Méthodes de détection des enroulements en court-circuit
Ce document décrit les méthodes utilisées par les testeurs de la série AT pour trouver les enroulements en court-circuit
1. Introduction à la détection et aux tests de virages en court-circuit
Les inducteurs sont constitués d’une longueur de fil, généralement enroulée autour d’un noyau.
Le noyau est généralement constitué d'un type de matériau magnétique tel que le fer ou la ferrite, mais des noyaux à air sont également parfois utilisés.
Le fil, appelé « enroulement », est constitué de plusieurs tours.
Généralement, les inducteurs sont constitués d'un seul enroulement et les transformateurs ont pour la plupart plusieurs enroulements (il existe des cas particuliers, tels que les « autotransformateurs » où un seul enroulement existe) et dans de nombreux transformateurs, différents diamètres de fil peuvent être utilisés dans les différents enroulements.
Les inductances et/ou transformateurs bobinés avec un grand nombre de spires et/ou avec du fil très fin nécessitent une méthode de détection de l'existence de spires en court-circuit, mais également la capacité de mettre le bobinage sous contrainte afin de détecter des imperfections ou des faiblesses potentielles dans l'isolation des bobinages qui pourrait être un point faible dans le temps.
Les imperfections du bobinage peuvent normalement être attribuées à un émail endommagé causé par des dommages physiques lors de la fabrication du transformateur, ou à des imperfections lors de la fabrication du fil brut lui-même.
Ces imperfections peuvent entraîner des courts-circuits lors du fonctionnement normal si elles ne sont pas détectées au point de fabrication.
Les températures élevées résultant de l'augmentation du courant au niveau du court-circuit provoqueront assez rapidement la fusion du cuivre et créeront une soudure par points à faible résistance.
Ce court-circuit à faible résistance court-circuitera alors complètement un tour, affectant les performances de l'enroulement et donc de l'ensemble du transformateur.
2. Détection des virages courts
Les virages en court-circuit et les zones faibles potentielles peuvent être détectés avec les testeurs Voltechs AT par deux méthodes de test :
Test de SURGE ou d'impulsion (SURG) - adapté aux fils fins ou aux enroulements haute tension.
Test de STRESS WATTS. (STRW / STRX) - convient aux enroulements de tension de ligne.
Dans les deux cas suivants, nous discuterons des effets de la contrainte sur le primaire, mais rappelez-vous que via l'induction de base des tensions sur tous les enroulements, vous testerez la longévité de TOUS les enroulements du transformateur.
En tant que tel, vous devez toujours tester sous contrainte l'enroulement avec le plus grand nombre de tours, car cela garantira que vous n'induisez pas plus que la tension générée sur n'importe quel enroulement, et protégerez ainsi le testeur UUT et AT.
2.1 Test de surtension ou d'impulsion (100 V - 5 kV DC)
Comme il n’existe pas de méthode universellement définie ni de paramètre de mesure pour ce type de test, un exemple de composant parfait est requis pour les tests de comparaison.
Le composant parfait évaluera le résultat mesuré et sera utilisé comme valeur de comparaison.
Le niveau de tension et le nombre d'impulsions requis dépendent de la quantité totale de contrainte nécessaire sur l'enroulement du composant.
À titre d'exemple, dans le cas d'un paratonnerre, un transformateur alimenté par le secteur pourrait subir des pointes allant jusqu'à 2 kV provenant de l'alimentation secteur brute. Par conséquent, trois impulsions à un niveau de tension de 3 kV devraient tester et contraindre de manière adéquate les enroulements pour imperfections d'isolation entre tours.
Chaque impulsion haute tension injectée produira un temps de décroissance caractéristique défini de la tension transitoire.
Une mauvaise isolation et/ou des spires court-circuitées dissiperont une partie de l’énergie, ce qui entraînera des temps de décroissance plus courts.
FIGURE 1 (décroissance en fonction du temps d'une impulsion issue d'un test de surtension, gauche = bonne pièce, droite = mauvaise pièce).
Le test « SURGE » de la série AT fournit un test de surtension haute tension de 100 V à 5 kV et un choix de 1 à 99 impulsions.
Le signal de test est généré en déchargeant un condensateur dans l'enroulement de la pièce testée, puis en mesurant la longueur de la relation de résonance entre le condensateur (dans l'AT) et l'inductance (UUT).
Si plusieurs impulsions sont demandées par le programme de test, une fois que l'AT détecte que l'impulsion résonante a atteint zéro, il rechargera le condensateur et se déchargera à nouveau pour l'impulsion suivante.
Cela prend environ 100 à 200 ms entre la fin d'une décroissance d'impulsion et le début de la décroissance d'impulsion suivante.
Il n'existe aucun paramètre de temps défini par l'utilisateur pour l'impulsion et la mesure ultérieure, car le taux de décroissance dépend de la relation entre le générateur AT Surge et la pièce testée.
Les résultats renvoyés par l'AT sont présentés sous forme de mesure en volt-seconde (c'est-à-dire la surface sous le graphique de décroissance).
Si le transformateur est défectueux, le résultat mesuré sera une valeur inférieure à celle du transformateur parfait, car les pertes entraîneront un temps de décroissance plus court et entraîneront une zone sous le graphique plus petite.
La méthode SURGE est préférable à la méthode STRESS WATT plus récente, car les tensions de contrainte plus élevées disponibles donnent une meilleure sensibilité à une défaillance d'un seul enroulement adjacent.
Bien entendu, l’utilisation de SURGE nécessite également que la conception de la pièce puisse résister à des impulsions aussi élevées, même si elle est correctement fabriquée.
Résumé de la surtension
Lorsque vous utilisez cet essai comme mesure caractérisant la conception d'un transformateur, les pièces susceptibles de subir une défaillance précoce peuvent être détectées en évaluant la longueur de résonance par rapport à celle de la pièce de référence parfaite utilisée pour définir les limites de l'essai.
Toutes les pièces présentant des courts-circuits durs entre les enroulements ou des zones faibles (par exemple dans le revêtement d'émail) éclateront sous la contrainte de l'impulsion de tension et pourront ainsi être détectées et retirées de la production pour être retravaillées ou mises au rebut.
2.2 Test de STRESS WATTS (1-270 V CA)
Un transformateur consommera toujours du courant et consommera de l'énergie lors du test d'un transformateur à vide avec le circuit secondaire ouvert.
Cette consommation électrique se mesure en watts et correspond à la puissance absorbée par une bobine soumise à un courant alternatif.
En règle générale, la consommation de courant due à la perte du noyau (courants de Foucault et hystérésis) ne représente que quelques pour cent de la charge normale et est donc généralement négligeable.
Le test de watts (WATT) est généralement effectué à la pleine tension de ligne et à la fréquence de fonctionnement du transformateur.
FIGURE 2 - Test WATT primaire 220 V à 50 Hz, TR 5:1, secondaire 44 V à 50 Hz
Cependant, il est également très courant et souhaitable de « solliciter » le transformateur au-dessus de sa tension de fonctionnement normale pour donner une certaine marge d'assurance qualité.
Ces tests de résistance (contrairement aux tests WATT normaux) doivent également être effectués sur une durée prolongée et fixe, car les faiblesses peuvent ne pas apparaître dans des conditions instantanées.
Pendant cette période de contrainte, toute augmentation instantanée et spectaculaire de la puissance mesurée indiquerait qu'un défaut d'enroulement d'isolation entre spires ou un court-circuit était présent, car une plus grande quantité de courant serait consommée à travers le défaut.
FIGURE 3 - Test STRESS WATT primaire 440 V à 100 Hz, TR 5:1, secondaire 88 V à 100 Hz
La loi de Faraday montre que si la tension et la fréquence sont augmentées proportionnellement, la perte du noyau devrait rester à peu près la même. Par conséquent, un test de contrainte en watts (STRW) peut être effectué à deux fois la tension nominale et deux fois la fréquence nominale du transformateur.
Comme nous avons augmenté proportionnellement la tension et la fréquence de la figure 2 à la figure 3, la perte dans le noyau restera la même, permettant aux enroulements d'être sollicités à une tension supérieure à celle utilisée en fonctionnement normal.
La densité de flux (B) dans le noyau restera la même
B ~ V / (f * A * N)
N = Le nombre de tours
A = La section transversale du noyau
V = Tension appliquée.
f = Fréquence appliquée
Notes pratiques
En réalité, vous constaterez que les pertes dans le cœur augmentent avec la fréquence (les pertes dans le cœur sont fonction de la densité de flux ET de la fréquence) même si nous avons conservé la même densité de flux. Le STRW peut donc être plus élevé, mais le résultat sera toujours reproductible. et caractéristique. Vous pouvez atténuer les pertes dans le noyau en doublant à nouveau le F, donc pour un transformateur 100 V, 50 Hz, vous constaterez peut-être que 200 V, 200 Hz est plus approprié que 110 V/100 Hz.
Les transformateurs d'alimentation secteur ont généralement un enroulement de 240 V, avec une prise pour donner 2 enroulements de 120 V.
Pour doubler la tension sur l'enroulement de 240 V, il faudrait 480 V, ce qui est au-delà de la capacité de 270 V du test STRW.
Ici, nous suggérons soit ;
a) Tester l'enroulement de 120 V (si vous en avez un) individuellement à 120 V (WATT) pour un fonctionnement normal, puis à 240 V pour le test de contrainte (STRW). Cela induira à son tour 480 V à travers l'enroulement de 240 V, sans qu'il soit nécessaire de fournir le 480 V.
ou
b) Test d'un secondaire à tension inférieure, à deux fois sa tension de fonctionnement. De même, cela induirait 480 V sur le primaire, mais comme les nœuds primaires ne seraient pas utilisés dans le test, l'isolation de 5 kV sur les nœuds de test ouverts protégera le testeur AT.
Résumé STRW
Les AT5600 et AT3600 fournissent un test de contrainte en watts (STRW) de 1 V à 270 V à 20 Hz à 1 500 Hz pour détecter les défauts potentiels dans l'isolation entre spires d'un enroulement.
L'utilisateur doit également spécifier un temps de séjour pour le test compris entre 0,5 s et 180 s, pendant lequel la puissance est surveillée en permanence.
Les résultats des tests sont présentés en Watts.
Lorsque les niveaux de tension et de courant nécessitent une extension, veuillez utiliser le luminaire d'interface AC de Voltech avec l'AT.
Cela permet d'utiliser soit un transformateur élévateur externe, soit une source d'alimentation CA pour générer une tension (jusqu'à 600 V) et un courant (jusqu'à 10 A) plus élevés.
Les signaux de test, les mesures et les critères de réussite/échec sont toujours automatiquement contrôlés par l'AT à l'aide des tests 4 X ; MAGX, WATX, STRX et VOCX.