Test di trasformatori laminati

1, Introduzione al test dei trasformatori laminati

I trasformatori laminati sono utilizzati principalmente come trasformatori step-up e step-down a frequenza di linea, a bassa frequenza e a bassa/alta tensione.

Due bobine sono avvolte su un nucleo in modo tale da essere accoppiate magneticamente.
Le due bobine sono conosciute come primaria e secondaria.
Il materiale del nucleo tende ad essere costruito da sottili fogli di materiale magnetico morbido (circa 0,35 mm di spessore), solitamente realizzati in acciaio al silicio al 4%, chiamati laminazioni, questi sono isolati l'uno dall'altro mediante vernice.
Questi fogli sottili riducono le correnti parassite aumentando la resistenza al flusso di tali correnti.

Il nucleo viene parzialmente assemblato prima dell'inserimento degli avvolgimenti e una volta inseriti i restanti fogli laminati vengono poi interfogliati per evitare che tutti i giunti arrivino in un unico punto, i giunti vengono quindi sfalsati in modo simile alla posa dei mattoni.
I trasformatori laminati vengono utilizzati nella maggior parte delle applicazioni a bassa frequenza, solitamente tra 50 Hz e 400 Hz. Il primario tende ad avere un'induttanza elevata, ciò consente l'uso a bassa frequenza con perdite del nucleo minime.

I trasformatori laminati forniscono quanto segue: -

• Aumento dell'alta tensione.
• Step-down a bassa tensione.
• Uscita ad alta corrente.
• Isolamento.

Ai fini di questo 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.
L'accoppiamento tra primario e secondario deve essere "stretto" in un trasformatore di potenza 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 sull'arto del nucleo, uno sopra l'altro (per fornire un accoppiamento stretto) con isolamento intermedio.

2, test adatti per laminati TX

I tester della serie AT sono in grado di eseguire i seguenti test applicabili sui trasformatori laminati:

CTY: CTY è un test di continuità progettato per garantire che il trasformatore sia correttamente posizionato nel suo supporto e che tutta l'integrità della terminazione dell'avvolgimento sia buona. La resistenza minima è di 10 kOhm fino a 10 MOhm.

R: R è la resistenza CC offerta da un induttore a causa della resistenza dell'avvolgimento. Minore è la resistenza, maggiore sarà la corrente gestita dall'induttore. La resistenza è presentata da mOhm a MOhm

VOC: tensione a circuito aperto, questo test applica una tensione al primario e legge la tensione indotta nell'avvolgimento secondario; i risultati vengono presentati come una tensione secondaria da 100 mV a 500 V con una tensione di prova da 1 V a 270 V @ da 20 Hz a 1,5 kHz. La fase viene misurata anche come polarità, ovvero positiva (in fase), negativa (antifase).

IR: i test di resistenza di isolamento sono progettati per verificare la scarsa schermatura e isolamento tra gli avvolgimenti. Vengono misurate la tensione e la corrente e dividendo la tensione per la corrente le misurazioni della resistenza di isolamento vengono presentate in MOhm a GOhm con una tensione di prova da 100 V a 7 kV @ CC.

MAGI: La corrente magnetizzante è la combinazione della corrente necessaria per magnetizzare il nucleo e della corrente necessaria per alimentare le perdite nel nucleo. I risultati vengono presentati come una corrente da 1 mA a 2 A (picco 3 A) con una tensione di prova da 1 V a 270 V da 20 Hz a 1,5 K Hz.

STRW: In assenza di carico e con il circuito secondario aperto, un trasformatore assorbirà comunque corrente, questa corrente è proporzionale alle perdite del nucleo (correnti parassite e isteresi). La legge di Faraday suggerisce che, fornendo tensione e frequenza aumentate proporzionalmente, la perdita del nucleo dovrebbe rimanere la stessa. Pertanto, se viene rilevato un drammatico aumento di potenza, ciò indicherebbe un guasto all'avvolgimento. I risultati sono presentati in watt da 1 mW a 40 watt con una tensione di prova da 1 V a 270 V da 20 Hz a 1,5 kHz.

HPAC: i test AC ad alto potenziale sono test di sicurezza dell'isolamento, che verificano l'isolamento tra gli avvolgimenti e tra l'avvolgimento e il nucleo e l'avvolgimento e lo schermo. Il flusso di corrente viene misurato tra ciascun punto di prova e viene presentato in mA-mA con una tensione di prova compresa tra 100 V e 5,5 kV da 50 Hz a 1 kHz.

Una tipica sequenza di test del laminato potrebbe essere:

• Continuità CTY.
• Resistenza R.
• VOC Tensione a circuito aperto.
• MAGI Corrente magnetizzante.
• STRW Watt di sforzo.
• Resistenza di isolamento IR.
• HPAC AC ad alto potenziale. Test di sicurezza.

3, test CTY & R (continuità e resistenza).

La continuità è un semplice test per garantire che l'apparecchio e il trasformatore siano stati inseriti correttamente.

I parametri di test forniti vanno da 10 kOhm a 10 MOhm, 10 kOhm viene generalmente utilizzato per la velocità e testerà ciascun avvolgimento e terminazione per un valore inferiore a 10 kW.

La resistenza è la resistenza alla corrente continua (CC) offerta da un induttore dovuta alla resistenza del filo magnetico utilizzato. La resistenza è la caratteristica indesiderabile, che è il sottoprodotto del filo o del materiale conduttivo utilizzato. Le misurazioni della resistenza vengono generalmente effettuate su tutti gli avvolgimenti e sono direttamente collegate alla progettazione del trasformatore per trasportare una particolare quantità di corrente all'interno di tale avvolgimento. Minore è la resistenza, maggiore è la capacità di trasporto di corrente dell'induttore.

FIGURA 1 (Disposizione tipica del trasformatore step-down laminato).

La Figura 2 mostra i parametri richiesti per R sul primario.
I limiti di resistenza sono stati scelti come percentuale del valore nominale di 100 Ohm +/- 5%.
Anche l'avvolgimento secondario verrebbe testato per la resistenza.

FIGURA 2.

4, test COV (tensione a circuito aperto).

Il test di tensione a circuito aperto è una versione ad alta tensione del test del rapporto spire. Invece di restituire un risultato di rapporto, ad esempio 2:1, 1:2 ecc., viene restituito un risultato di tensione proporzionale al numero di spire sul primario rispetto al numero di spire sul secondario.
I parametri di test forniti vanno da 1 V a 270 V con un campo di misura da 100 mV a 500 V. Anche la fase è prevista e può essere selezionata come positiva (in fase) o negativa (antifase).

La Figura 3 mostra i parametri richiesti per i COV sugli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore campione.
I livelli di tensione e frequenza sono stati selezionati come frequenza di rete statunitense 110 V a 60 Hz con i limiti di tensione selezionati come minimo di 52 V e massimo di 60 V. La fase è stata impostata per +ve.

FIGURA 3.

5, test STRW (Stress Watts).

Il ruolo principale dello stress watt test è quello di indicare un guasto nell'isolamento tra le spire di un avvolgimento.
Questo test può essere utilizzato su avvolgimenti con filo molto sottile. In assenza di carico e con il circuito secondario aperto, un trasformatore assorbirà comunque corrente, questa corrente è proporzionale alle perdite del nucleo (correnti parassite e isteresi). L'isteresi è l'energia consumata modificando lo stato magnetico del nucleo durante ogni ciclo e le correnti parassite sono correnti indotte nel nucleo da flussi variabili nel tempo.
La legge di Faraday suggerisce che, se la tensione e la frequenza vengono aumentate proporzionalmente, la perdita del nucleo dovrebbe rimanere la stessa. Pertanto, se si misurasse un notevole aumento di potenza, ciò indicherebbe la presenza di un guasto nell'avvolgimento.

Il test di stress watt richiede un trasformatore di frequenza di linea da 110 V a 60 Hz da testare a 220 V a 120 Hz. Le perdite del nucleo non dovrebbero cambiare notevolmente da 110 V a 60 Hz a 220 V a 120 Hz consentendo il doppio delle prove di stress di tensione sugli avvolgimenti.

La Figura 4 mostra i parametri richiesti per STRW sull'avvolgimento secondario del trasformatore campione. I livelli di tensione e frequenza sono stati selezionati come il doppio della tensione e della frequenza indotte con la potenza massima impostata a 2 watt per un periodo di permanenza di 1 secondo.

FIGURA 4.

6, test MAGI (corrente magnetizzante).

Un test della corrente magnetizzante viene solitamente eseguito su trasformatori che utilizzano nuclei laminati, progettati per funzionare sull'intera estensione della curva BH.
La curva BH mostra le caratteristiche di un materiale magnetico, in termini di forza magnetizzante (H) e densità di flusso risultante (B).
La corrente di magnetizzazione è la corrente necessaria per stabilire il flusso del nucleo, che risulta nella combinazione di corrente richiesta per magnetizzare il nucleo e corrente richiesta per fornire le perdite nel nucleo costituite da isteresi e correnti parassite.
L'isteresi è l'energia consumata modificando lo stato magnetico del nucleo durante ogni ciclo e le correnti parassite sono correnti indotte nel nucleo da flussi variabili nel tempo.

FIGURA 5: Circuito equivalente di corrente magnetizzante.

• Lm = induttanza di magnetizzazione.
• Im = corrente magnetizzante.
• Ie = la corrente di eccitazione.
• Ic = la componente di perdita del nucleo della corrente di eccitazione.
• Rc = resistenza alla perdita del nucleo.

La Figura 6 mostra i parametri richiesti per MAGI sull'avvolgimento primario del trasformatore campione.
I livelli di tensione e frequenza sono stati selezionati per tensione e frequenza di linea USA (RMS) 110 V a 60 Hz con l'assorbimento di corrente massimo impostato su 50 mA.

FIGURA 6.

7, test IR (resistenza di isolamento).

Il test della resistenza di isolamento è un mezzo per controllare l'isolamento dell'avvolgimento e l'isolamento dell'avvolgimento rispetto al nucleo.
La qualità dell'isolamento può essere verificata applicando una tensione continua attraverso l'isolamento e misurandone la resistenza.

FIGURA 7 (circuito di prova della resistenza di isolamento).

8, test HPAC (sicurezza ad alta tensione).

Hi-pot o flash è un test di isolamento di sicurezza e viene applicato ai trasformatori di isolamento per garantire che l'isolamento tra gli avvolgimenti non si interrompa.
Ciò garantisce l'integrità dell'isolamento critico per la sicurezza in conformità con gli standard internazionali.
Laddove i trasformatori forniscono isolamento tra tensioni di linea pericolose e tensioni di basso livello sicure, l'HPAC è un test critico.
Vengono eseguiti test multipli tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e il materiale del nucleo.

FIGURA 8 (circuito di prova CA ad alto potenziale).

9, soluzione completa per test sui laminati

La seguente specifica del trasformatore di frequenza della linea di esempio verrà utilizzata come modello per spiegare un metodo di una soluzione di test completa

• Continuità, resistenza massima di continuità 10 kOhm.
• Resistenza dell'avvolgimento CC. valore nominale primario 100 Ohm +/- 5%.
• Valore nominale secondario 50 W +/- 5%.
• Corrente magnetizzante 110V @ 60Hz corrente massima 50 mA.
• Voltaggio circuito aperto 110V @ 60Hz voltaggio minimo 52 V, voltaggio massimo 60 V.
• Watt di stress, tensione primaria 220 a 120 Hz massimo 2 watt.
• Resistenza di isolamento a 500 V CC, resistenza minima da primario a secondario 1 10 MOhm.
• Hi-pot da primario a secondario 5 KV CA / 1 mA / 2 secondi.
• Da primario ad alto potenziale a nucleo 5 kV CA / 1 mA / 2 secondi.

10. Vedi anche: