de contrainte de tension sur les enroulements.

La figure 4 montre les paramètres requis pour STRW sur l'enroulement secondaire du transformateur d'échantillon. Les niveaux de tension et de fréquence ont été sélectionnés comme étant le double de la tension et de la fréquence induites avec la puissance maximale fixée à 2 watts pour une période de maintien de 1 seconde.

FIGURE 4.

6, test MAGI (courant magnétisant)

Un test de courant magnétisant est généralement effectué sur des transformateurs utilisant des noyaux laminés, conçus pour fonctionner sur toute l'étendue de la courbe BH.
La courbe BH montre les caractéristiques d'un matériau magnétique, en termes de force magnétisante (H) et de densité de flux résultante (B).
Le courant magnétisant est le courant nécessaire pour établir le flux du noyau, ce qui entraîne la combinaison du courant nécessaire pour magnétiser le noyau et du courant nécessaire pour fournir les pertes dans le noyau comprenant l'hystérésis et les courants de Foucault.
L'hystérésis est l'énergie consommée en changeant l'état magnétique du noyau au cours de chaque cycle et les courants de Foucault sont des courants induits dans le noyau par des flux variant dans le temps.

FIGURE 5 : Circuit équivalent au courant magnétisant.

• Lm = l'inductance de magnétisation.
• Im = le courant magnétisant.
• Ie = le courant d'excitation.
• Ic = la composante de perte de noyau du courant d'excitation.
• Rc = la résistance à la perte du noyau.

La figure 6 montre les paramètres requis pour MAGI sur l'enroulement primaire du transformateur d'échantillon.
Les niveaux de tension et de fréquence ont été sélectionnés pour la tension et la fréquence de ligne américaine (RMS) 110 V à 60 Hz avec la consommation de courant maximale fixée à 50 mA.

FIGURE 6.

7, test IR (résistance d'isolation)

Les tests de résistance d'isolement sont un moyen de vérifier l'isolation des enroulements et l'isolation des enroulements jusqu'au noyau.
La qualité de l'isolation peut être vérifiée en appliquant une tension continue aux bornes de l'isolation et en mesurant sa résistance.

FIGURE 7 (circuit de test de résistance d'isolement).

8, tests HPAC (sécurité haute tension)

Hi-pot ou flash est un test d'isolation de sécurité et est appliqué aux transformateurs d'isolement pour garantir que l'isolation entre les enroulements ne se rompt pas.
Cela garantit l’intégrité de l’isolation critique pour la sécurité conformément aux normes internationales.
Lorsque les transformateurs assurent une isolation entre les tensions de ligne dangereuses et les tensions de bas niveau sûres, le HPAC constitue un test critique.
Plusieurs tests sont exécutés entre les enroulements et entre les enroulements et le matériau du noyau.

FIGURE 8 (Circuit de test CA Hi-pot).

9, solution complète de test de stratifié

La spécification suivante du transformateur de fréquence de ligne d'échantillon sera utilisée comme modèle pour expliquer une méthode d'une solution de test complète.

• Continuité, résistance de continuité maximale 10 kOhms.
• Résistance d'enroulement CC. valeur nominale primaire 100 Ohms +/- 5%.
• Valeur nominale secondaire 50 W +/- 5%.
• Courant magnétisant 110 V à 60 Hz, courant maximum 50 mA.
• Tension en circuit ouvert 110 V à 60 Hz, tension minimale 52 V, tension maximale 60 V.
• Watts de contrainte, tension primaire 220 à 120 Hz maximum 2 watts.
• Résistance d'isolation à 500 V DC, primaire au secondaire 1 minimum - résistance 10 MOhms.
• Hi-pot primaire à secondaire 5 KV AC / 1 mA / 2 secondes.
• Hi-pot primaire à noyau 5 kV AC / 1 mA / 2 secondes.

10. Voir aussi :