Trasformatori di frequenza di rete/linea

1 Test dei trasformatori di frequenza di linea

I trasformatori sono presenti in quasi tutti i prodotti elettrici ed elettronici prodotti nel mondo, creando così un'enorme necessità di trasformatori.
È essenziale testare i trasformatori e i componenti avvolti prima dell'assemblaggio finale nel prodotto.
In questo modo si eliminano in anticipo i guasti, si evitano costose rielaborazioni, si riducono i costi di produzione e si migliora l'affidabilità complessiva.

Il test del trasformatore richiede quindi:
Metodi di produzione rapidi ed efficaci, con controllo della qualità
Test al 100% che garantiscono zero scarti inviati al cliente

I trasformatori laminati sono usati principalmente come trasformatori step-up, step-down a bassa frequenza, bassa/alta tensione e frequenza di linea. Due bobine sono avvolte su un nucleo in modo tale da essere accoppiate magneticamente. Le due bobine sono note come primario e secondario.
Il materiale del nucleo tende a essere costruito da sottili fogli di un materiale magnetico morbido (spessore di circa 0,35 mm), solitamente realizzati in acciaio al silicio al 4%, chiamati laminati, che sono isolati l'uno dall'altro tramite vernice. Questi sottili fogli riducono le correnti parassite aumentando la resistenza al flusso di tali correnti che causano perdite.

Le correnti parassite sono uno dei due elementi principali associati alle perdite complessive del nucleo. Il secondo, la perdita di isteresi, è l'energia utilizzata cambiando lo stato magnetico del nucleo durante ogni ciclo e le correnti parassite sono correnti indotte nel nucleo da flussi variabili nel tempo.

Il nucleo viene parzialmente assemblato prima dell'inserimento degli avvolgimenti e, una volta inseriti, i fogli laminati rimanenti vengono intervallati per evitare che tutti i giunti si trovino nello stesso punto; i giunti vengono quindi sfalsati in modo simile alla posa dei mattoni.

I trasformatori laminati sono utilizzati nella maggior parte delle applicazioni a bassa frequenza, solitamente tra 50 Hz e 400 Hz. Il primario tende ad avere un'elevata induttanza, il che consente l'uso a bassa frequenza con perdite minime del nucleo. I trasformatori laminati forniscono quanto segue:

Elevatore di tensione.
Riduttore di tensione a bassa tensione.
Elevata corrente di uscita.
Isolamento.

Ai fini del presente documento ci concentreremo sui trasformatori laminati step-down. Progettando il numero di spire negli avvolgimenti primari e secondari, è possibile realizzare qualsiasi trasformatore step-up o step-down desiderato.

In un trasformatore di potenza, l'accoppiamento tra primario e secondario deve essere stretto per ridurre la reattanza di dispersione, altrimenti la caduta di reattanza sarà considerevole e varierà con la tensione e la corrente secondaria. Pertanto, i trasformatori laminati sono avvolti con avvolgimenti concentrici (il primario e il secondario sono avvolti con metà delle spire sul ramo del nucleo, uno sopra l'altro (per fornire un accoppiamento stretto) con isolamento intermedio.

I tester per trasformatori Voltech combinano praticamente tutti i test in un'unica soluzione, riducendo così i tempi di prova e evitando di dover riconfigurare ogni volta.

2 Test critici del trasformatore per trasformatori di frequenza di linea

Parametro di prova	Critico per	Elementi essenziali del tester
Corrente magnetizzante (MAGI)	Controllare che il trasformatore sia stato assemblato correttamente, con il numero appropriato di spire, il giusto grado di magnetismo materiale per il nucleo e, se necessario, il corretto traferro.	Controllare le spire primarie e correggere il materiale del nucleo correttamente assemblato
Resistenza (R)	Controllare il filo corretto e la buona terminazione della saldatura	DCR è la resistenza in corrente continua (DC) offerta da un induttore a causa della resistenza dell'avvolgimento. Espressa in ohm o milliohm massimo.
Potenza (WATT)	Misurazione della perdita del nucleo per confermare che il trasformatore è stato assemblato correttamente	La potenza misurata è la potenza dissipata dagli effetti di correnti parassite e isteresi nel nucleo ed è nota come perdita di nucleo
Alto potere (HPAC)	Garantisce che gli avvolgimenti siano posizionati correttamente e realizzati con i materiali corretti per fornire il livello di isolamento di sicurezza richiesto.	Misura e controlla la tensione applicata per tutta la durata del test. L'AT3600 applica una tensione tra due gruppi di avvolgimenti (o nucleo), con gli avvolgimenti di ciascun gruppo cortocircuitati tra loro.
AUMENTO (SURGE)	Controllare le spire in cortocircuito. Assicura che il materiale isolante attorno al filo di rame (solitamente lacca) non è stata danneggiata durante la fabbricazione	Un impulso ad alta energia viene scaricato in un avvolgimento. Il trasformatore è caratterizzato dall'area sotto la forma d'onda, misurata in volt-secondi.
Resistenza di isolamento (IR)	Controllare l'integrità del isolamento tra separato avvolgimenti, o tra un avvolgimento e un nucleo o schermo.	Il tester applica una tensione continua tra due gruppi di avvolgimenti, cortocircuitando gli avvolgimenti di ciascun gruppo.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Estendi la gamma di prova con l'interfaccia AC

3 Nozioni di base sui trasformatori

Una tensione alternata, Vin, applicata al primario crea una corrente alternata Iin nell'avvolgimento primario.
La corrente produce un flusso magnetico alternato nel nucleo.
Il flusso magnetico alternato genera una tensione, Vout, nel secondario
Per le onde sinusoidali, la densità di flusso, B = Vin / ( 4.44 NA f) dove
N = Numero di giri
A è l'area della sezione trasversale del nucleo
f è la frequenza.

Poiché per un dato trasformatore, B, A e f sono costanti: -

Trasformatori
Aumentare o diminuire la tensione CA
Aumentare o diminuire la corrente alternata

Poiché non esiste alcun collegamento elettrico tra gli avvolgimenti primari e secondari, essi garantiscono l'isolamento da un circuito elettrico all'altro.
Sono queste proprietà uniche dei trasformatori a renderli così ampiamente utilizzati in tutti i tipi di apparecchiature elettriche/elettroniche.

4 Nuclei del trasformatore

Le perdite di potenza del nucleo comprendono:
a) le perdite per isteresi derivanti dalla magnetizzazione e smagnetizzazione del nucleo attraverso il circuito BH,
b) più eventuali perdite aggiuntive per correnti parassite

Sezione trasversale di: Ferrite, Laminato, Nucleo solido

In un nucleo solido, la corrente può circolare all'interno del materiale del nucleo generando perdite I ² R (resistive).
I nuclei di ferro sono solitamente laminati per limitare il percorso della corrente e ridurre questo effetto.
I nuclei di ferrite hanno una resistenza ancora più elevata e quindi perdite per correnti parassite molto basse.

5 Circuito equivalente del trasformatore

Un trasformatore ideale ha:
- Nessuna perdita.
- Accoppiamento perfetto tra gli avvolgimenti.
- Impedenza a circuito aperto infinita (corrente a vuoto = 0).
- Isolamento infinito tra gli avvolgimenti.

Nella realtà, i trasformatori pratici presentano caratteristiche diverse da quelle di un trasformatore ideale.
Molte di queste caratteristiche possono essere rappresentate da un circuito equivalente del trasformatore.

Circuito equivalente del trasformatore reale

Nel circuito equivalente del trasformatore per il caso "reale"
Ls e Rs vengono utilizzati per modellare l'effetto delle perdite del nucleo.
R1, R2, R3 sono le resistenze degli avvolgimenti.
Ll è l'induttanza di dispersione.
C1, C2 e C3 sono le capacità degli avvolgimenti intermedi

7 Capacità Essenziali

I tester Voltech AT sono dotati delle funzionalità integrate descritte di seguito.

Per sfruttare questa capacità, i tester possono essere dotati di una serie di test diversi, come induttanza, resistenza CA, rapporto di trasformazione, watt o hi-pot CA.
I test vengono venduti in pacchetti come Standard o Gold oppure possono essere acquistati singolarmente e installati dall'utente tramite un aggiornamento del firmware.

8 Capacità estesa

Alimentazione CA esterna (AT5600 + AT3600): fonte di alimentazione flessibile per trasformatori di grandi dimensioni .
La sorgente CA interna programmabile dell'AT può essere utilizzata per fornire fino a 270 V a 2 A RMS da 20 Hz a 1500 Hz.
Questo alimentatore viene utilizzato per misurare la corrente magnetizzante, i watt e le tensioni a circuito aperto sui trasformatori laminati in ferro.
I test vengono solitamente eseguiti con il trasformatore fuori carico o a circuito aperto, in modo che sia possibile testare trasformatori con potenza nominale pari o superiore a 2 kVA.
Questa sorgente CA interna presenta diversi vantaggi, il più importante dei quali è forse la possibilità di aumentare la tensione e la corrente tramite controllo software in tempo reale, per ridurre al minimo la corrente di spunto e il tempo di prova.

L'interfaccia AC Voltech consente alle fonti di corrente alternata esterne (inclusi semplici trasformatori elevatori o elevatori) di fornire alimentazione AC estesa senza soluzione di continuità all'interno dell'ambiente di test AT.

Con l'interfaccia AC, la capacità AT può essere estesa fino a 600 V a 10 A RMS

Le fonti CA esterne che possono essere integrate nell'ambiente di test AT3600 includono:

Semplici trasformatori elevatori (che forniscono fino a 600 V a 0,8 A)
Semplici trasformatori step-down (che forniscono fino a 10 A a 20 V)
Fonti di corrente alternata esterne completamente programmabili (che forniscono fino a 600 V a 10 A).

Test per AT3600 + AT5600 con l'interfaccia AC

9 Polarizzazione CC esterna - Condizioni di prova di saturazione reale per trasformatori di potenza e induttori

Trasformatori di potenza e induttori che trasportano un'elevata corrente continua sono comuni negli alimentatori e negli inverter. Testare queste parti alla loro corrente continua nominale fornisce la certezza assoluta che le parti siano state correttamente avvolte, assemblate e terminate.

L'alimentatore in corrente continua Voltech DC1000 da 25 A si integra perfettamente nell'ambiente di test AT3600 o ATi per fornire fino a 250 A (10 x DC1000 in parallelo) di corrente di polarizzazione continua programmabile e uniforme con un effetto minimo sulla misurazione dell'induttanza CA.

Corrente continua programmabile da 25 Ampere
250 Ampere con 10 x DC1000
Funziona perfettamente con AT3600 o ATi
Il design esclusivo dell'induttore elettronico riduce al minimo l'effetto sulla misurazione dell'induttanza CA
Può essere utilizzato su quasi tutti i misuratori LCR. Alternativa per i tipi Agilent, Wayne Kerr e Chroma.

Test per DC1000 e AT3600/AT5600/ATi