Test des transformateurs laminés

1. Introduction aux tests des transformateurs laminés

Les transformateurs stratifiés sont principalement utilisés comme transformateurs élévateurs et abaisseurs de fréquence de ligne, de basse fréquence et de 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 constituées d'acier au silicium à 4 %, appelées laminations, celles-ci étant isolées les unes des autres par du vernis.
Ces feuilles minces réduisent les courants de Foucault en augmentant la résistance au passage de ces courants.

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 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 de noyau minimales.

Les transformateurs laminés offrent les caractéristiques suivantes : -

• 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 laminés abaisseurs.
En concevant le nombre de tours dans les enroulements primaires et secondaires, tout transformateur élévateur ou abaisseur souhaité peut être réalisé.
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 en fonction de la tension et du 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).

2. Tests appropriés pour les TX stratifiés

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

CTY : CTY est un test de continuité destiné à garantir que le transformateur est correctement installé dans son support et que l'intégrité de toutes les terminaisons d'enroulement est bonne. La résistance minimale est de 10 kOhms jusqu'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 peut supporter de courant. La résistance est exprimée en mOhms à MOhms

VOC : 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 de tension secondaire de 100 mV à 500 V avec une tension d'essai 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 (en opposition de phase).

IR : Les tests de résistance d'isolement sont conçus pour vérifier la mauvaise isolation et le blindage 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 d'essai de 100 V à 7 kV en CC.

MAGI : Le courant magnétisant est la combinaison du courant nécessaire pour magnétiser le noyau et du courant nécessaire pour compenser les pertes dans le noyau. Les résultats sont présentés sous la forme d'un courant de 1 mA à 2 A (crête de 3 A) avec une tension d'essai 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 continue à consommer du courant, ce courant étant proportionnel aux pertes dans le noyau (courants de Foucault et hystérésis). La loi de Faraday suggère que si la tension et la fréquence augmentent proportionnellement, les pertes dans le noyau devraient rester les mêmes. Par conséquent, si une augmentation de puissance importante est détectée, cela indiquerait un défaut d'enroulement. Les résultats sont présentés en watts de 1 mW à 40 watts avec une tension d'essai de 1 V à 270 V à 20 Hz à 1,5 kHz.

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

Une séquence de test de stratifié typique pourrait être :

• Continuité CTY.
• Résistance R.
• Tension VOC en circuit ouvert.
• MAGI Courant magnétisant.
• STRW Watts de stress.
• Résistance d'isolement IR.
• HPAC Climatiseur à haut potentiel. Test de sécurité.

3, tests CTY et R (continuité et résistance)

La continuité est un test simple pour s'assurer 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 sont généralement utilisés pour la vitesse et testeront chaque enroulement et terminaison pour une valeur inférieure à 10 kW.

La résistance est la résistance au 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 laminé).

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%.
L'enroulement secondaire serait également testé pour la résistance.

FIGURE 2.

4. Test VOC (circuit ouvert sous tension)

Le test de tension en circuit ouvert est une version haute tension du test de rapport de tours. 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 charge et peut être sélectionnée comme positive (en phase) ou négative (en opposition de phase).

La figure 3 montre les paramètres requis pour le VOC sur les enroulements primaires et secondaires du transformateur échantillon.
Les niveaux de tension et de fréquence ont été sélectionnés comme fréquence de ligne américaine 110 V à 60 Hz avec des limites de tension sélectionnées comme un minimum de 52 V et un maximum de 60 V. La phase a été définie pour un +ve.

FIGURE 3.

5. Test STRW (watts de contrainte)

Le rôle principal des tests de puissance de contrainte est d'indiquer un défaut dans l'isolation entre les 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 étant proportionnel aux pertes du noyau (courants de Foucault et hystérésis). L'hystérésis est l'énergie utilisée en changeant l'état magnétique du noyau pendant 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 augmentent proportionnellement, la perte dans le noyau devrait rester la même. Par conséquent, si une augmentation de puissance importante était mesurée, cela indiquerait la présence d'un défaut d'enroulement.

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 de noyau ne devraient pas varier considérablement de 110 V à 60 Hz à 220 V à 120 Hz, ce qui permet de doubler la tension des tests de contrainte sur les enroulements.

La figure 4 montre les paramètres requis pour la STRW sur l'enroulement secondaire du transformateur 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 stratifiés, 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 de magnétisation (H) et de densité de flux résultante (B).
Le courant magnétisant est le courant nécessaire pour établir le flux du noyau, ce qui résulte de la combinaison du courant requis pour magnétiser le noyau et du courant requis pour fournir les pertes dans le noyau comprenant l'hystérésis et les courants de Foucault.
L'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.

FIGURE 5 : Circuit équivalent de 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 aux pertes de noyau.

La figure 6 montre les paramètres requis pour MAGI sur l’enroulement primaire du transformateur 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 une consommation de courant maximale fixée à 50 mA.

FIGURE 6.

7. Test IR (résistance d'isolement)

Le test de résistance d'isolement est un moyen de vérifier l'isolement de l'enroulement et l'isolement de l'enroulement au noyau.
La qualité de l'isolation peut être vérifiée en appliquant une tension continue sur l'isolation et en mesurant sa résistance.

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

8. Tests HPAC (sécurité haute tension)

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

L'exemple de spécification de transformateur de fréquence de ligne suivant sera utilisé 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 110V @ 60Hz courant maximum 50 mA.
• Tension circuit ouvert 110V @ 60Hz tension minimale 52 V, tension maximale 60 V.
• Puissance de contrainte, tension primaire 220 @ 120 Hz maximum 2 watts.
• Résistance d'isolement à 500 V DC, primaire à secondaire 1 minimum - résistance 10 MOhms.
• Hi-pot primaire vers secondaire 5 KV AC / 1 mA / 2 secondes.
• Hi-pot primaire au noyau 5 kV AC / 1 mA / 2 secondes.

10. Voir aussi :