Transformatory częstotliwości sieciowej/liniowej

1 Testowanie transformatorów częstotliwości liniowej

Transformatory pojawiają się w niemal każdym produkcie elektrycznym i elektronicznym produkowanym na świecie, zaspokajając tym samym ogromne zapotrzebowanie na transformatory na całym świecie.
Przed ostatecznym montażem produktu niezbędne jest przetestowanie transformatorów i elementów uzwojonych.
Pozwala to na wcześniejsze wyeliminowanie usterek, uniknięcie kosztownych przeróbek, obniżenie kosztów produkcji i poprawę ogólnej niezawodności.

Testowanie transformatorów wymaga zatem:
Szybkie i skuteczne metody produkcji z kontrolą jakości
100% testów gwarantuje brak odrzutów wysyłanych do klienta

Transformatory laminowane są najczęściej używane jako transformatory podwyższające i obniżające napięcie o częstotliwości sieciowej, niskiej częstotliwości i niskiego/wysokiego napięcia. Dwie cewki są nawinięte na rdzeń w taki sposób, że są sprzężone magnetycznie. Dwie cewki są znane jako pierwotna i wtórna.
Materiał rdzenia jest zazwyczaj wykonany z cienkich arkuszy miękkiego materiału magnetycznego (grubość ok. 0,35 mm), zwykle wykonanych z 4% stali krzemowej, zwanych laminatami, które są izolowane od siebie lakierem. Te cienkie arkusze redukują prądy wirowe poprzez zwiększenie oporu dla przepływu takich prądów powodujących straty.

Prądy wirowe są jednym z dwóch głównych elementów związanych z całkowitymi stratami rdzenia. Drugim elementem jest strata histerezy, czyli energia zużywana przez zmianę stanu magnetycznego rdzenia podczas każdego cyklu, a prądy wirowe to prądy indukowane w rdzeniu przez zmieniające się w czasie strumienie.

Rdzeń jest częściowo składany przed włożeniem uzwojeń, a po włożeniu pozostałe arkusze laminatu są przekładane, aby uniknąć powstawania połączeń w jednym miejscu. Następnie połączenia są układane naprzemiennie, podobnie jak przy układaniu cegieł.

Transformatory laminowane są używane w większości zastosowań o niskiej częstotliwości, zwykle między 50 Hz a 400 Hz. Uzwojenie pierwotne ma tendencję do wysokiej indukcyjności, co pozwala na stosowanie niskiej częstotliwości przy minimalnych stratach rdzenia. Transformatory laminowane zapewniają następujące funkcje:

Podwyższenie napięcia.
Obniżanie napięcia niskiego.
Wysoki prąd wyjściowy.
Izolacja.

Na potrzeby tego dokumentu skupimy się na transformatorach laminowanych obniżających napięcie. Poprzez zaprojektowanie liczby zwojów w uzwojeniach pierwotnych i wtórnych można zrealizować dowolny pożądany transformator podwyższający lub obniżający napięcie.

Sprzężenie pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym w transformatorze mocy musi być ścisłe, aby zmniejszyć reaktancję rozproszenia, w przeciwnym razie spadek reaktancji będzie znaczny i będzie się zmieniał w zależności od napięcia i prądu wtórnego. Dlatego transformatory laminowane są nawijane za pomocą uzwojeń koncentrycznych (uzwojenie pierwotne i wtórne nawinięte są połową zwojów na ramieniu rdzenia, jeden nad drugim (aby uzyskać ścisłe sprzężenie) z pośrednią izolacją).

Testery transformatorów Voltech łączą praktycznie wszystkie testy w jednym urządzeniu, co pozwala na szybkie przeprowadzenie testu i eliminuje konieczność ponownej konfiguracji przed każdym testem.

2 Krytyczne testy transformatorów dla transformatorów częstotliwości liniowej

Parametr testu	Krytyczne dla	Podstawowe informacje dla testerów
Prąd magnesujący (MAGI)	Sprawdź, czy transformator został prawidłowo zmontowany, z odpowiednią liczbą zwojów i właściwym stopniem magnesu. materiał rdzenia i, jeśli to konieczne, odpowiednią szczelinę powietrzną.	Sprawdź pierwotne zwoje i popraw prawidłowo zmontowany materiał rdzenia
Opór (R)	Sprawdź, czy przewód jest prawidłowy i czy lutowanie jest dobre	DCR to rezystancja prądu stałego (DC) oferowana przez induktor ze względu na rezystancję uzwojenia. Wyrażona maksymalnie w omach lub miliomach.
Moc (WATT)	Pomiar strat rdzenia w celu potwierdzenia, że transformator został prawidłowo zmontowany	Zmierzona moc to moc rozproszona przez prądy wirowe i efekty histerezy w rdzeniu. i jest znana jako strata rdzenia
Wysokie ciśnienie (HPAC)	Zapewnia prawidłowe ułożenie uzwojeń i zastosowanie właściwych materiałów, aby zagwarantować wymagany poziom izolacji bezpieczeństwa.	Mierzy i kontroluje napięcie przyłożone przez cały czas trwania testu. Układ AT3600 przykłada napięcie między dwie grupy uzwojeń (lub rdzeń), przy czym uzwojenia w każdej grupie są ze sobą zwierane.
NAPĘD (SURG)	Sprawdź zwarte zwoje. Upewnij się, że materiał izolacyjny wokół drutu miedzianego (zwykle lakier) nie został uszkodzony podczas produkcji	Impuls o wysokiej energii jest rozładowywany do uzwojenia. Transformator jest charakteryzowany przez obszar pod przebiegiem, mierzony w woltosekundach.
Rezystancja izolacji (IR)	Sprawdź integralność izolacja między oddzielnymi uzwojenia lub między uzwojeniami i rdzeń lub ekran.	Tester przykłada napięcie stałe między dwie grupy uzwojeń, przy czym uzwojenia każdej grupy są ze sobą zwarte.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Rozszerz zakres testowy o interfejs AC

3 Podstawy Transformera

Napięcie przemienne Vin przyłożone do uzwojenia pierwotnego wytwarza prąd przemienny Iin w uzwojeniu pierwotnym.
Prąd wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu.
Zmienny strumień magnetyczny generuje napięcie Vout w uzwojeniu wtórnym
W przypadku fal sinusoidalnych gęstość strumienia B = Vin / (4,44 NA f), gdzie
N = Liczba obrotów
A to pole przekroju poprzecznego rdzenia
f jest częstotliwością.

Ponieważ dla danego transformatora B, A i f są stałe: -

Transformatory
Zwiększanie lub zmniejszanie napięcia prądu przemiennego
Zwiększanie lub zmniejszanie prądu przemiennego

Ponieważ nie ma połączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, zapewniają one izolację od siebie obwodów elektrycznych.
To właśnie wyjątkowe właściwości transformatorów sprawiają, że są one tak szeroko stosowane w różnego rodzaju sprzęcie elektrycznym i elektronicznym.

4 rdzenie transformatora

Straty mocy rdzenia obejmują:
a) straty histerezy wynikające z namagnesowania i rozmagnesowania rdzenia poprzez pętlę BH,
b) plus wszelkie dodatkowe straty prądów wirowych

Przekrój poprzeczny: Ferryt, Laminowany, Rdzeń pełny

W rdzeniu stałym prąd może krążyć wewnątrz materiału rdzenia, generując straty I ² R (rezystancyjne).
Rdzenie żelazne są zwykle laminowane w celu ograniczenia ścieżki przepływu prądu i zmniejszenia tego efektu.
Rdzenie ferrytowe mają jeszcze większą rezystancję, a co za tym idzie, bardzo niskie straty prądów wirowych.

5 Schemat równoważny transformatora

Idealny transformator ma:
- Żadnych strat.
- Idealne sprzężenie pomiędzy uzwojeniami.
- Nieskończona impedancja obwodu otwartego (prąd bez obciążenia = 0).
- Nieskończona izolacja pomiędzy uzwojeniami.

W rzeczywistości praktyczne transformatory wykazują cechy różniące się od cech transformatora idealnego.
Wiele z tych charakterystyk można przedstawić za pomocą obwodu równoważnego transformatorowi.

Schemat zastępczy rzeczywistego transformatora

W obwodzie równoważnym transformatora dla przypadku „z życia wziętego”
Ls i Rs służą do modelowania wpływu strat rdzenia.
R1, R2, R3 to rezystancje uzwojeń.
Ll jest indukcyjnością upływu.
C1, C2 i C3 to pojemności międzyuzwojeniowe

7 Niezbędne umiejętności

Testery AT firmy Voltech mają wbudowane możliwości opisane poniżej.

Aby wykorzystać tę możliwość, testery można wyposażyć w szereg różnych testów, takich jak indukcyjność, rezystancja prądu przemiennego, stosunek zwojów, moc lub wysoki potencjometr prądu przemiennego.
Testy sprzedawane są w pakietach Standard lub Gold, można je też nabyć pojedynczo i zainstalować samodzielnie poprzez aktualizację oprogramowania sprzętowego.

8 Rozszerzona zdolność

Zewnętrzny zasilacz prądu przemiennego (AT5600 + AT3600) — elastyczne źródło zasilania dla większych transformatorów .
Programowalne wewnętrzne źródło prądu przemiennego AT może być używane do dostarczania napięcia do 270 V przy natężeniu skutecznym 2 A w zakresie od 20 Hz do 1500 Hz.
Zasilacz ten służy do pomiaru prądu magnesującego, mocy i napięcia jałowego w transformatorach z laminatem żelaznym.
Testy wykonuje się zazwyczaj przy wyłączonym transformatorze lub przy otwartym obwodzie, co umożliwia testowanie transformatorów o mocy znamionowej 2 kVA lub większej.
To wewnętrzne źródło prądu przemiennego ma kilka zalet, z których być może najważniejszą jest możliwość zwiększania napięcia i prądu w czasie rzeczywistym za pomocą oprogramowania w celu zminimalizowania prądu rozruchowego i skrócenia czasu testu.

Interfejs AC firmy Voltech umożliwia zewnętrznym źródłom prądu przemiennego (w tym prostym transformatorom podwyższającym lub obniżającym napięcie) bezproblemowe dostarczanie rozszerzonego zasilania AC w środowisku testowym AT.

Dzięki interfejsowi AC, możliwości AT można rozszerzyć do 600 V przy 10 A RMS

Zewnętrzne źródła prądu przemiennego, które można zintegrować ze środowiskiem testowym AT3600, obejmują:

Proste transformatory podwyższające napięcie (zapewniające do 600 V przy 0,8 A)
Proste transformatory obniżające napięcie (zapewniające do 10 A przy 20 V)
W pełni programowalne zewnętrzne źródła prądu przemiennego (zapewniające do 600 V przy 10 A).

Testy AT3600 + AT5600 z interfejsem AC

9 Zewnętrzne napięcie polaryzacji DC - rzeczywiste warunki testu nasycenia dla transformatorów mocy i dławików

Transformatory mocy i dławiki, które przenoszą wysoki prąd stały, są powszechne w zasilaczach i inwerterach. Testowanie tych części przy ich znamionowym prądzie stałym zapewnia całkowitą pewność, że części zostały prawidłowo nawinięte, zmontowane i zakończone.

Zasilacz prądu stałego Voltech DC1000 25 A bezproblemowo zintegruje się ze środowiskiem testowym AT3600 lub ATi, zapewniając płynny, programowalny prąd polaryzacji prądu stałego o natężeniu do 250 A (10 x DC1000 połączonych równolegle) przy minimalnym wpływie na pomiar indukcyjności prądu przemiennego.

25 A programowalny prąd stały
250 A z 10 x DC1000
Działa bezproblemowo z AT3600 lub ATi
Unikalna konstrukcja induktora elektronicznego minimalizuje wpływ na pomiar indukcyjności prądu przemiennego
Można używać na prawie każdym mierniku LCR. Alternatywa dla typów Agilent, Wayne Kerr i Chroma.

Testy dla DC1000 i AT3600/AT5600/ATi