Prüfung von Laminattransformatoren

1, Einführung in die Prüfung von Laminattransformatoren

Laminattransformatoren werden meist als Netzfrequenz-, Niederfrequenz- und Nieder-/Hochspannungs-Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwendet.

Zwei Spulen sind so über einen Kern gewickelt, dass sie magnetisch gekoppelt sind.
Die beiden Spulen werden als Primär- und Sekundärspule bezeichnet.
Das Kernmaterial besteht in der Regel aus dünnen Blechen aus weichmagnetischem Material (ca. 0,35 mm dick), meist aus 4 % Siliziumstahl, sogenannten Laminierungen, die durch Lack voneinander isoliert sind.
Diese dünnen Bleche reduzieren Wirbelströme, indem sie den Widerstand gegen den Fluss solcher Ströme erhöhen.

Der Kern wird teilweise zusammengebaut, bevor die Wicklungen eingelegt werden. Nach dem Einlegen werden die verbleibenden Laminatplatten ineinander verschachtelt, um zu vermeiden, dass alle Verbindungen an einer Stelle liegen. Die Verbindungen werden dann ähnlich wie beim Verlegen von Ziegeln versetzt.
Laminattransformatoren werden in den meisten Niederfrequenzanwendungen verwendet, normalerweise zwischen 50 Hz und 400 Hz. Die Primärwicklung weist tendenziell eine hohe Induktivität auf, was den Einsatz bei niedrigen Frequenzen mit minimalen Kernverlusten ermöglicht.

Laminattransformatoren bieten Folgendes: -

• Hochspannungserhöhung.
• Niederspannungsabsenkung.
• Hohe Stromabgabe.
• Isolierung.

In diesem Dokument konzentrieren wir uns auf Abwärts-Laminattransformatoren.
Durch die Auslegung der Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung kann jeder gewünschte Aufwärts- oder Abwärtstransformator realisiert werden.
Die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite muss in einem Leistungstransformator „fest“ sein, um die Streureaktanz zu reduzieren, andernfalls ist der Abfall der Reaktanz beträchtlich und schwankt je nach Sekundärspannung und -strom.
Daher werden Laminattransformatoren mit konzentrischen Wicklungen gewickelt (Primär- und Sekundärwicklung werden mit der Hälfte der Windungen auf den Kernschenkel gewickelt, eine über der anderen (um eine enge Kopplung zu ergeben) mit dazwischen liegender Isolierung.

2, Geeignete Tests für Laminat-TXs

Mit den Testern der AT-Serie können die folgenden anwendbaren Tests für Laminattransformatoren durchgeführt werden:

CTY: CTY ist ein Durchgangstest, der sicherstellen soll, dass der Transformator richtig in seiner Halterung sitzt und dass alle Wicklungsanschlüsse intakt sind. Der Mindestwiderstand beträgt 10 kOhm bis 10 MOhm.

R: R ist der Gleichstromwiderstand, den eine Induktivität aufgrund des Widerstands der Wicklung bietet. Je niedriger der Widerstand, desto mehr Strom kann ein Induktor verarbeiten. Der Widerstand wird in mOhm bis MOhm angegeben

VOC: Offener Spannungskreis. Dieser Test legt eine Spannung an die Primärwicklung an und misst die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung. Die Ergebnisse werden als Sekundärspannung von 100 mV bis 500 V mit einer Testspannung von 1 V bis 270 V bei 20 Hz bis 1,5 dargestellt kHz. Die Phase wird auch als Polarität gemessen, dh positiv (in Phase), negativ (gegenphasig).

IR: Isolationswiderstandsprüfungen dienen zur Prüfung auf schlechte Abschirmung und Isolierung zwischen Wicklungen. Spannung und Strom werden gemessen und durch Division der Spannung durch den Strom werden die Isolationswiderstandsmessungen in MOhm bis GOhm mit einer Prüfspannung von 100 V bis 7 kV bei Gleichstrom dargestellt.

MAGI: Magnetisierungsstrom ist die Kombination aus dem Strom, der zur Magnetisierung des Kerns erforderlich ist, und dem Strom, der zur Versorgung der Verluste im Kern erforderlich ist. Die Ergebnisse werden als Strom von 1 mA bis 2 A (3 A Spitze) mit einer Prüfspannung von 1 V bis 270 V bei 20 Hz bis 1,5 kHz dargestellt.

STRW: Im Leerlauf und bei offenem Sekundärstromkreis zieht ein Transformator immer noch Strom. Dieser Strom ist proportional zu den Kernverlusten (Wirbelströme und Hysterese). Das Gesetz von Faraday legt nahe, dass die Kernverluste gleich bleiben sollten, wenn Spannung und Frequenz proportional erhöht werden. Wenn daher ein dramatischer Leistungsanstieg festgestellt wird, deutet dies auf einen Wicklungsfehler hin. Die Ergebnisse werden in Watt von 1 mW bis 40 Watt mit einer Testspannung von 1 V bis 270 V bei 20 Hz bis 1,5 kHz dargestellt.

HPAC: Hi-Pot-AC-Tests sind Isolationssicherheitstests, die die Isolation zwischen Wicklungen sowie zwischen Wicklung und Kern und Wicklung zur Abschirmung testen. Der Stromfluss wird zwischen jedem Testpunkt gemessen und in mA bis mA mit einer Testspannung von 100 V bis 5,5 kV bei 50 Hz bis 1 kHz dargestellt.

Eine typische Testsequenz für Laminat könnte sein:

• CTY-Kontinuität.
• R-Widerstand.
• VOC-Spannung offener Stromkreis.
• MAGI Magnetisierungsstrom.
• STRW Stress-Watt.
• IR-Isolationswiderstand.
• HPAC Wechselstrom mit hohem Potenzial. Sicherheitstest.

3, CTY- und R-Prüfung (Durchgang und Widerstand).

Der Durchgang ist ein einfacher Test, um sicherzustellen, dass sowohl das Gerät als auch der Transformator korrekt eingesetzt wurden.

Die bereitgestellten Testparameter reichen von 10 kOhm bis 10 MOhm. 10 kOhm wird im Allgemeinen für die Geschwindigkeit verwendet und testet jede Wicklung und jeden Abschluss auf einen Wert von weniger als 10 kW.

Der Widerstand ist der Gleichstromwiderstand, den ein Induktor aufgrund des Widerstands des verwendeten Magnetdrahts bietet. Widerstand ist die unerwünschte Eigenschaft, die das Nebenprodukt des verwendeten Drahtes oder leitfähigen Materials ist. Widerstandsmessungen werden im Allgemeinen an allen Wicklungen durchgeführt und stehen in direktem Zusammenhang mit der Konstruktion des Transformators, um eine bestimmte Strommenge innerhalb dieser Wicklung zu transportieren. Je niedriger der Widerstand, desto höher ist die Stromtragfähigkeit des Induktors.

ABBILDUNG 1 (Typisches Layout eines Laminat-Abwärtstransformators).

Abbildung 2 zeigt die für R auf der Primärseite erforderlichen Parameter.
Die Widerstandsgrenzen wurden als Prozentsatz des Nennwerts von 100 Ohm +/- 5 % gewählt.
Auch die Sekundärwicklung würde auf Widerstand geprüft.

FIGUR 2.

4, VOC-Test (Spannungsoffener Stromkreis).

Der Spannungs-Leerlauftest ist eine Hochspannungsversion des Windungsverhältnistests. Anstatt ein Verhältnisergebnis wie 2:1, 1:2 usw. zurückzugeben, wird ein Spannungsergebnis zurückgegeben, das proportional zur Anzahl der Windungen auf der Primärseite gegenüber der Anzahl der Windungen auf der Sekundärseite ist.
Die bereitgestellten Prüfparameter reichen von 1 V bis 270 V mit einem Messbereich von 100 mV bis 500 V. Auch die Phase ist berücksichtigt und kann als positiv (gleichphasig) oder negativ (gegenphasig) ausgewählt werden.

Abbildung 3 zeigt die für VOC erforderlichen Parameter an der Primär- und Sekundärwicklung des Probentransformators.
Die Spannungs- und Frequenzpegel wurden als US-Netzfrequenz 110 V bei 60 Hz ausgewählt, wobei die Spannungsgrenzen auf mindestens 52 V und höchstens 60 V festgelegt wurden. Die Phase wurde auf +ve eingestellt.

FIGUR 3.

5, STRW-Test (Stress-Watt-Test).

Die Hauptaufgabe der Belastungs-Watt-Prüfung besteht darin, einen Fehler in der Windungsisolation einer Wicklung anzuzeigen.
Dieser Test kann bei Wicklungen mit sehr dünnem Draht angewendet werden. Im Leerlauf und bei offenem Sekundärstromkreis zieht ein Transformator immer noch Strom. Dieser Strom ist proportional zu den Kernverlusten (Wirbelströme und Hysterese). Hysterese ist die Energie, die durch die Änderung des magnetischen Zustands des Kerns während jedes Zyklus verbraucht wird, und Wirbelströme sind Ströme, die durch zeitlich veränderliche Flüsse im Kern induziert werden.
Das Faradaysche Gesetz legt nahe, dass bei proportionaler Erhöhung von Spannung und Frequenz der Kernverlust gleich bleiben sollte. Wenn daher ein dramatischer Leistungsanstieg gemessen würde, wäre dies ein Hinweis darauf, dass ein Wicklungsfehler vorliegt.

Für die Spannungsprüfung in Watt ist ein Netzfrequenztransformator mit 110 V bei 60 Hz erforderlich, der bei 220 V bei 120 Hz getestet werden soll. Die Kernverluste sollten sich von 110 V bei 60 Hz auf 220 V bei 120 Hz nicht wesentlich ändern, was eine doppelte Belastungsprüfung der Spannungen an den Wicklungen ermöglicht.

Abbildung 4 zeigt die für STRW erforderlichen Parameter an der Sekundärwicklung des Probentransformators. Die Spannungs- und Frequenzpegel wurden als das Doppelte der induzierten Spannung und Frequenz ausgewählt, wobei die maximale Leistung auf 2 Watt für eine Verweildauer von 1 Sekunde eingestellt wurde.

FIGUR 4.

6, MAGI-Test (Magnetisierungsstrom).

Eine Magnetisierungsstromprüfung wird normalerweise an Transformatoren durchgeführt, die Laminatkerne verwenden, die für den Betrieb über den gesamten Umfang der BH-Kurve ausgelegt sind.
Die BH-Kurve zeigt die Eigenschaften eines magnetischen Materials hinsichtlich der Magnetisierungskraft (H) und der resultierenden Flussdichte (B).
Der Magnetisierungsstrom ist der Strom, der zum Aufbau des Kernflusses benötigt wird. Daraus ergibt sich die Kombination aus Strom, der zum Magnetisieren des Kerns erforderlich ist, und Strom, der zum Ausgleich der Verluste im Kern erforderlich ist, die aus Hysterese- und Wirbelströmen bestehen.
Hysterese ist die Energie, die durch die Änderung des magnetischen Zustands des Kerns während jedes Zyklus verbraucht wird, und Wirbelströme sind Ströme, die durch zeitlich veränderliche Flüsse im Kern induziert werden.

ABBILDUNG 5: Magnetisierungsstrom-Ersatzschaltbild.

• Lm = die Magnetisierungsinduktivität.
• Im = der Magnetisierungsstrom.
• Dh = der Erregerstrom.
• Ic = der Kernverlustanteil des Erregerstroms.
• Rc = der Kernverlustwiderstand.

Abbildung 6 zeigt die für MAGI erforderlichen Parameter an der Primärwicklung des Probentransformators.
Die Spannungs- und Frequenzpegel wurden für die US-Netzspannung und -frequenz (RMS) 110 V bei 60 Hz ausgewählt, wobei die maximale Stromaufnahme auf 50 mA eingestellt ist.

ABBILDUNG 6.

7, IR-Prüfung (Isolationswiderstand).

Die Isolationswiderstandsprüfung ist ein Mittel zur Überprüfung der Wicklungsisolierung und der Wicklungs-Ader-Isolierung.
Die Qualität der Isolierung kann überprüft werden, indem eine Gleichspannung an die Isolierung angelegt und deren Widerstand gemessen wird.

ABBILDUNG 7 (Testschaltung für den Isolationswiderstand).

8, HPAC-Prüfung (Hochspannungssicherheit).

Hi-Pot oder Flash ist ein Sicherheitsisolationstest und wird auf Trenntransformatoren angewendet, um sicherzustellen, dass die Isolierung zwischen den Wicklungen nicht zusammenbricht.
Dies garantiert die Integrität der sicherheitskritischen Isolierung gemäß internationalen Standards.
Wo Transformatoren für die Trennung zwischen gefährlichen Netzspannungen und sicheren Niederspannungen sorgen, ist HPAC ein kritischer Test.
Zwischen den Wicklungen sowie zwischen den Wicklungen und dem Kernmaterial werden mehrere Tests durchgeführt.

ABBILDUNG 8 (Hi-Pot-Wechselstrom-Testschaltung).

9, Komplette Laminat-Testlösung

Die folgende Beispielspezifikation für einen Netzfrequenztransformator wird als Modell verwendet, um eine Methode einer vollständigen Testlösung zu erläutern

• Durchgang, maximaler Durchgangswiderstand 10 kOhm.
• DC-Wicklungswiderstand. Primärnennwert 100 Ohm +/- 5 %.
• Sekundärer Nennwert 50 W +/- 5 %.
• Magnetisierungsstrom 110 V bei 60 Hz, maximaler Strom 50 mA.
• Spannung offener Schaltkreis 110 V bei 60 Hz, minimale Spannung 52 V, maximale Spannung 60 V.
• Belastungswatt, Primärspannung 220 @ 120 Hz maximal 2 Watt.
• Isolationswiderstand bei 500 V DC, Primär-zu-Sekundär-1-Widerstand mindestens 10 MOhm.
• Hi-Pot primär auf sekundär 5 KV AC / 1 mA / 2 Sekunden.
• Hochspannungs-Primärstrom zum Kern 5 kV AC / 1 mA / 2 Sekunden.

10. Siehe auch: