Transformateurs de fréquence secteur/ligne

1 Test des transformateurs de fréquence de ligne

Les transformateurs sont présents dans presque tous les produits électriques et électroniques fabriqués dans le monde, ce qui crée un énorme besoin mondial en transformateurs.
Le test des transformateurs et des composants bobinés est essentiel avant l’assemblage final du produit.
Cela permet de filtrer les pannes à l’avance, d’éviter les retouches coûteuses, de réduire les coûts de fabrication et d’améliorer la fiabilité globale.

Les tests des transformateurs nécessitent donc :
Méthodes de fabrication rapides, efficaces et contrôlées par la qualité
100% de tests garantissant zéro rejet envoyé au client

Les transformateurs laminés 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 manière à être couplées magnétiquement. Les deux bobines sont appelées primaire et secondaire.
Le matériau du noyau est généralement constitué de fines feuilles d'un matériau magnétique doux (environ 0,35 mm d'épaisseur), généralement en acier au silicium à 4 %, appelées tôles, isolées les unes des autres par un vernis. Ces fines feuilles réduisent les courants de Foucault en augmentant la résistance au passage de ces courants générateurs de pertes.

Les courants de Foucault sont l'un des deux principaux éléments associés aux pertes globales du noyau. Le second, la perte par hystérésis, est l'énergie utilisée pour changer 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.

Le noyau est partiellement assemblé avant l'insertion des enroulements et une fois insérés, les feuilles de stratifié restantes sont ensuite entrelacées pour éviter que tous les joints ne se retrouvent au même endroit, les joints sont ensuite décalés de manière similaire à la pose de briques.

Les transformateurs laminés sont utilisés dans la plupart des applications à 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 de noyau minimales. Les transformateurs laminés offrent les avantages suivants :

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

Dans le cadre de ce document, nous nous concentrerons sur les transformateurs abaisseurs de tension. En concevant le nombre de spires dans les enroulements primaires et secondaires, il est possible de réaliser n'importe quel transformateur élévateur ou abaisseur souhaité.

Le couplage entre le primaire et le secondaire doit être serré dans un transformateur de puissance afin de réduire la réactance de fuite, sinon la chute de réactance sera considérable et variera avec la tension et le courant secondaires. Par conséquent, les transformateurs stratifiés sont enroulés avec des enroulements concentriques (le primaire et le secondaire sont enroulés avec la moitié des tours sur le membre du noyau, l'un sur l'autre (pour donner un couplage étroit) avec une isolation intermédiaire.

Les testeurs de transformateurs Voltech combinent pratiquement tous les tests dans un seul boîtier, ce qui permet un temps de test rapide évitant une reconfiguration pour chaque test.

2 tests critiques pour les transformateurs de fréquence de ligne

Paramètre de test	Essentiel pour	L'essentiel du testeur
Courant magnétisant (MAGI)	Vérifiez que le transformateur a été assemblé correctement, avec le nombre approprié de tours, la bonne qualité de matériau magnétique matériau pour le noyau et l'entrefer correct si nécessaire.	Vérifiez les spires primaires et le matériau du noyau correct correctement assemblé
Résistance (R)	Vérifiez que le fil est correct et que la terminaison de soudure est bonne	La DCR est la résistance en courant continu (CC) offerte par un inducteur en raison de la résistance de l'enroulement. Elle est exprimée en ohms ou en milli-ohms maximum.
Puissance (WATT)	Mesure de perte de noyau pour confirmer que le transformateur a été assemblé correctement	La puissance mesurée est la puissance dissipée par les effets de courants de Foucault et d'hystérésis dans le noyau et est connu sous le nom de perte de noyau
Potentiomètre haute puissance (HPAC)	Assure que les enroulements sont positionnés correctement avec les matériaux appropriés pour fournir le niveau d'isolation de sécurité requis.	Mesure et contrôle la tension appliquée pendant toute la durée du test. L'AT3600 applique une tension entre deux groupes d'enroulements (ou noyau), les enroulements de chaque groupe étant court-circuités ensemble.
SURTENSION (SURG)	Vérifiez les spires court-circuitées. Assurez-vous que le matériau isolant autour du fil de cuivre (généralement laqué) n'a pas été endommagé pendant la fabrication	Une impulsion de haute énergie est déchargée dans un enroulement. Le transformateur est caractérisé par la surface sous la forme d'onde, mesurée en volts-secondes.
Résistance d'isolement (IR)	Vérifiez l'intégrité du isolation entre éléments séparés enroulements, ou entre un enroulement et un noyau ou un écran.	Le testeur applique une tension continue entre deux groupes d'enroulements, les enroulements de chaque groupe étant court-circuités ensemble.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Étendez la plage de test avec l'interface AC

3 Principes de base du transformateur

Une tension alternative, Vin appliquée au primaire crée un courant alternatif Iin dans l'enroulement primaire.
Le courant produit un flux magnétique alternatif dans le noyau.
Le flux magnétique alternatif génère une tension, Vout, dans le secondaire
Pour les ondes sinusoïdales, la densité de flux, B = Vin / ( 4,44 NA f) où
N = Nombre de tours
A est la section transversale du noyau
f est la fréquence.

Puisque pour un transformateur donné, B, A et f sont constants : -

Transformateurs
Augmenter ou diminuer la tension alternative
Augmenter ou diminuer le courant alternatif

Comme il n’y a pas de connexion électrique entre les enroulements primaires et secondaires, ils assurent l’isolation d’un circuit électrique à un autre.
Ce sont ces propriétés uniques des transformateurs qui les rendent si largement utilisés dans toutes sortes d’équipements électriques/électroniques.

4 noyaux de transformateur

Les pertes de puissance du noyau comprennent,
a) les pertes par hystérésis dues à la magnétisation et à la démagnétisation du noyau à travers la boucle BH,
b) plus toutes pertes supplémentaires par courants de Foucault

Section transversale de : Ferrite, feuilletée, noyau solide

Dans un noyau solide, le courant peut circuler à l'intérieur du matériau du noyau, générant des pertes I ² R (résistives).
Les noyaux de fer sont généralement laminés pour restreindre le trajet du courant et réduire cet effet.
Les noyaux de ferrite ont une résistance encore plus élevée et donc des pertes par courants de Foucault très faibles.

Circuit équivalent à 5 transformateurs

Un transformateur idéal possède :
- Aucune perte.
- Couplage parfait entre les enroulements.
- Impédance en circuit ouvert infinie (courant à vide = 0).
- Isolation infinie entre les enroulements.

En réalité, les transformateurs pratiques présentent des caractéristiques différentes de celles d’un transformateur idéal.
Bon nombre de ces caractéristiques peuvent être représentées par un circuit équivalent à un transformateur.

Circuit équivalent à un transformateur réel

Dans le circuit équivalent du transformateur pour le cas de la « vie réelle »
Les L et R sont utilisés pour modéliser l’effet des pertes de noyau.
R1, R2, R3 sont les résistances des enroulements.
Ll est l'inductance de fuite.
C1, C2 et C3 sont les capacités inter-enroulements

7 Capacités essentielles

Les testeurs Voltech AT ont la capacité intégrée décrite ci-dessous.

Pour exploiter cette capacité, les testeurs peuvent être équipés d'un certain nombre de tests différents tels que l'inductance, la résistance CA, le rapport de tours, les watts ou le CA hi-pot.
Les tests sont vendus dans des packages tels que Standard ou Gold ou peuvent être achetés individuellement et ajustés par l'utilisateur via une mise à niveau du micrologiciel.

8 Capacité étendue

Alimentation CA externe (AT5600 + AT3600) - Source d'alimentation flexible pour les transformateurs plus grands .
La source CA interne programmable AT peut être utilisée pour fournir jusqu'à 270 V à 2 A RMS de 20 Hz à 1 500 Hz.
Cette alimentation est utilisée pour mesurer le courant magnétisant, les watts et les tensions en circuit ouvert sur les transformateurs laminés en fer.
Les tests sont généralement effectués avec le transformateur hors charge ou en circuit ouvert, de sorte que les transformateurs évalués à 2 kVA ou plus peuvent être testés.
Cette source de courant alternatif interne présente plusieurs avantages, le plus important étant peut-être la possibilité d'augmenter la tension et le courant sous contrôle logiciel en temps réel pour minimiser le courant d'appel et le temps de test.

L'interface AC Voltech permet aux sources AC externes (y compris les transformateurs élévateurs ou abaisseurs simples) de fournir une alimentation AC étendue de manière transparente dans l'environnement de test AT.

Avec l'interface AC, la capacité AT peut être étendue jusqu'à 600 V à 10 A RMS

Les sources CA externes qui peuvent être intégrées dans l'environnement de test AT3600 incluent :

Transformateurs élévateurs simples (fournissant jusqu'à 600 V à 0,8 A)
Transformateurs abaisseurs simples (fournissant jusqu'à 10 A à 20 V)
Sources CA externes entièrement programmables (fournissant jusqu'à 600 V à 10 A).

Tests pour l'AT3600 + AT5600 avec l'interface AC

9 Polarisation CC externe - Conditions de test de saturation réelles pour les transformateurs de puissance et les selfs

Les transformateurs de puissance et les bobines d'arrêt qui transportent un courant continu élevé sont courants dans les alimentations et les onduleurs. Le test de ces pièces à leur courant continu nominal permet de garantir que les pièces ont été correctement enroulées, assemblées et raccordées.

L'alimentation en courant continu Voltech DC1000 25 A s'intègre parfaitement dans l'environnement de test AT3600 ou ATi pour fournir jusqu'à 250 A (10 x DC1000 en parallèle) de courant de polarisation continu programmable et régulier avec un effet minimal sur la mesure de l'inductance alternative.

Courant continu programmable de 25 ampères
250 ampères avec 10 x DC1000
Fonctionne parfaitement avec AT3600 ou ATi
La conception unique de l'inducteur électronique minimise l'effet sur la mesure de l'inductance CA
Peut être utilisé sur presque tous les compteurs LCR. Alternative pour les types Agilent, Wayne Kerr et Chroma.

Tests pour le DC1000 et l'AT3600/AT5600/ATi