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Testvorschläge für Ferrittransformatoren

Ein technischer Hinweis, der die Theorie von Ferrittransformatoren beschreibt

1. Einführung in das Testen von Ferrittransformatoren

Da elektronische Produkte Hochfrequenztechniken nutzen, um die Größe zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern, werden Ferritkerne in einem zunehmenden Anteil der Transformatorkonstruktionen verwendet.
Transformatorhersteller müssen daher den Bedarf an kleineren Transformatoren decken, die für den Betrieb bei höheren Frequenzen ausgelegt sind, was zusätzliche Anforderungen sowohl an die Herstellungs- als auch an die Prüfmethoden mit sich bringt.

Diese Probleme gelten für eine Vielzahl gängiger Anwendungen, darunter Schaltnetzteile, Vorschaltgeräte für Beleuchtung, Wechselrichterantriebe, Audio- und Telekommunikationsgeräte und vieles mehr.
Der heutige Bedarf an der nachgewiesenen Leistung aller Komponenten innerhalb eines Produkts hat dazu geführt, dass jeder einzelne Transformator gründlicher getestet werden muss als traditionell erwartet.
Auf den folgenden Seiten betrachten wir die verschiedenen Tests, die für eine gründliche Prüfung von Ferrittransformatorkonstruktionen geeignet sind, und beginnen mit einer Überprüfung der in einem herkömmlichen Transformator vorhandenen Komponenten.

ABBILDUNG 1

Schema eines einfachen Transformators mit zwei Wicklungen, der an die vier Kelvin-Knoten eines AT-Transformatortesters angeschlossen ist.

Aus dem Schaltplan in Abbildung 1 ist ersichtlich, dass selbst der einfachste Transformator eine recht komplexe Kombination aus Widerstands- und Blindkomponenten enthält.
Um sicher sein zu können, dass ein Transformator korrekt hergestellt wurde, ist es notwendig, eine Reihe von Tests durchzuführen, die in Kombination die Gewissheit bieten, dass die verwendeten Materialien und der durchgeführte Herstellungsprozess zu Transformatoren führen, die den Designspezifikationen entsprechen.


2. CTY: Kontinuität

Stellt sicher, dass der Transformator richtig in seiner Halterung sitzt und dass alle Wicklungsanschlüsse einwandfrei sind.
Maßeinheit Ohm. Bereich von 10 KOhm bis 10 MOhm
Wenn dieser Test zuerst ausgewählt wird, kann der Bediener vor der Durchführung der Haupttests gewarnt werden, wenn Verbindungen schlecht sind. Das spart Zeit und vermeidet falsche Transformatorfehlerberichte in der Chargenstatistik.


3. R: Widerstand

Stellt sicher, dass die für jede Wicklung verwendete Kupferstärke korrekt ist.
Maßeinheit Ohm. Bereich 10 mOhm bis 10 MOhm
Alle Wicklungen werden einzeln getestet, um sicherzustellen, dass keine Wicklungen vorhanden sind, deren Kupferstärke nicht ausreicht, um den erforderlichen Strom zu führen.


4. LS: Serieninduktivität

Stellt sicher, dass das richtige Kernmaterial verwendet wurde und die Anzahl der Windungen stimmt.
Maßeinheit, Henries. Bereich 1 nH bis 1 MH mit Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz.
Unterschiedliche Kernmaterialien weisen eine unterschiedliche Permeabilität und daher einen unterschiedlichen Induktivitätswert für eine bestimmte Anzahl von Windungen auf. Bei der richtigen Windungszahl ist die Induktivität ein Maß für die Fähigkeit des Kernmaterials, den erforderlichen magnetischen Fluss ohne Sättigung aufrechtzuerhalten.

Abbildung 3 Beispiel-Testeingabebildschirm für Induktivität mit dem Editor-Programm.


5. QL: Qualitätsfaktor

Stellt sicher, dass das Kernmaterial und seine Montage korrekt sind
Maßeinheit Q. Bereich 0,001 bis 1000 mit Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz
Der Qualitätsfaktor stellt den Wirkungsgrad eines Induktors als Verhältnis von gespeicherter Energie zu verschwendeter Energie dar und wird aus der Gleichung L / (R SQRT(LC) ) abgeleitet. Es ist ersichtlich, dass höhere Q-Werte erzielt werden, wenn die induktive Komponente im Verhältnis zu den ohmschen und kapazitiven Komponenten groß ist.

Abbildung 4 Beispiel-Testeingabebildschirm für Q-Faktor mit dem Editor-Programm.


6. ANGL: Impedanzwinkel

Stellt sicher, dass das Kernmaterial, der Drahtwiderstand, die Anzahl der Windungen und die Kapazität zwischen den Wicklungen den Designspezifikationen entsprechen.
Maßeinheit, Grad. Bereich -360° bis +360° mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz.
Bei Transformatoren in Anwendungen, die über einen weiten Frequenzbereich arbeiten, z. B. Audiotransformatoren, muss der Designer oder die Produktionsabteilung möglicherweise den Phasenwinkel zwischen der realen Impedanz (ohmsch (R)) und der imaginären Impedanz (induktiv oder kapazitiv (jXs)) messen. . Die Summe von R und jXs wird üblicherweise als Z (Gesamtimpedanz) bezeichnet.
Wenn die angelegte Frequenz an einer Induktivität erhöht wird, erhöht sich die Impedanz und der Impedanzphasenwinkel nimmt ab, bis zum Punkt der Eigenresonanz. An diesem Punkt ist der Impedanzphasenwinkel Null (auch der höchste Impedanzwert).

Abbildung 5 Beispiel-Testeingabebildschirm für Phasenwinkel mit dem Editor-Programm.


7. LL: Streuinduktivität

Stellt sicher, dass die Wicklungen korrekt auf dem Spulenkörper positioniert sind und dass alle im Kerndesign enthaltenen Luftspalte die richtige Größe haben.

Maßeinheit, Henries. Bereich 1 nH bis 1 kH mit Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz

Streuinduktivität ist die induktive Komponente, die auf den magnetischen Fluss zurückzuführen ist und keine Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklungen herstellt. Für den ordnungsgemäßen Betrieb des Stromkreises, in den der Transformator eingebaut wird, ist möglicherweise ein bestimmter Wert der Streuinduktivität erforderlich, oder es kann erforderlich sein, den Wert sehr niedrig zu halten. Die Messung der Streuinduktivität erfordert das Anlegen eines Kurzschlusses an den Sekundärwicklungen, was in einer Produktionsumgebung häufig zu Problemen führen kann. Die Tester der AT-Serie beseitigen diese Probleme durch eine einzigartige Messtechnik, die ausführlich in einem separaten technischen Hinweis VPN: 104-105 beschrieben wird.

Abbildung 6 Beispiel-Testeingabebildschirm für Streuinduktivität mit dem Editor-Programm.


8. C: Kapazität zwischen den Wicklungen

Stellt sicher, dass die Isolationsdicke zwischen den Wicklungen korrekt ist.
Maßeinheit Farad. Bereich 100 fF bis 1 mF mit Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz
Kapazität entsteht in Induktivitäten und Transformatoren aufgrund der räumlichen Nähe der elektrostatischen Kopplung zwischen Drähten innerhalb einer Wicklung.
Kapazität besteht auch zwischen separaten Wicklungen von der Primär- zur Sekundärwicklung oder von der Sekundär- zur Sekundärwicklung.

Abbildung 7 Beispiel-Testeingabebildschirm für Kapazität mit dem Editor-Programm.


9. TR: Windungsverhältnis

Stellt sicher, dass die Windungszahl jeder Wicklung und die Wicklungspolarität den Spezifikationen entsprechen.
Maßeinheit, Dezimalverhältnis. 1:100 k bis 100 k:1 mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz
Das Windungsverhältnis wird gemessen, um sicherzustellen, dass die Anzahl der Windungen der Primär- und Sekundärwicklung korrekt ist und daher die erforderlichen Sekundärspannungen erreicht werden, wenn der Transformator verwendet wird. Es ist wichtig zu bedenken, dass die verschiedenen in Abbildung 1 gezeigten Transformatorverluste zu einem Spannungsverhältnis führen, das nicht genau dem Verhältnis der physischen Windungen in den Wicklungen entspricht. Die Tester der AT-Serie verfügen über die Möglichkeit, Windungen anhand des Induktivitätsverhältnisses (TRL) zu berechnen, wodurch Fehler vermieden werden, die auf Kernverluste und Streuinduktivität zurückzuführen sind.
Diese und andere Überlegungen zum Windungsverhältnis werden in einem separaten technischen Hinweis VPN: 104-113 beschrieben.

Abbildung 8 Beispiel-Testeingabebildschirm für Turns Ratio mit dem Editor-Programm.


10. SURG: Hochspannungs-Überspannungsprüfung

Stellt sicher, dass das Isoliermaterial um den Kupferdraht (in der Regel Lack) während der Herstellung nicht beschädigt wurde, wodurch die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Wicklungen besteht.
Maßeinheit: mV Sekunden. Bereich 1 mVs bis 1 kVs mit einem Impulssignalpegel von 100 V bis 5 kV.
Transformatoren mit einer hohen Windungszahl aus feinen Drähten sind anfällig für Isolationsschäden. Schäden am Isolationsmaterial während der Produktion sind nur sehr schwer zu erkennen, da möglicherweise kein vollständiger Kurzschluss vorliegt und die bei der Windungsprüfung angelegte Spannung nicht ausreicht, um diesen teilweisen Kurzschluss zu überbrücken. Während des Betriebs im fertigen Produkt ist der Transformator jedoch viel höheren Spannungen ausgesetzt, die an der Schadensstelle einen Koronalichtbogen verursachen können oder durch die Erwärmung bei normalem Gebrauch nach kurzer Zeit einen Kurzschluss verursachen können.

Durch den Anschluss eines geladenen Kondensators im AT3600 an eine Transformatorwicklung wird die Wicklung einer Stoßspannung ausgesetzt und durch Messung der Fläche unter der abklingenden Schwingung kann festgestellt werden, ob ein Durchschlag zwischen den Windungen der Wicklung aufgetreten ist. Das folgende Diagramm zeigt die abklingende Schwingung einer Transformatorwicklung ohne Isolationsschaden im Vergleich zur gleichen Wicklung mit beschädigter Isolation.

Abbildung 9 Beispiele für Überspannungswellenformen

Durch die Berechnung des Volt-Sekunden-Produkts unter der Kurve liefert der AT3600 eine numerische Größe, anhand derer gute oder schlechte Komponenten ermittelt werden können. Dies bietet den Vorteil der Erkennung kurzgeschlossener Windungen mithilfe einer Impulsspannungstechnik und vermeidet gleichzeitig die potenziellen Fehler, die bei der Benutzerinterpretation komplexer Wellenformen auftreten.

Abbildung 10 Beispiel-Testeingabebildschirm für Surge Stress mit dem Editor-Programm.


11. IR: Isolationswiderstand

Stellt sicher, dass die Isolierung zwischen den Wicklungen den erforderlichen Spezifikationen entspricht
Maßeinheit Ohm. Bereich 1 MOhm bis 100 GOhm mit einem Signalpegel von 100 V bis 7 kV (AT5600 + AT3600) oder 500 V (ATi).~
Mithilfe eines Gleichstrom-Hochspannungsgenerators und eines Gleichstrom-Messsystems wird der Widerstandswert berechnet.

Abbildung 11 Beispiel-Testeingabebildschirm für Isolationswiderstand mit dem Editor-Programm.


12. HPAC: Hochspannungs-AC-Sicherheitsprüfung

Stellt sicher, dass die Wicklungen mit den richtigen Materialien richtig positioniert sind, um das erforderliche Maß an Sicherheitsisolierung zu gewährleisten.
Maßeinheit, Ampere. Bereich 10 uA bis 10 mA mit einem Signalpegel von 100 V AC bis 5 kV AC.
Alle Transformatoren, die eine Isolierung von einem Wechselstromnetz bieten, müssen getestet werden, um sicherzustellen, dass sie den Sicherheitsprüfspannungen ohne Ausfall standhalten. Um die Prüfvorschriften zu erfüllen, muss der Nachweis erbracht werden, dass die Prüfspannung während des Prüfzeitraums aufrechterhalten wird. Der AT3600/AT5600 erreicht dies durch Messung und Steuerung der angelegten Spannung während der gesamten Prüfdauer.

Abbildung 12 Beispiel-Testeingabebildschirm für HPAC mit dem Editor-Programm.

13. Schlussfolgerungen zur Ferritprüfung

Es zeigt sich, dass mit dem entsprechenden Prüfumfang die vollständige Sicherheit gewährleistet wird, dass alle Materialien und Produktionsprozesse innerhalb eines Transformators korrekt sind.
Dies wiederum gewährleistet, dass jeder einzelne getestete Transformator nachweislich die erforderlichen Spezifikationen vollständig erfüllt.
Solche gründlichen Tests waren in der Vergangenheit zu kostspielig, zu schwierig oder zu zeitaufwändig.
Die Tester der AT-Serie bieten jedoch eine kostengünstige, benutzerfreundliche und schnelle Lösung.
Der oben gezeigte vollständige Test wurde vom AT-Tester mit einer Geschwindigkeit von 1,2 Sekunden und einem einzigen Tastendruck durchgeführt.