Unterstützt durch Google Translate

Bitte beachten Sie, dass wir Google Translate für Ihr Land aktiviert haben.

Dies ist eine maschinelle Übersetzung und möglicherweise nicht in allen Fällen perfekt.

Sie können dies jederzeit deaktivieren und zum ursprünglichen Englisch zurückkehren, indem Sie oben im Dropdown-Menü „Englisch“ auswählen.

Streuinduktivität verstehen

Eine Erklärung der Streuinduktivität in Transformatoren, warum sie wichtig ist und wie Messungen am besten durchgeführt werden

1, Was ist Streuinduktivität?

Streuinduktivität ist eine induktive Komponente in einem Transformator, die aus der unvollständigen magnetischen Verbindung einer Wicklung mit einer anderen resultiert.

Jeder magnetische Fluss, der die Primärwicklung nicht mit der Sekundärwicklung verbindet, wirkt als induktive Impedanz in Reihe mit der Primärwicklung. Daher wird diese „Streuinduktivität“ in einem schematischen Diagramm als zusätzliche Induktivität vor der Primärwicklung eines idealen Transformators dargestellt.

In bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei Schaltnetzteilen und Vorschaltgeräten für Beleuchtungskörper, kann die Streuinduktivität des Transformators eine entscheidende Rolle bei der Produktkonstruktion spielen. Aus diesem Grund ist die genaue Messung der Streuinduktivität oft eine wichtige Testfunktion für Transformatorhersteller.

Um Verwechslungen mit anderen Transformatoreigenschaften zu vermeiden, bezieht sich dieser technische Hinweis nicht auf andere Verlustkomponenten wie Wicklungswiderstand oder Wicklungskapazität.

Idealer Transformator

Bei einem theoretisch idealen Transformator gibt es keine Verluste. Spannungen werden im direkten Verhältnis der Windungen transformiert; Ströme im umgekehrten Verhältnis der Windungen (Abbildung 1).

Echter Transformator

Bei einem echten Transformator kann es sein, dass ein Teil des Flusses in der Primärwicklung nicht mit der Sekundärwicklung verbunden ist.

Dieser „Streufluss“ nimmt an der Transformatorwirkung nicht teil und kann als zusätzliche induktive Impedanz dargestellt werden, die in Reihe mit der Primärwicklung liegt (Abbildung 2).

Echter Transformator plus Luftspalt

Bei bestimmten Transformatorkonstruktionen muss die Streuinduktivität einen größeren Anteil der Gesamtinduktivität ausmachen und wird innerhalb einer engen Toleranz angegeben.

Der erhöhte Anteil der Streuinduktivität wird normalerweise durch die Einführung eines Luftspalts im Kerndesign erreicht, wodurch die Permeabilität des Kerns und damit der Wert der Primärinduktivität verringert wird.

Das Verhältnis des Flusses, der die Primärwicklung nicht mit der Sekundärwicklung verbindet, erhöht sich daher relativ zum Fluss, der beide Wicklungen verbindet (Abbildung 3).

2, Warum ist die Messung der Streuinduktivität wichtig?

Streuinduktivität (LL) kann in einer gewickelten Komponente unerwünscht sein. In diesem Fall ist es wichtig, den Wert zu messen, um zu zeigen, dass er niedrig ist. In einigen Anwendungen, wie z. B. elektronischen Vorschaltgeräten für Beleuchtungen und resonanten Leistungswandlern, wird die Streuinduktivität absichtlich eingeführt und sein Wert ist ein integraler Bestandteil des Schaltungsdesigns.

In diesen Anwendungen stellt die Streuinduktivität ein Energiespeichermedium dar, das für den ordnungsgemäßen Betrieb des Endprodukts unerlässlich ist.

Daher ist es wichtig, dass bekannt ist, dass der Wert der Streuinduktivität des Transformators innerhalb bestimmter Grenzen liegt.

3, Wie wird die Streuinduktivität gemessen?

Wenn ein LCR-Messgerät an die Primärwicklung eines Transformators mit offenen Sekundäranschlüssen angeschlossen wird (Abbildung 4), setzt sich der Wert der Induktivität (L) aus der Primärinduktivität (LP) plus der Streuinduktivität (LL) zusammen.

Da LL eine Funktion innerhalb des Transformators ist, ist es offensichtlich nicht möglich, seinen Wert direkt zu messen.
Daher muss eine Methode verwendet werden, um den Wert von LP von der gesamten gemessenen Induktivität zu subtrahieren.
Dies wird durch Anlegen eines Kurzschlusses über die Sekundärklemmen erreicht (Abbildung 5).

Ein perfekter Kurzschluss führt zu Null Volt an den Ausgangsklemmen (Abbildung 6) und durch die Wirkung des Transformators treten auch Null Volt an der Primärinduktivität auf.

Der gemessene Wert der Induktivität an den Primäranschlüssen ist daher die wahre Streuinduktivität (LL).

Transformator mit gelötetem Kurzschluss

Leider ist es im Labor schwierig, einen perfekten Kurzschluss auf der Sekundärseite eines Transformators zu erreichen, und in einer Produktionsumgebung völlig unpraktisch.

In der Produktion ist es üblich, dass der Kurzschluss manuell oder über ein schaltbares Relais angelegt wird.
Unter diesen Bedingungen kann kein perfekter Kurzschluss erreicht werden, und daraus folgt, dass die Sekundärspannung nicht wirklich Null sein wird.

Die auf den unvollständigen Kurzschluss zurückzuführende Spannung erscheint dann an der Primärinduktivität als Kurzschlussfehler multipliziert mit dem Windungsverhältnis (Abbildung 7).

Ls/c spiegelt sich in der Primärwicklung als N 2 Ls/c wider, da L in jeder Wicklung proportional zur Anzahl der Windungen im Quadrat ist (L α N 2 ).

Somit wird Ls/c als Funktion von Folgendem widergespiegelt:

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

Der Messwert der Primärinduktivität kann vektoriell als Summe aus Leckimpedanz plus reflektierter Impedanz des Kurzschlussfehlers betrachtet werden. Dies ist in Abbildung 8 dargestellt.

Vektordiagramm, das Streuinduktivität und Schaltungsfehler zeigt

4, Die traditionelle Lösung

Um den wahren Wert der Streuinduktivität zu ermitteln, bringen Ingenieure sorgfältig einen gelöteten Kurzschluss an der Sekundärseite des zu prüfenden Transformators an und messen den Wert der Induktivität an der Primärseite.
Dieser Induktivitätswert wird als „wahre“ Streuinduktivität aufgezeichnet (z. B. 150 μH).

Die Induktivität wird dann am selben Transformator gemessen, nachdem der gelötete Kurzschluss entweder durch eine Kurzschlussklemme oder eine Vorrichtung mit relaisbetriebenem Kurzschluss ersetzt wurde, je nachdem, welche Technik für die Produktion gewählt wird.
Die gemessene Induktivität wird erneut aufgezeichnet (z. B. 180μH).

Dieser Wert ist natürlich größer als der Originalwert, da er die tatsächliche Streuinduktivität plus die Kurzschlussfehlerinduktivität umfasst.

Die Differenz zwischen diesen beiden Werten (in unserem Beispiel 30 μH) wird dann bei Produktionstests als fester Offset verwendet, der in ein Produktions-LCR-Messgerät programmiert wird, um bei Vorliegen eines unvollständigen Kurzschlusses eine Annäherung an den korrekten Wert zu erhalten.

In der Praxis ist es unmöglich, einen relaisbasierten oder manuellen Kurzschluss zu erreichen, der jedes Mal genau den gleichen Kurzschlussfehler erzeugt.

Diese Nichtwiederholbarkeit von Kurzschlussfehlern führt dazu, dass der feste Offset einer Produktionsabteilung keine genauen und wiederholbaren Ergebnisse liefern kann.

Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht:

Wahrer LL

Mess. Wert

Fester Offset

Ergebnis

Bestanden/nicht bestanden

Mess. #1 150 μH 180 μH -30μH 150 μH
Mess. #2 150 μH 200 μH -30μH 170 μH X
Mess. #3 150 μH 250 μH -30μH 17 5µH X

5, Die Voltech-Lösung

Voltech hat seine Tester der AT-Serie mit einer Architektur und Verarbeitungsfähigkeit entwickelt, um den Kurzschlussfehler aus der Primärinduktivitätsmessung bei jedem einzelnen Test zu beseitigen.

Eine vereinfachte Version dieses Prozesses ist unten dargestellt.

Zunächst wird im Rahmen des LL-Tests eine stille Messung des Windungsverhältnisses des zu testenden Teils durchgeführt.

LL Kurze Korrektur

Die Spannung auf der Sekundärseite wird auch dann gemessen, wenn die Sekundärseite offen ist.
Dies gibt uns Vopen in der obigen Grafik

Zweitens: Wenn der (nicht ideale) Kurzschluss an der Sekundärseite anliegt, werden auch Spannung und Strom gemessen.
Dies ergibt den Punkt V1/I1 im Diagramm.

Diese beiden Punkte werden dann extrapoliert (auf der angenommenen linearen V/I-Linie) und auf V=0 zurückgerechnet, um Ikurz zu ergeben.
Dies ist der erwartete Stromfluss in der Sekundärseite unter der idealen Kurzschlussbedingung – dh wenn der Kurzschluss perfekt ist und es keinen Spannungsabfall über der Sekundärseite gibt.

Dieser Ishort- Wert kann in Kombination mit dem früheren stillen TR-Ergebnis zur Berechnung des entsprechenden Stromeffekts auf der Primärseite verwendet und somit aus dem auf der Primärseite gemessenen LL-Ergebnis entfernt werden.

Dies ist eine vereinfachte Version der Technik.
In Wirklichkeit handelt es sich bei den Messungen um eine Kombination aus realen und imaginären Messungen, daher wird die Technik unten vektoriell dargestellt

Aus dem primären Vektordiagramm ist ersichtlich, dass jede Messung die Summe der Spannung ist, die auf die Streuinduktivität zurückzuführen ist, plus der Fehlerspannung aus dem sekundären Kurzschluss.

Vor dem Anlegen eines Kurzschlusses messen die Tester der Voltech AT-Serie das Verhältnis der Primär- zu Sekundärwindungen.
Anschließend legen die Tester mithilfe einer internen Relaismatrix automatisch einen Kurzschluss an und messen die Kurzschlussspannung an den Sekundärpins des Transformators.
Der Vektor dieser Kurzschlussspannung wird automatisch mit dem Windungsverhältnis multipliziert, wodurch ein „Fehlervektor“ entsteht, der der in der Primärmessung reflektierten Kurzschlussfehlerspannung entspricht.
Die Streuinduktivität wird dann aus dem Gesamtwert der Primärinduktivität abzüglich des berechneten Primärfehlervektors berechnet.

Dieser Prozess ermöglicht es den Testern der AT-Serie von Voltech, unabhängig von Kurzschlussschwankungen den tatsächlichen Wert der Streuinduktivität zu liefern.

Wahrer LL

Mess. Wert

Echtzeit-Vektorkompensation.

Ergebnis

Bestanden/nicht bestanden

Mess. #1 150 μH 180 μH 150 μH
Mess. #2 150 μH 200 μH 150 μH
Mess. #3 150 μH 250 μH 150 μH

6, Schlussfolgerung zur Streuinduktivität

Die Streuinduktivität ist eine kritische Transformatoreigenschaft, die sowohl für Design- als auch Produktionstestingenieure eine besondere Messherausforderung darstellt.

Durch die Betrachtung der Faktoren, die die Messintegrität beeinflussen, und die Entwicklung innovativer Messtechniken zur Überwindung dieser Faktoren bietet Voltech eine einzigartige Lösung für ein Problem der Messvariabilität, mit dem fast alle Transformatorhersteller konfrontiert sind.

Sollten Sie Fragen zu den anderen Testfunktionen haben, die für die Transformatortester der Voltech AT-Serie verfügbar sind, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.



7, Siehe auch