Rapporto di sterzata - Tipi di test disponibili
Una spiegazione del rapporto di spire e diversi metodi per ottenere le migliori misurazioni
1. Introduzione al rapporto di sterzata
I trasformatori vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni elettriche o elettroniche, offrendo funzioni che spaziano dall'isolamento e dall'aumento o diminuzione della tensione e della corrente alla reiezione del rumore, alla misurazione del segnale, alla regolazione e a una serie di funzioni specifiche per applicazioni specifiche.
Per verificare che un trasformatore soddisfi le specifiche di progettazione, è necessario testare una serie di funzioni e uno dei test più comunemente utilizzati è il rapporto di trasformazione.
Questa nota tecnica esaminerà brevemente la teoria di base del rapporto di trasformazione e introdurrà poi alcuni aspetti aggiuntivi che dovrebbero essere presi in considerazione quando si testa questa caratteristica critica del trasformatore.
2. Teoria di base
Il rapporto di trasformazione di un trasformatore è definito come il numero di spire sul suo secondario diviso per il numero di spire sul suo primario.
Il rapporto di tensione di un trasformatore ideale è direttamente correlato al rapporto di spire: 
Il rapporto di corrente di un trasformatore ideale è inversamente proporzionale al rapporto di spire: 
Dove Vs = tensione secondaria, Is = corrente secondaria, Vp = tensione primaria, Ip = corrente primaria, Ns = numero di spire nell'avvolgimento secondario e Np = numero di spire nell'avvolgimento primario.
Il rapporto di trasformazione di un trasformatore definisce quindi il trasformatore come elevatore o riduttore.
Un trasformatore elevatore è un trasformatore la cui tensione secondaria è maggiore della tensione primaria; un trasformatore che aumenta la tensione riduce la corrente.
Un trasformatore riduttore è un trasformatore la cui tensione secondaria è inferiore alla tensione primaria, mentre un trasformatore che riduce la tensione aumenta la corrente.
Definizioni del rapporto di trasformazione di tensione e corrente
3. Fattori che influenzano le misurazioni del rapporto di sterzata
Con un trasformatore teorico "ideale", il rapporto tra le spire fisiche di un qualsiasi avvolgimento potrebbe essere stabilito semplicemente misurando la tensione di uscita RMS su un avvolgimento, applicando al contempo una tensione di ingresso RMS nota di frequenza appropriata a un altro avvolgimento.
In queste condizioni, il rapporto tra le tensioni di ingresso e di uscita sarebbe uguale al rapporto fisico delle spire di questi avvolgimenti.
Purtroppo, però, i trasformatori "reali" presentano una serie di proprietà elettriche che determinano un rapporto di tensione o corrente che potrebbe non essere uguale al rapporto di spire fisico.
Il seguente diagramma schematico illustra le proprietà elettriche di un trasformatore reale, con il componente ideale del trasformatore mostrato al centro, oltre ai componenti elettrici che rappresentano varie proprietà aggiuntive del trasformatore. 
- L1, L2 e L3 rappresentano l'induttanza di dispersione primaria e secondaria causata dall'accoppiamento magnetico incompleto tra gli avvolgimenti.
- R1, R2 e R3 rappresentano la resistenza (o perdita di rame) degli avvolgimenti primario e secondario.
- C1, C2 e C3 rappresentano la capacità di interavvolgimento.
- Lp rappresenta la perdita del nucleo dell'induttanza magnetizzante.
- Rp rappresenta la perdita del nucleo a cui contribuiscono tre aree: perdita per correnti parassite (che aumenta con la frequenza), perdita per isteresi (che aumenta con la densità del flusso) e perdita residua (parzialmente dovuta alla risonanza).
4. Tipi di test del rapporto di sterzata
Considerando la gamma di elementi mostrati nello schema del trasformatore e considerando anche i diversi requisiti delle diverse applicazioni del trasformatore, si può notare che nessuna tecnica di misurazione è in grado di soddisfare pienamente tutte le domande sul rapporto di trasformazione.
Per questo motivo, i tester per trasformatori Voltech della serie AT offrono cinque diverse tecniche di misurazione del rapporto di trasformazione, che possono essere selezionate individualmente per soddisfare esigenze specifiche.
Le specifiche di base e la gamma di misurazione di tensione/frequenza possono essere visualizzate sulla nostra pagina delle specifiche AT5600
TR (rapporto di sterzata)
Questo test energizza un avvolgimento scelto a una tensione specifica e misura la tensione indotta su qualsiasi altro avvolgimento.
I risultati vengono quindi presentati come un rapporto (ad esempio 2:1, 5:1, ecc.). I tester AT Voltech lo fanno dividendo una tensione per l'altra, compensando al contempo la resistenza dell'avvolgimento.
Si misura anche la fase: 'in fase' (polarità positiva) e 'antifase' (polarità negativa).
Consultare la pagina del Manuale utente AT5600
TRL (rapporto spire per induttanza)
Questo test energizza separatamente due avvolgimenti selezionati e misura il valore di induttanza di ciascun avvolgimento.
I risultati vengono quindi presentati come un rapporto di spire (ad esempio 2:1, 5:1, ecc.) calcolato dalla radice quadrata dei valori di induttanza.
La fase è anche: 'in fase' (polarità positiva) e 'antifase' (polarità negativa).
Consultare la pagina del Manuale utente AT5600
LVOC (circuito aperto a bassa tensione)
Questo test applica una tensione all'avvolgimento primario, legge la tensione indotta nell'avvolgimento secondario e presenta i risultati come tensione secondaria (ad esempio 2,545 V).
Si misura anche la fase: 'in fase' (polarità positiva) e 'antifase' (polarità negativa).
Consultare la pagina del Manuale utente AT5600
VOC (tensione a circuito aperto - solo AT5600 + AT3600)
Questo test utilizza lo stesso principio dell'LVOC, ma utilizzando un generatore ad alta potenza, in grado di alimentare un avvolgimento a tensioni fino a 270 V.
Il test è adatto per testare trasformatori di potenza a bassa frequenza.
Si misura anche la fase: 'in fase' (polarità positiva) e 'antifase' (polarità negativa).
Consultare la pagina del Manuale utente AT5600
VOCX (tensione a circuito aperto con sorgente esterna - solo AT5600 + AT3600)
Questo test viene utilizzato insieme al Voltech AC Interface Fixture.
Questo controllerà una sorgente CA esterna o un trasformatore elevatore per testare trasformatori di potenza e tensione più elevate fino a 600 V e 10 A.
Si misura anche la fase: 'in fase' (polarità positiva) e 'antifase' (polarità negativa).
Consultare la pagina del Manuale utente AT5600
5. Scelta del test del rapporto di sterzata corretto
Per determinare quale tipo di test del rapporto di trasformazione sia più appropriato per un particolare trasformatore, è necessario considerare una serie di fattori.
Nella tabella sottostante sono riportati i singoli test con una descrizione, le relative specifiche e un riepilogo dei vantaggi offerti da ciascun test.
Test | Descrizione / Specifiche | Uso o beneficio |
|---|---|---|
| TR | Rapporto tra volt di ingresso e di uscita Intervallo di misurazione: da 1:30 a 30:1 Intervallo di tensione: da 1 mV a 5 V Intervallo di frequenza: da 20 Hz a 3 MHz Precisione: 0,1% | Mostra il vero rapporto elettrico previsto durante il funzionamento quando si alimenta un avvolgimento primario. Il rapporto misurato con questo test include quindi le perdite normalmente riscontrate nel trasformatore, il che darà come risultato un rapporto maggiore di quello delle spire fisiche ma riflette il rapporto di tensione reale previsto dal progettista. |
| TRL | Rapporto di spire calcolato dall'induttanza Intervallo di misurazione: da 1:30 a 30:1 Intervallo di tensione: da 1 mV a 5 V Intervallo di frequenza: da 20 Hz a 3 MHz Precisione: 0,1% | Riduce l'effetto delle perdite del trasformatore sul rapporto di trasformazione misurato, fornendo un'approssimazione più precisa del rapporto di trasformazione fisico. Ciò è particolarmente utile quando sono di interesse le spire effettive, ma il trasformatore ha una grande percentuale di induttanza di dispersione che può avere un effetto significativo sul rapporto di tensione. |
| LVOC | Volt di uscita misurati con ingresso a bassa tensione Intervallo di misurazione: da 100 μV a 650 V (da 100 μV a 5 V ATi) Intervallo di tensione: da 1 mV a 5 V Intervallo di frequenza: da 20 Hz a 3 MHz Precisione: 0,1% | Simile a TR, ma presenta la tensione di uscita effettiva anziché il rapporto di tensione. Ciò semplifica l'immissione dei limiti di prova quando le specifiche del trasformatore sono state ricavate dalle misurazioni del voltmetro. |
| COV | Volt di uscita misurati con ingresso ad alta tensione esterno Intervallo di misura: da 100 μV a 650 V Intervallo di tensione: da 5 V a 600 V Intervallo di frequenza: da 20 Hz a 1 MHz Precisione: 0,1% | Offre la possibilità di testare trasformatori di potenza che superano la capacità di test VOC. Controllando una fonte di alimentazione esterna con il Voltech AC Interface Fixture, il test VOCX fornisce un test completamente automatico dei trasformatori ad alta potenza alla tensione di lavoro specificata. |
| VOCX | Volt di uscita misurati con ingresso ad alta tensione esterno Campo di misura: da 100μV a 650V | Offre la possibilità di testare trasformatori di potenza che superano la capacità di test VOC. Controllando una fonte di alimentazione esterna con il dispositivo di interfaccia CA Voltech, il test VOCX fornisce test completamente automatici di trasformatori ad alta potenza alla tensione di lavoro specificata |
6. Conclusione sui test del rapporto di sterzata
Sebbene il rapporto di trasformazione possa essere una funzione ben nota e fondamentale in un trasformatore, è evidente che per testare efficacemente questa funzione è necessario prendere in considerazione numerosi aspetti.
Grazie a una gamma flessibile di opzioni di test del rapporto di trasformazione, Voltech AT5600 offre a progettisti e produttori l'opportunità di selezionare i test più appropriati per qualsiasi progetto di trasformatore e quindi ottimizzare la qualità e l'efficienza del loro processo di test.
Per qualsiasi domanda sulle altre funzioni di test disponibili per i tester per trasformatori Voltech serie AT, non esitate a contattarci.