Prueba de transformadores laminados

1, Introducción a las pruebas de transformadores laminados

Los transformadores laminados se utilizan principalmente como transformadores elevadores y reductores de frecuencia de línea, baja frecuencia y bajo/alto voltaje.

Se enrollan dos bobinas sobre un núcleo de manera que estén acopladas magnéticamente.
Las dos bobinas se conocen como primaria y secundaria.
El material del núcleo tiende a construirse a partir de láminas delgadas de un material magnético blando (aproximadamente 0,35 mm de espesor), generalmente hechas de acero al silicio al 4%, llamadas laminaciones, y están aisladas entre sí mediante barniz.
Estas finas láminas reducen las corrientes parásitas al aumentar la resistencia al flujo de dichas corrientes.

El núcleo se ensambla parcialmente antes de insertar los devanados y, una vez insertados, las láminas laminadas restantes se entrelazan para evitar que todas las juntas lleguen a un solo lugar; luego, las juntas se escalonan de manera similar a como se colocan los ladrillos.
Los transformadores laminados se utilizan en la mayoría de las aplicaciones de baja frecuencia, generalmente entre 50 Hz y 400 Hz. El primario tiende a tener una alta inductancia, lo que permite el uso de baja frecuencia con pérdidas mínimas en el núcleo.

Los transformadores laminados proporcionan lo siguiente: -

• Elevador de alto voltaje.
• Reductor de baja tensión.
• Salida de alta corriente.
• Aislamiento.

A los efectos de este documento, nos concentraremos en los transformadores laminados reductores.
Al diseñar el número de vueltas en los devanados primario y secundario, se puede realizar cualquier transformador elevador o reductor deseado.
El acoplamiento entre el primario y el secundario debe ser "estrecho" en un transformador de potencia para reducir la reactancia de fuga; de lo contrario, la caída de la reactancia será considerable y variará con el voltaje y la corriente del secundario.
Por lo tanto, los transformadores laminados se enrollan con devanados concéntricos (el primario y el secundario se enrollan con la mitad de las vueltas en el núcleo, uno sobre el otro (para dar un acoplamiento estrecho) con aislamiento intermedio.

2, Pruebas adecuadas para TX laminados

Los probadores de la serie AT tienen la capacidad de realizar las siguientes pruebas de transformadores laminados aplicables:

CTY: CTY es una prueba de continuidad diseñada para garantizar que el transformador esté correctamente asentado en su soporte y que toda la integridad de las terminaciones del devanado sea buena. La resistencia mínima es de 10 kOhms hasta 10 MOhms.

R: R es la resistencia CC que ofrece un inductor debido a la resistencia del devanado. Cuanto menor sea la resistencia, más corriente manejará un inductor. La resistencia se presenta en mOhms a MOhms.

VOC: Voltaje de circuito abierto, esta prueba aplica un voltaje al primario y lee el voltaje inducido en el devanado secundario los resultados se presentan como un voltaje secundario de 100mV a 500 V con un voltaje de prueba de 1 V a 270V @ 20 Hz a 1.5 kHz. La fase también se mide como una polaridad, es decir, positiva (en fase), negativa (antifase).

IR: Las pruebas de resistencia de aislamiento están diseñadas para verificar si hay blindaje y aislamiento deficientes entre los devanados. Se miden el voltaje y la corriente y, al dividir el voltaje por la corriente, las mediciones de resistencia de aislamiento se presentan en MOhms a GOhms con un voltaje de prueba de 100 V a 7 kV @ CC.

MAGI: La corriente magnetizante es la combinación de la corriente necesaria para magnetizar el núcleo y la corriente necesaria para suplir las pérdidas en el núcleo. Los resultados se presentan como una corriente de 1 mA a 2 A (pico de 3 A) con un voltaje de prueba de 1 V a 270 V a 20 Hz a 1,5 K Hz.

STRW: Sin carga y con el circuito secundario abierto, un transformador seguirá consumiendo corriente. Esta corriente es proporcional a las pérdidas del núcleo (corrientes parásitas e histéresis). La ley de Faraday sugiere que si el voltaje y la frecuencia aumentan proporcionalmente, la pérdida del núcleo debería permanecer igual. Por lo tanto, si se detecta un aumento dramático de potencia, indicaría una falla en el devanado. Los resultados se presentan en vatios desde 1 mW hasta 40 vatios con un voltaje de prueba de 1 V a 270 V a 20 Hz a 1,5 kHz.

HPAC: Las pruebas de CA Hi-pot son pruebas de seguridad de aislamiento, que prueban el aislamiento entre devanados y entre el devanado y el núcleo y el devanado al blindaje. El flujo de corriente se mide entre cada punto de prueba y se presenta en mA a mA con un voltaje de prueba de 100 V a 5,5 kV a 50 Hz a 1 kHz.

Una secuencia típica de prueba de laminado podría ser:

• Continuidad del CTY.
• Resistencia R.
• Circuito abierto de voltaje VOC.
• MAGI Corriente magnetizante.
• STRW Vatios de tensión.
• Resistencia de aislamiento IR.
• HPAC CA de alto potencial. Prueba de seguridad.

3, prueba CTY y R (continuidad y resistencia)

La continuidad es una prueba sencilla para garantizar que tanto el aparato como el transformador se han insertado correctamente.

Los parámetros de prueba proporcionados varían de 10 kOhms a 10 MOhms; 10 kOhms se utilizan generalmente para la velocidad y probarán cada devanado y terminación para un valor inferior a 10 kW.

La resistencia es la resistencia de corriente continua (CC) que ofrece un inductor debido a la resistencia del cable magnético utilizado. La resistencia es la característica indeseable, que es el subproducto del cable o material conductor utilizado. Las mediciones de resistencia generalmente se toman en todos los devanados y están directamente relacionadas con el diseño del transformador para transportar una cantidad particular de corriente dentro de ese devanado. Cuanto menor sea la resistencia, mayor será la capacidad de transporte de corriente del inductor.

FIGURA 1 (Disposición típica de un transformador reductor laminado).

La Figura 2 muestra los parámetros necesarios para R en el primario.
Los límites de resistencia se eligieron como un porcentaje del valor nominal de 100 ohmios +/- 5%.
También se probaría la resistencia del devanado secundario.

FIGURA 2.

4, prueba de VOC (circuito abierto de voltaje)

La prueba de voltaje en circuito abierto es una versión de alto voltaje de la prueba de relación de vueltas. En lugar de devolver un resultado de relación, es decir, 2:1, 1:2, etc., se devuelve un resultado de voltaje que es proporcional al número de vueltas del primario frente al número de vueltas del secundario.
Los parámetros de prueba proporcionados varían de 1 V a 270 V con un rango de medición de 100 mV a 500 V. También se tiene en cuenta la fase y se puede seleccionar como positiva (en fase) o negativa (antifase).

La Figura 3 muestra los parámetros requeridos para VOC en los devanados primario y secundario del transformador de muestra.
Los niveles de voltaje y frecuencia se seleccionaron como red de frecuencia de línea estadounidense de 110 V a 60 Hz con los límites de voltaje seleccionados como un mínimo de 52 V y un máximo de 60 V. La fase se configuró para +ve.

FIGURA 3.

5, prueba STRW (vatios de tensión)

La función principal de la prueba de tensión en vatios es indicar una falla en el aislamiento entre espiras de un devanado.
Esta prueba se puede utilizar en devanados con alambre muy delgado. Sin carga y con el circuito secundario abierto, un transformador seguirá consumiendo corriente. Esta corriente es proporcional a las pérdidas del núcleo (corrientes parásitas e histéresis). La histéresis es la energía consumida al cambiar el estado magnético del núcleo durante cada ciclo y las corrientes parásitas son corrientes inducidas en el núcleo por flujos que varían en el tiempo.
La ley de Faraday sugiere que, siempre que el voltaje y la frecuencia aumenten proporcionalmente, la pérdida del núcleo debería seguir siendo la misma. Por lo tanto, si se midiera un aumento dramático de potencia, indicaría que había una falla en el devanado.

La prueba de tensión en vatios requiere que un transformador de frecuencia de línea de 110 V a 60 Hz se pruebe a 220 V a 120 Hz. Las pérdidas del núcleo no deberían cambiar mucho de 110 V a 60 Hz a 220 V a 120 Hz, lo que permite duplicar las pruebas de estrés de voltaje en los devanados.

La Figura 4 muestra los parámetros requeridos para STRW en el devanado secundario del transformador de muestra. Los niveles de voltaje y frecuencia se han seleccionado como el doble del voltaje y la frecuencia inducidos con la potencia máxima establecida en 2 vatios durante un período de permanencia de 1 segundo.

FIGURA 4.

6, prueba MAGI (corriente magnetizante)

Generalmente se realiza una prueba de corriente magnetizante en transformadores que utilizan núcleos laminados, que están diseñados para operar en toda la extensión de la curva BH.
La curva BH muestra las características de un material magnético, en términos de fuerza magnetizante (H) y densidad de flujo resultante (B).
La corriente de magnetización es la corriente necesaria para establecer el flujo del núcleo, lo que da como resultado la combinación de la corriente necesaria para magnetizar el núcleo y la corriente necesaria para suplir las pérdidas en el núcleo, que comprende histéresis y corrientes parásitas.
La histéresis es la energía consumida al cambiar el estado magnético del núcleo durante cada ciclo y las corrientes parásitas son corrientes inducidas en el núcleo por flujos que varían en el tiempo.

FIGURA 5: Circuito equivalente de corriente magnetizante.

• Lm = la inductancia de magnetización.
• Im = la corriente magnetizante.
• Es decir, la corriente de excitación.
• Ic = componente de pérdida del núcleo de la corriente de excitación.
• Rc = la resistencia a la pérdida del núcleo.

La Figura 6 muestra los parámetros requeridos para MAGI en el devanado primario del transformador de muestra.
Los niveles de voltaje y frecuencia se han seleccionado para voltaje y frecuencia de línea (RMS) de EE. UU. de 110 V a 60 Hz con el consumo máximo de corriente establecido en 50 mA.

FIGURA 6.

7, prueba de IR (resistencia de aislamiento)

La prueba de resistencia de aislamiento es un medio para comprobar el aislamiento del devanado y el aislamiento del devanado al núcleo.
La calidad del aislamiento se puede verificar aplicando un voltaje de CC a través del aislamiento y midiendo su resistencia.

FIGURA 7 (circuito de prueba de resistencia de aislamiento).

8, prueba HPAC (seguridad de alto voltaje)

Hi-pot o flash es una prueba de aislamiento de seguridad y se aplica a transformadores de aislamiento para garantizar que el aislamiento entre los devanados no se rompa.
Esto garantiza la integridad del aislamiento crítico para la seguridad de acuerdo con las normas internacionales.
Cuando los transformadores proporcionan aislamiento entre voltajes de línea peligrosos y voltajes de bajo nivel seguros, HPAC es una prueba crítica.
Se ejecutan múltiples pruebas entre devanados y entre devanados y el material del núcleo.

FIGURA 8 (Circuito de prueba de CA de alto potencial).

9, Solución completa de prueba de laminado

La siguiente especificación de transformador de frecuencia de línea de muestra se utilizará como modelo para explicar un método de una solución de prueba completa.

• Continuidad, resistencia máxima de continuidad 10 kOhms.
• Resistencia del devanado de CC. Valor nominal primario 100 ohmios +/- 5%.
• Valor nominal secundario 50 W +/- 5%.
• Corriente magnetizante 110V @ 60Hz corriente máxima 50 mA.
• Voltaje circuito abierto 110V @ 60Hz voltaje mínimo 52 V, voltaje máximo 60 V.
• Vatios de tensión, voltaje primario 220 @ 120 Hz máximo 2 vatios.
• Resistencia de aislamiento a 500 V CC, primario a secundario 1 mínimo -resistencia 10 MOhms.
• Hi-pot primario a secundario 5 KV CA / 1 mA / 2 segundos.
• Hi-pot primario al núcleo 5 kV CA / 1 mA / 2 segundos.

10. Ver también: