Trasformatori di frequenza di rete/linea

1 Prova dei trasformatori di frequenza di linea

I trasformatori compaiono in quasi tutti i prodotti elettrici ed elettronici prodotti nel mondo, fornendo al mondo un enorme bisogno di trasformatori.
Il test dei trasformatori e dei componenti avvolti è essenziale prima dell'assemblaggio finale nel prodotto.
Questo filtra i guasti in anticipo, evita costose rilavorazioni, riduce i costi di produzione e migliora l'affidabilità complessiva.

Il test del trasformatore richiede quindi:
Metodi di produzione rapidi ed efficaci con controllo della qualità
Test al 100% che garantiscono zero scarti inviati al cliente

I trasformatori laminati vengono utilizzati principalmente come trasformatori step-up e step-down a frequenza di linea, a bassa frequenza e a bassa/alta tensione. Due bobine sono avvolte su un nucleo in modo tale da essere accoppiate magneticamente. Le due bobine sono conosciute come primaria e secondaria.
Il materiale del nucleo tende ad essere costruito da sottili fogli di materiale magnetico morbido (circa 0,35 mm di spessore), solitamente realizzati in acciaio al silicio al 4%, chiamati laminazioni, questi sono isolati l'uno dall'altro mediante vernice. Questi fogli sottili riducono le correnti parassite aumentando la resistenza al flusso di tali correnti che causano perdite.

Le correnti parassite sono uno dei due elementi principali associati alle perdite complessive del nucleo. La seconda, la perdita di isteresi, è l'energia consumata modificando lo stato magnetico del nucleo durante ogni ciclo e le correnti parassite sono correnti indotte nel nucleo da flussi variabili nel tempo.

Il nucleo viene parzialmente assemblato prima dell'inserimento degli avvolgimenti e una volta inseriti i restanti fogli laminati vengono poi interfogliati per evitare che tutti i giunti arrivino in un unico punto, i giunti vengono quindi sfalsati in modo simile alla posa dei mattoni.

I trasformatori laminati vengono utilizzati nella maggior parte delle applicazioni a bassa frequenza, solitamente tra 50 Hz e 400 Hz. Il primario tende ad avere un'induttanza elevata, ciò consente l'uso a bassa frequenza con perdite del nucleo minime. I trasformatori laminati forniscono quanto segue:

Aumento dell'alta tensione.
Step-down a bassa tensione.
Uscita ad alta corrente.
Isolamento.

Ai fini di questo documento ci concentreremo sui trasformatori laminati step-down. Progettando il numero di spire negli avvolgimenti primari e secondari, è possibile realizzare qualsiasi trasformatore step-up o step-down desiderato.

L'accoppiamento tra primario e secondario deve essere stretto in un trasformatore di potenza per ridurre la reattanza di dispersione, altrimenti la caduta di reattanza sarà considerevole e varierà con la tensione e la corrente secondaria. Pertanto i trasformatori laminati sono avvolti con avvolgimenti concentrici (il primario e il secondario sono avvolti con metà delle spire sul ramo centrale, uno sopra l'altro (per fornire un accoppiamento stretto) con l'intervento dell'isolamento.

I tester per trasformatori Voltech combinano praticamente tutti i test in un unico dispositivo, garantendo tempi di test rapidi evitando la riconfigurazione per ogni test.

2 Test critici sui trasformatori per trasformatori di frequenza di linea

Parametro di prova	Critico per	Elementi essenziali del tester
Corrente magnetizzante (MAGI)	Verificare che il trasformatore sia stato assemblato correttamente, con il numero appropriato di spire, il giusto grado di magnetico materiale per il nucleo e, se necessario, il traferro corretto.	Controllare le spire primarie e il materiale corretto del nucleo correttamente assemblato
Resistenza (R)	Verificare il cavo corretto e una buona terminazione di saldatura	DCR è la resistenza alla corrente continua (CC) offerta da un induttore a causa della resistenza dell'avvolgimento. Espresso in ohm o milli-ohm massimo.
Potenza (WATT)	Misurazione della perdita del nucleo per confermare che il trasformatore è stato assemblato correttamente	La potenza misurata è la potenza dissipata dalle correnti parassite e dagli effetti di isteresi nel nucleo ed è nota come perdita principale
Alto-pot (HPAC)	Garantisce che gli avvolgimenti siano posizionati correttamente con i materiali corretti per fornire il livello richiesto di isolamento di sicurezza.	Misura e controlla la tensione applicata per tutta la durata del test. L'AT3600 applica una tensione tra due gruppi di avvolgimenti (o nuclei) con gli avvolgimenti di ciascun gruppo cortocircuitati insieme.
SOVRACCARICO (SORGENTE)	Controllare le svolte in cortocircuito. Assicura che il materiale isolante attorno al filo di rame (solitamente lacca) non è stata danneggiata durante la produzione	Un impulso ad alta energia viene scaricato in un avvolgimento. Il trasformatore è caratterizzato dall'area sotto la forma d'onda, misurata in volt-secondo.
Resistenza di isolamento (IR)	Controllare l'integrità del isolamento tra separati avvolgimenti o tra un avvolgimento e un nucleo o schermo.	Il tester applica una tensione CC tra due gruppi di avvolgimenti con gli avvolgimenti di ciascun gruppo cortocircuitati insieme.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Estendi la portata del test con l'interfaccia AC

3 Nozioni di base sui trasformatori

Una tensione alternata Vin applicata al primario crea una corrente alternata Iin nell'avvolgimento primario.
La corrente produce un flusso magnetico alternato nel nucleo.
Il flusso magnetico alternato genera una tensione, Vout, nel secondario
Per le onde sinusoidali, la densità del flusso, B = Vin / ( 4,44 NA f) dove
N = Numero di giri
A è l'area della sezione trasversale del nucleo
f è la frequenza.

Poiché per un dato trasformatore, B, A e f sono costanti: -

Trasformatori
Aumenta o diminuisce la tensione CA
Aumenta o diminuisce la corrente CA

Poiché non vi è alcun collegamento elettrico tra gli avvolgimenti primario e secondario, forniscono isolamento da un circuito elettrico all'altro.
Sono queste proprietà uniche dei trasformatori che li rendono così ampiamente utilizzati in tutti i tipi di apparecchiature elettriche/elettroniche.

4 nuclei del trasformatore

Le perdite di potenza del nucleo comprendono,
a) le perdite di isteresi derivanti dalla magnetizzazione e smagnetizzazione del nucleo attraverso il circuito BH,
b) più eventuali ulteriori perdite per correnti parassite

Sezione trasversale di: ferrite, laminata, nucleo solido

In un nucleo solido, la corrente può circolare all'interno del materiale del nucleo generando perdite I ² R (resistive).
I nuclei di ferro sono solitamente laminati per limitare il percorso della corrente e ridurre questo effetto.
I nuclei di ferrite hanno una resistenza ancora più elevata e quindi perdite per correnti parassite molto basse.

5 Circuito equivalente del trasformatore

Un trasformatore ideale ha:
- Nessuna perdita.
- Perfetto accoppiamento tra gli avvolgimenti.
- Impedenza infinita del circuito aperto (corrente a vuoto = 0).
- Isolamento infinito tra gli avvolgimenti.

In realtà i trasformatori pratici presentano caratteristiche che differiscono da quelle di un trasformatore ideale.
Molte di queste caratteristiche possono essere rappresentate da un circuito equivalente del trasformatore.

Circuito equivalente del trasformatore reale

Nel circuito equivalente del trasformatore per il caso della "vita reale".
Ls e Rs vengono utilizzati per modellare l'effetto delle perdite del core.
R1, R2, R3 sono le resistenze degli avvolgimenti.
Ll è l'induttanza di dispersione.
C1, C2 e C3 sono le capacità tra gli avvolgimenti

7 Capacità essenziali

I tester Voltech AT hanno le funzionalità integrate descritte di seguito.

Per sfruttare questa capacità, i tester possono essere dotati di una serie di test diversi come induttanza, resistenza CA, rapporto spire, watt o hi-pot CA.
I test vengono venduti in pacchetti come Standard o Gold oppure possono essere acquistati singolarmente e adattati dall'utente tramite aggiornamento del firmware.

8 Capacità estesa

Alimentazione CA esterna (AT5600 + AT3600) - Fonte di alimentazione flessibile per trasformatori più grandi .
La sorgente CA interna programmabile degli AT può essere utilizzata per fornire fino a 270 V a 2 A RMS da 20 Hz a 1500 Hz.
Questo alimentatore viene utilizzato per misurare la corrente di magnetizzazione, i watt e le tensioni a circuito aperto sui trasformatori laminati in ferro.
I test vengono solitamente eseguiti con il trasformatore senza carico o a circuito aperto in modo tale da poter testare trasformatori con potenza nominale di 2 kVA o più.
Questa sorgente CA interna presenta numerosi vantaggi, forse il più importante è la capacità di aumentare la tensione e la corrente sotto il controllo del software in tempo reale per ridurre al minimo la corrente di spunto e il tempo di test.

L'interfaccia CA Voltech consente alle fonti CA esterne (inclusi semplici trasformatori step-up o step-down) di fornire alimentazione CA estesa senza soluzione di continuità all'interno dell'ambiente di test AT.

Con l'interfaccia CA, la capacità AT può essere estesa fino a 600 V a 10 A RMS

Le fonti CA esterne che possono essere integrate nell'ambiente di test dell'AT3600 includono:

Trasformatori step-up semplici (che forniscono fino a 600 V a 0,8 A)
Trasformatori step-down semplici (che forniscono fino a 10 A a 20 V)
Sorgenti CA esterne completamente programmabili (che forniscono fino a 600 V a 10 A).

Test per AT3600 + AT5600 con interfaccia CA

9 Polarizzazione CC esterna: condizioni di prova reali di saturazione per trasformatori di potenza e induttanze

Trasformatori di potenza e induttanze che trasportano un'elevata corrente continua sono comuni negli alimentatori e negli inverter. Testare queste parti alla corrente continua nominale fornisce la certezza assoluta che le parti sono state avvolte, assemblate e terminate correttamente.

L'alimentatore di corrente CC Voltech DC1000 da 25 A si integrerà perfettamente nell'ambiente di test AT3600 o ATi per fornire fino a 250 A (10 x DC1000 in parallelo) di corrente di polarizzazione CC regolare e programmabile con un effetto minimo sulla misurazione dell'induttanza CA.

Corrente continua programmabile da 25 A
250 A con 10 x DC1000
Funziona perfettamente con AT3600 o ATi
L'esclusivo design dell'induttore elettronico riduce al minimo l'effetto sulla misurazione dell'induttanza CA
Può essere utilizzato su quasi tutti i misuratori LCR. Alternativa per i tipi Agilent, Wayne Kerr e Chroma.

Test per DC1000 e AT3600/ AT5600 / ATi