Zrozumienie indukcyjności rozproszenia

1, Co to jest indukcyjność rozproszenia?

Indukcyjność rozproszenia to element indukcyjny występujący w transformatorze, który wynika z niedoskonałego połączenia magnetycznego jednego uzwojenia z drugim.

Każdy strumień magnetyczny, który nie łączy uzwojenia pierwotnego z uzwojeniem wtórnym, działa jak impedancja indukcyjna połączona szeregowo z uzwojeniem pierwotnym, dlatego ta „indukcyjność rozproszenia” jest pokazana na schemacie jako dodatkowa indukcyjność przed uzwojeniem pierwotnym idealnego transformatora.

W niektórych zastosowaniach, takich jak zasilacze impulsowe i stateczniki oświetleniowe, indukcyjność rozproszenia transformatora może odgrywać kluczową rolę w projektowaniu produktu. Z tego powodu dokładny pomiar indukcyjności rozproszenia jest często ważną funkcją testową dla producentów transformatorów.

Aby uniknąć pomyłek z innymi charakterystykami transformatora, niniejsza uwaga techniczna nie będzie odnosić się do innych składników strat, takich jak rezystancja uzwojenia lub pojemność między uzwojeniami.

Idealny transformator

Dla teoretycznego, idealnego transformatora nie ma strat. Napięcia są przekształcane w bezpośrednim stosunku zwojów; prądy w odwrotnym stosunku zwojów (rysunek 1).

Prawdziwy transformator

W prawdziwym transformatorze część strumienia w uzwojeniu pierwotnym może nie łączyć uzwojenia wtórnego.

Ten strumień „ucieku” nie bierze udziału w działaniu transformatora i można go przedstawić jako dodatkową impedancję indukcyjną, połączoną szeregowo z uzwojeniem pierwotnym (rysunek 2).

Prawdziwy transformator plus szczelina powietrzna

W niektórych konstrukcjach transformatorów indukcyjność rozproszenia musi stanowić większą część całkowitej indukcyjności i jest określona w wąskich granicach tolerancji.

Zwiększony udział indukcyjności rozproszenia osiąga się zwykle poprzez wprowadzenie szczeliny powietrznej w konstrukcji rdzenia, zmniejszając w ten sposób przepuszczalność rdzenia, a tym samym wartość indukcyjności pierwotnej.

Stosunek strumienia, który nie łączy uzwojenia pierwotnego z uzwojeniem wtórnym, wzrośnie zatem w stosunku do strumienia łączącego oba uzwojenia (rysunek 3).

2. Dlaczego pomiar indukcyjności rozproszenia jest ważny?

Indukcyjność rozproszenia (LL) może być niepożądana w uzwojonym elemencie, w takim przypadku ważne jest zmierzenie tej wartości, aby wykazać, że jest niska lub, w niektórych zastosowaniach, takich jak elektroniczne stateczniki oświetleniowe i rezonansowe przetwornice mocy, indukcyjność rozproszenia jest wprowadzana celowo a jego wartość jest integralną częścią projektu obwodu.

W tych zastosowaniach indukcyjność rozproszenia stanowi nośnik energii niezbędny do osiągnięcia prawidłowego działania gotowego produktu.

Dlatego ważne jest, aby wiedzieć, że wartość indukcyjności rozproszenia transformatora mieści się w określonych granicach.

3. Jak mierzy się indukcyjność rozproszenia?

Gdy miernik LCR jest podłączony do uzwojenia pierwotnego transformatora z zaciskami wtórnymi w obwodzie otwartym (rysunek 4), wartość indukcyjności (L) składa się z indukcyjności pierwotnej (LP) plus indukcyjność rozproszenia (LL).

Ponieważ LL jest funkcją w transformatorze, nie jest oczywiście możliwe bezpośrednie zmierzenie jej wartości.
Należy zatem zastosować metodę odjęcia wartości LP od całkowitej zmierzonej indukcyjności.
Osiąga się to poprzez zwarcie na zaciskach wtórnych (rysunek 5).

Idealne zwarcie spowoduje, że na zaciskach wyjściowych będzie zero woltów (rysunek 6), a w wyniku działania transformatora zero woltów pojawi się także na indukcyjności pierwotnej.

Zmierzona wartość indukcyjności na zaciskach pierwotnych będzie zatem rzeczywistą indukcyjnością rozproszenia (LL).

Niestety osiągnięcie idealnego zwarcia na uzwojeniu wtórnym transformatora jest trudne w laboratorium i całkowicie niepraktyczne w środowisku produkcyjnym.

W produkcji często zwarcie jest wywoływane ręcznie lub za pomocą przełączalnego przekaźnika.
W tych warunkach nie można osiągnąć idealnego zwarcia, w związku z czym napięcie wtórne nie będzie naprawdę równe zeru.

Napięcie związane z niedoskonałym zwarciem pojawi się wówczas na indukcyjności pierwotnej jako błąd zwarcia pomnożony przez współczynnik zwojów (rysunek 7).

Ls/c jest odzwierciedlane w uzwojeniu pierwotnym jako N ² Ls/c, ponieważ w dowolnym uzwojeniu L jest proporcjonalne do liczby zwojów do kwadratu (L α N ² ).

Zatem Ls/c jest odzwierciedlane jako funkcja:

( Np / Ns ) ^ 2 = ( Lp / Ls )

Zmierzoną wartość indukcyjności pierwotnej można rozpatrywać wektorowo jako sumę impedancji upływu plus impedancja odbita błędu zwarciowego. Pokazano to na rysunku 8.

4, Tradycyjne rozwiązanie

Aby uzyskać rzeczywistą wartość indukcyjności rozproszenia, inżynierowie ostrożnie przylutują zwarcie do strony wtórnej testowanego transformatora i zmierzą wartość indukcyjności na stronie pierwotnej.
Ta wartość indukcyjności zostanie zarejestrowana jako „rzeczywista” indukcyjność rozproszenia (np. 150 μH).

Indukcyjność zostanie następnie zmierzona na tym samym transformatorze po zastąpieniu lutowanego zwarcia zaciskiem zwierającym lub elementem ze zwarciem uruchamianym przekaźnikiem, w zależności od techniki wybranej do produkcji.
Zmierzoną indukcyjność ponownie rejestruje się (np. 180μH).

Wartość ta będzie oczywiście większa od wartości początkowej, ponieważ uwzględnia rzeczywistą indukcyjność rozproszenia plus indukcyjność błędu zwarcia.

Różnica między tymi dwiema wartościami (w naszym przykładzie 30 μH) jest następnie wykorzystywana w testach produkcyjnych jako stałe przesunięcie programowane w produkcyjnym mierniku LCR w celu uzyskania przybliżenia prawidłowej wartości w obecności niedoskonałego zwarcia.

W praktyce niemożliwe jest osiągnięcie zwarcia opartego na przekaźniku lub ręcznego, które powodowałoby za każdym razem dokładnie ten sam błąd zwarciowy.

Ta niepowtarzalność błędu zwarcia powoduje, że stałe przesunięcie nie może zapewnić działowi produkcyjnemu dokładnych i powtarzalnych wyników.

Ilustruje to poniższa tabela:

5, Rozwiązanie Voltech

Firma Voltech opracowała testery serii AT o architekturze i możliwościach przetwarzania pozwalających na usunięcie błędu zwarcia z pierwotnego pomiaru indukcyjności podczas każdego testu.

Poniżej przedstawiono uproszczoną wersję tego procesu.

Po pierwsze, w ramach testu LL, dokonywany jest cichy pomiar współczynnika zwojów testowanej części.
Wykonuje się go przy napięciu około 1 V i tej samej częstotliwości, co zaprogramowany test LL.

Napięcie na uzwojeniu wtórnym jest również mierzone, gdy obwód wtórny jest otwarty.
To daje nam Vopen na powyższym wykresie

Po drugie, przy (nieidealnym) zwarciu przyłożonym do przewodu wtórnego mierzone jest również napięcie i prąd.
To daje nam punkt V1/I1 na wykresie.

Te dwa punkty są następnie ekstrapolowane (na założonej liniowej linii V/I) i obliczane z powrotem do miejsca, w którym V=0, aby otrzymać Ishort.
Jest to oczekiwany przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym w stanie idealnego zwarcia, tj. gdy zwarcie jest idealne i nie ma spadku napięcia na uzwojeniu wtórnym.

Ta wartość Ishort w połączeniu z wcześniejszym cichym wynikiem TR może zostać wykorzystana do obliczenia odpowiedniego wpływu prądu po stronie pierwotnej, a tym samym usunięta z wyniku LL zmierzonego po stronie pierwotnej.

Jest to uproszczona dziczyzna tej techniki.
W rzeczywistości pomiary stanowią kombinację pomiarów rzeczywistych i urojonych, dlatego poniżej technikę przedstawiono wektorowo

Z pierwotnego diagramu wektorowego widać, że każdy pomiar jest sumą napięcia przypisanego indukcyjności rozproszenia plus napięcie błędu zwarcia wtórnego.

Przed wystąpieniem zwarcia testery serii Voltech AT mierzą stosunek zwojów pierwotnego do wtórnego.
Następnie testery automatycznie powodują zwarcie, korzystając z wewnętrznej matrycy przekaźnika, i mierzą napięcie zwarcia na stykach wtórnych transformatora.
Wektor tego napięcia zwarcia jest automatycznie mnożony przez współczynnik zwojów, tworząc „wektor błędu” równy napięciu błędu zwarcia odzwierciedlonemu w pomiarze pierwotnym.
Indukcyjność rozproszenia jest następnie obliczana na podstawie całkowitej wartości indukcyjności pierwotnej pomniejszonej o obliczony wektor błędu pierwotnego.

Proces ten umożliwia testerom serii Voltech AT zapewnienie rzeczywistej wartości indukcyjności rozproszenia, niezależnie od zmienności zwarcia.

6, Wniosek dotyczący indukcyjności rozproszenia

Indukcyjność rozproszenia jest krytyczną cechą transformatora, która stanowi szczególne wyzwanie pomiarowe zarówno dla inżynierów zajmujących się projektowaniem, jak i testowaniem produkcji.

Przyglądając się czynnikom wpływającym na integralność pomiaru i opracowując innowacyjne techniki pomiarowe mające na celu przezwyciężenie tych czynników, Voltech zapewnia unikalne rozwiązanie problemu zmienności pomiarów, przed którym stoi prawie wszyscy producenci transformatorów.

Jeśli masz pytania dotyczące innych funkcji testowych dostępnych dla testerów transformatorów serii Voltech AT, nie wahaj się z nami skontaktować.

7, patrz także