Prova dei trasformatori laminati

1, Introduzione al test dei trasformatori laminati

I trasformatori laminati sono utilizzati principalmente come trasformatori elevatori e abbassatori di tensione a bassa/alta tensione, a bassa frequenza e a frequenza di linea.

Due bobine sono avvolte attorno a un nucleo in modo da essere accoppiate magneticamente.
Le due bobine sono note come primaria e secondaria.
Il materiale del nucleo tende a essere costituito da sottili fogli di un materiale magnetico dolce (spessore di circa 0,35 mm), solitamente realizzati in acciaio al silicio al 4%, chiamati laminati, 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 assemblato parzialmente 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 elevatore o riduttore 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 secondarie.
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 sull'altro (per fornire un accoppiamento stretto) con isolamento intermedio.

2, Test adatti per i 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 alloggiamento e che l'integrità delle terminazioni degli avvolgimenti sia buona. La resistenza minima è di 10 kOhm fino a 10 MOhm.

R: R è la resistenza CC offerta da un induttore dovuta alla resistenza dell'avvolgimento. Minore è la resistenza, maggiore sarà la corrente che un induttore gestirà. La resistenza è presentata in 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 sono presentati come tensione secondaria da 100 mV a 500 V con una tensione di prova da 1 V a 270 V @ 20 Hz a 1,5 kHz. La fase è anche misurata 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. Si misurano tensione e corrente e dividendo la tensione per la corrente, le misurazioni della resistenza di isolamento sono presentate in MOhms a GOhms con una tensione di prova da 100 V a 7 kV @ DC.

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

STRW: A vuoto 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, se la tensione e la frequenza aumentano proporzionalmente, le perdite del nucleo dovrebbero rimanere le stesse. Pertanto, se viene rilevato un aumento di potenza drastico, ciò indicherebbe un guasto dell'avvolgimento. I risultati sono presentati in watt da 1 mW a 40 watt con una tensione di prova da 1 V a 270 V @ 20 Hz a 1,5 kHz.

HPAC: i test AC Hi-pot sono test di sicurezza dell'isolamento, che testano l'isolamento tra gli avvolgimenti e tra l'avvolgimento e il nucleo e tra l'avvolgimento e lo schermo. Il flusso di corrente viene misurato tra ogni punto di prova ed è presentato in mA a mA con una tensione di prova da 100 V a 5,5 kV @ 50 Hz a 1 kHz.

Una tipica sequenza di test del laminato potrebbe essere:

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

3, test CTY e R (continuità e resistenza)

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

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

La resistenza è la resistenza in corrente continua (CC) offerta da un induttore a causa della resistenza del filo magnetico utilizzato. La resistenza è la caratteristica indesiderata, che è il sottoprodotto del filo o del materiale conduttivo utilizzato. Le misurazioni della resistenza sono generalmente prese su tutti gli avvolgimenti e sono direttamente collegate alla progettazione del trasformatore per trasportare una particolare quantità di corrente all'interno di quell'avvolgimento. Minore è la resistenza, maggiori sono le capacità di trasporto di corrente dell'induttore.

FIGURA 1 (Tipico schema di un trasformatore riduttore 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 sottoposto a test di resistenza.

FIGURA 2.

4, test VOC (tensione 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 prova forniti vanno da 1 V a 270 V con un intervallo di misurazione da 100 mV a 500 V. È prevista anche la fase, che può essere selezionata come positiva (in fase) o negativa (antifase).

La figura 3 mostra i parametri richiesti per i VOC sugli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore campione.
I livelli di tensione e frequenza sono stati selezionati come frequenza di rete statunitense 110 V a 60 Hz con limiti di tensione selezionati come minimo di 52 V e massimo di 60 V. La fase è stata impostata per un positivo.

FIGURA 3.

5, test STRW (Stress Watt)

Lo scopo principale del test di stress watt è quello di indicare un guasto nell'isolamento tra spire di un avvolgimento.
Questo test può essere utilizzato su avvolgimenti con filo molto sottile. A vuoto 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 utilizzata cambiando 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 aumentano proporzionalmente, la perdita del nucleo dovrebbe rimanere la stessa. Pertanto, se si misurasse un aumento di potenza drastico, 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 molto da 110 V a 60 Hz a 220 V a 120 Hz consentendo il doppio del test 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)

Di solito, il test della corrente magnetizzante viene 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 magnetizzante è la corrente necessaria per stabilire il flusso del nucleo, che si traduce nella combinazione della corrente richiesta per magnetizzare il nucleo e della corrente richiesta per compensare le perdite nel nucleo costituite da isteresi e correnti parassite.
L'isteresi è l'energia utilizzata modificando lo stato magnetico del nucleo durante ogni ciclo, mentre le correnti parassite sono correnti indotte nel nucleo da flussi variabili nel tempo.

FIGURA 5: Circuito equivalente della corrente magnetizzante.

• Lm = induttanza di magnetizzazione.
• Im = corrente magnetizzante.
• Ie = corrente di eccitazione.
• Ic = componente di perdita del nucleo della corrente di eccitazione.
• Rc = resistenza di 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 la tensione e la frequenza di linea statunitensi (RMS) di 110 V a 60 Hz con un assorbimento di corrente massimo impostato a 50 mA.

FIGURA 6.

7, test IR (resistenza di isolamento)

Il test di resistenza dell'isolamento è un mezzo per verificare l'isolamento degli avvolgimenti e l'isolamento tra avvolgimento e 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 che 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.
Nei casi in cui i trasformatori garantiscono l'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 AC Hi-pot).

9, Soluzione completa per test laminati

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

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

10. Vedere anche: