Metody wykrywania zwartych uzwojeń
W tym dokumencie opisano metody stosowane przez testery serii AT w celu znalezienia zwartych uzwojeń
1. Wprowadzenie do wykrywania i testowania zwartych zwojów
Cewki indukcyjne składają się z odcinka drutu, zwykle owiniętego wokół rdzenia.
Rdzeń jest zwykle wykonany z materiału magnetycznego, takiego jak żelazo lub ferryt, jednak czasami stosuje się również rdzenie powietrzne.
Drut nazywany jest „uzwojeniem”, a uzwojenie to składa się z wielu zwojów.
Ogólnie rzecz biorąc, cewki indukcyjne składają się z pojedynczego uzwojenia, a transformatory mają przeważnie wiele uzwojeń (istnieją specjalne przypadki, takie jak „transformatory automatyczne”, w których istnieje tylko jedno uzwojenie), a w wielu transformatorach można zastosować różne średnice drutu w różnych uzwojeniach.
Cewki indukcyjne i/lub transformatory nawinięte przy użyciu dużej liczby zwojów i/lub bardzo cienkiego drutu wymagają metody wykrywania obecności zwartych zwojów, a także zdolności do naprężania uzwojenia w celu wykrycia niedoskonałości lub potencjalnych słabości w izolacja uzwojeń, która z biegiem czasu może stać się słabym punktem.
Niedoskonałości uzwojenia można zwykle przypisać uszkodzonej emalii spowodowanej uszkodzeniami fizycznymi podczas produkcji transformatora lub niedoskonałościami podczas produkcji samego surowego drutu.
Te niedoskonałości mogą powodować zwarcia zwojów podczas normalnej pracy, jeśli nie zostaną wykryte na etapie produkcji.
Wysokie temperatury wynikające ze zwiększonego prądu na zwarciu dość szybko spowodują topienie miedzi i utworzenie zgrzeiny punktowej o niskiej rezystancji.
To zwarcie o niskiej rezystancji spowoduje wówczas całkowite zwarcie jednego zwoju, wpływając na działanie uzwojenia, a tym samym całego transformatora.
2. Wykrywanie zwartych zwojów
Zwarte zwoje i potencjalne słabe obszary można wykryć za pomocą testerów Voltechs AT za pomocą dwóch metod testowych:
Testowanie SURGE lub impulsowe (SURG) - odpowiednie do cienkich drutów lub uzwojeń wysokiego napięcia.
Badanie WATÓW STRESOWYCH. (STRW / STRX) - nadaje się do uzwojeń napięcia sieciowego.
W obu poniższych przypadkach omówimy skutki naprężenia obwodu pierwotnego, ale pamiętaj, że poprzez podstawową indukcję napięć na wszystkich uzwojeniach będziesz testować trwałość WSZYSTKICH uzwojeń transformatora.
W związku z tym należy zawsze przeprowadzać próbę obciążeniową uzwojenia z największą liczbą zwojów, ponieważ zapewni to, że nie indukujesz napięcia większego niż wygenerowane na którymkolwiek uzwojeniu, a tym samym zabezpieczysz tester UUT i AT.
2.1 Testowanie udarowe lub impulsowe (100 V - 5 kV DC)
Ponieważ nie ma uniwersalnie zdefiniowanej metody ani parametru pomiarowego dla tego typu testu, do testów porównawczych wymagany jest doskonały przykładowy komponent.
Idealny komponent będzie punktem odniesienia, a zmierzony wynik zostanie wykorzystany jako wartość porównawcza.
Poziom napięcia i liczba wymaganych impulsów zależą od całkowitego naprężenia potrzebnego na uzwojenie elementu.
Na przykład w przypadku piorunochronu transformator zasilany z sieci może doświadczyć skoków napięcia do 2 kV z sieci surowej, dlatego trzy impulsy przy napięciu na poziomie 3 kV powinny odpowiednio przetestować i naprężyć uzwojenia pod kątem niedoskonałości izolacji międzyzwojowej.
Każdy wstrzyknięty impuls wysokiego napięcia będzie wytwarzał określony charakterystyczny czas zaniku napięcia przejściowego.
Słaba izolacja i/lub zwarte zwoje spowodują rozproszenie części energii, co spowoduje krótsze czasy zaniku.
RYSUNEK 1 (zanik w funkcji czasu jednego impulsu z testu udarowego, lewa = część dobra, prawa = część zła).
Test „SURGE” serii AT zapewnia test udaru wysokiego napięcia od 100 V do 5 kV i wybór od 1 do 99 impulsów
Sygnał testowy generowany jest poprzez rozładowywanie kondensatora w uzwojeniu badanej części, a następnie pomiar długości zależności rezonansowej pomiędzy kondensatorem (w AT) a cewką indukcyjną (UUT).
Jeśli program testowy zażąda wielu impulsów, to gdy terminal AT wykryje, że impuls rezonansowy osiągnął zero, ponownie naładuje kondensator i rozładuje go przed następnym impulsem.
Zajmuje to około 100-200 ms pomiędzy końcem jednego zaniku impulsu a początkiem następnego zaniku impulsu
Nie ma zdefiniowanego przez użytkownika parametru czasu dla impulsu i późniejszego pomiaru, ponieważ szybkość zaniku zależy od relacji między generatorem udarów AT a testowaną częścią.
Wyniki zwrócone przez AT są prezentowane jako pomiar woltosekundowy (tj. obszar pod wykresem zaniku).
Jeśli transformator jest uszkodzony, wynik pomiaru będzie mniejszy niż w przypadku transformatora doskonałego, ponieważ straty spowodują krótszy czas zaniku sygnału i w rezultacie mniejszy obszar pod wykresem.
Metoda SURGE jest preferowana w stosunku do późniejszej metody STRESS WATT, ponieważ dostępne wyższe napięcia naprężenia zapewniają lepszą czułość na awarię pojedynczego sąsiedniego uzwojenia.
Oczywiście użycie SURGE wymaga również, aby konstrukcja części była w stanie wytrzymać tak wysokie impulsy, nawet jeśli jest prawidłowo wyprodukowana.
Podsumowanie SURGE
Stosując ten test jako metrykę charakterystyczną konstrukcji transformatora, części, które mogą ulec wczesnej awarii, można wykryć, oceniając długość rezonansu w porównaniu z długością rezonansu doskonałej części odniesienia użytej do określenia granic testu.
Wszelkie części z twardymi zwarciami lub słabymi obszarami (na przykład w powłoce emaliowanej) będą migać pod wpływem impulsu napięcia, dzięki czemu można je wykryć i usunąć z produkcji w celu ponownej obróbki lub złomowania.
2.2 Testowanie WATÓW NAPRĘŻNYCH (1-270 V AC)
Transformator nadal będzie pobierał trochę prądu i zużywał energię podczas testowania transformatora bez obciążenia z wtórnym obwodem otwartym.
Pobór mocy mierzony jest w watach i stanowi moc pochłanianą przez cewkę poddaną działaniu prądu przemiennego.
Zazwyczaj pobór prądu spowodowany stratami w rdzeniu (prądy wirowe i histereza) wynosi tylko kilka procent normalnego obciążenia, a zatem jest zwykle nieistotny.
Testowanie mocy (WATT) zwykle odbywa się przy pełnym napięciu sieciowym transformatora i częstotliwości roboczej.
RYSUNEK 2 – WATT test pierwotny 220 V przy 50 Hz, TR 5:1, wtórny to 44 V przy 50 Hz
Jednakże bardzo powszechne i pożądane jest również „naprężanie” transformatora powyżej jego normalnego napięcia roboczego, aby zapewnić pewien margines zapewnienia jakości.
Ten test warunków skrajnych (w przeciwieństwie do zwykłych testów WATT) powinien być również przeprowadzany przez dłuższy i ustalony czas, ponieważ słabe punkty mogą nie zostać ujawnione w warunkach chwilowych.
W tym okresie obciążenia jakikolwiek natychmiastowy, dramatyczny wzrost zmierzonej mocy wskazywałby, że wystąpiło uszkodzenie uzwojenia izolacji międzyzwojowej lub zwarcie zwoju, ponieważ przez usterkę pobierana byłaby większa ilość prądu
RYSUNEK 3 - Test NAPRĘŻENIA WAT, pierwotny 440 V przy 100 Hz, TR 5:1, wtórny to 88 V przy 100 Hz
Prawo Faradaya pokazuje, że dostarczanie napięcia i częstotliwości zwiększa się proporcjonalnie, a straty w rdzeniu powinny pozostać mniej więcej takie same. Dlatego też test obciążeniowy (STRW) można przeprowadzić przy dwukrotnie większym napięciu znamionowym i dwukrotnie większej częstotliwości znamionowej transformatora.
Ponieważ proporcjonalnie zwiększyliśmy napięcie i częstotliwość z rysunku 2 do rysunku 3, straty w rdzeniu pozostaną takie same, co umożliwi naprężanie uzwojeń większym napięciem niż stosowane podczas normalnej pracy.
Gęstość strumienia (B) w rdzeniu pozostanie taka sama
B ~ V / (f * A * N)
N = liczba zwojów
A = pole przekroju poprzecznego rdzenia
V = Przyłożone napięcie.
f = Stosowana częstotliwość
Praktyczne notatki
W rzeczywistości okaże się, że straty w rdzeniu rosną wraz z częstotliwością (straty w rdzeniu są funkcją gęstości strumienia ORAZ częstotliwości), nawet jeśli utrzymaliśmy tę samą gęstość strumienia, stąd STRW może być wyższy, ale wynik będzie nadal powtarzalny i charakterystyczne. Możesz złagodzić straty w rdzeniu, podwajając F ponownie, więc w przypadku transformatora 100 V, 50 Hz może się okazać, że 200 V, 200 Hz jest bardziej odpowiednie niż 110 V/100 Hz.
Transformatory zasilania sieciowego mają zazwyczaj uzwojenie 240 V z odczepem zapewniającym uzwojenia 2 x 120 V.
Podwojenie napięcia na uzwojeniu 240 V wymagałoby 480 V, co przekracza pojemność 270 V testu STRW.
Tutaj sugerujemy;
a) Testowanie uzwojenia 120 V (jeśli je posiadasz) indywidualnie przy 120 V (WATT) dla normalnej pracy, a następnie przy 240 V dla testu naprężenia (STRW). To z kolei indukuje napięcie 480 V w uzwojeniu 240 V, bez konieczności zasilania napięcia 480 V.
Lub
b) Testowanie wtórnego napięcia o niższym napięciu, przy napięciu dwukrotnie większym od napięcia roboczego. Podobnie indukowałoby to 480 V w uzwojeniu pierwotnym, ale ponieważ węzły pierwotne nie byłyby używane w teście, izolacja 5 kV na otwartych węzłach testowych ochroni tester AT.
Podsumowanie STRW
AT5600 i AT3600 umożliwiają test obciążenia w watach (STRW) od 1 V do 270 V przy 20 Hz do 1500 Hz w celu wykrycia potencjalnych uszkodzeń izolacji międzyzwojowej uzwojenia.
Użytkownik musi również określić czas oczekiwania dla testu od 0,5 s do 180 s, podczas którego moc jest stale monitorowana.
Wyniki testu przedstawiono w watach.
Tam, gdzie poziomy napięcia i prądu wymagają rozszerzenia, należy użyć urządzenia interfejsu AC firmy Voltech z AT.
Pozwala to na użycie zewnętrznego transformatora podwyższającego napięcie lub źródła prądu przemiennego w celu wygenerowania wyższego napięcia (do 600 V) i prądu (do 10 A)
Sygnały testowe, pomiary i kryteria pozytywnego wyniku są nadal automatycznie kontrolowane przez terminal AT przy użyciu testów 4 X; MAGX, WATX, STRX i VOCX.