Propozycje testów dla transformatorów ferrytowych

1. Wprowadzenie do testowania transformatorów ferrytowych

Ponieważ produkty elektroniczne wykorzystują techniki wyższej częstotliwości w celu zmniejszenia rozmiaru i poprawy wydajności, w coraz większej części konstrukcji transformatorów stosuje się rdzenie ferrytowe.
Producenci transformatorów muszą zatem zaspokoić zapotrzebowanie na mniejsze transformatory przeznaczone do pracy przy wyższych częstotliwościach, co wprowadza dodatkowe wymagania zarówno w zakresie metod produkcji, jak i testowania.

Problemy te dotyczą szerokiego zakresu typowych zastosowań, w tym zasilaczy impulsowych, stateczników oświetleniowych, napędów inwerterowych, sprzętu audio i telekomunikacyjnego i wielu innych.
Dzisiejsza potrzeba sprawdzonej wydajności wszystkich komponentów produktu spowodowała, że każdy transformator powinien być testowany dokładniej niż tradycyjnie oczekiwano.
Na kolejnych stronach rozważymy zakres testów odpowiednich do dokładnego testowania konstrukcji transformatorów ferrytowych i zaczniemy od przeglądu komponentów występujących w zwykłym transformatorze.

RYSUNEK 1

Schemat prostego transformatora z dwoma uzwojeniami podłączonego do czteroprzewodowych węzłów Kelvina testera transformatora serii AT.

Ze schematu na rysunku 1 widać, że nawet najprostszy transformator zawiera dość złożoną kombinację elementów rezystancyjnych i reaktywnych.
Aby z całą pewnością ustalić, że transformator został wyprodukowany prawidłowo, konieczne jest wykonanie szeregu testów, które łącznie dają pewność, że użyte materiały i wykonany proces produkcyjny dają transformatory spełniające specyfikację projektową.

2. CTY: Ciągłość

Zapewnia prawidłowe osadzenie transformatora w uchwycie i dobrą integralność zakończeń uzwojeń.
Jednostka miary, Ohmy. Zakres od 10 KOhm do 10 MOhm
Wybierając najpierw ten test, operator może zostać ostrzeżony w przypadku słabej jakości połączeń przed wykonaniem głównych testów, oszczędzając czas i unikając błędnych raportów o błędach transformatora w statystykach partii.

3. R: Opór

Zapewnia, że grubość miedzi użytej w każdym uzwojeniu jest prawidłowa.
Jednostka miary, Ohmy. Zakres od 10 mOhm do 10 MOhm
Wszystkie uzwojenia są testowane indywidualnie, upewniając się, że nie ma uzwojeń o niewystarczającym przekroju miedzi, aby przenieść wymagany prąd.

4. LS: Indukcyjność szeregowa

Zapewnia, że użyto prawidłowego materiału rdzenia i że liczba zwojów jest prawidłowa.
Jednostka miary, Henry. Zakres 1 nH do 1 MH z poziomem sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz.
Różne materiały rdzenia wykazują różną przepuszczalność, a co za tym idzie inną wartość indukcyjności dla określonej liczby zwojów. Przy prawidłowej liczbie zwojów indukcyjność stanowi miarę zdolności materiałów rdzenia do utrzymania wymaganego strumienia magnetycznego bez nasycenia.

Rysunek 3 Przykładowy ekran wprowadzania testu indukcyjności przy użyciu programu Editor.

5. QL: Współczynnik jakości

Zapewnia prawidłowy materiał rdzenia i jego montaż
Jednostka miary, Q. Zakres 0,001 do 1000 przy poziomie sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz
Współczynnik jakości reprezentuje sprawność cewki indukcyjnej jako stosunek energii zmagazynowanej do energii zmarnowanej i jest wyprowadzany z równania L/(R SQRT(LC) ). Można zauważyć, że wyższe wartości Q uzyskuje się, gdy składowa indukcyjna jest duża w stosunku do składowych rezystancyjnych i pojemnościowych.

Rysunek 4 Przykładowy ekran wprowadzania testu dla Q Factor przy użyciu programu Editor.

6. ANGL: Kąt impedancji

Zapewnia, że materiał rdzenia, rezystancja drutu, liczba zwojów i pojemność między uzwojeniami spełniają specyfikacje projektowe.
Jednostka miary, stopnie. Zakres -360° do +360° przy poziomie sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz.
W przypadku transformatorów pracujących w szerokim zakresie częstotliwości, np. transformatorów audio, projektant lub dział produkcyjny może być zmuszony zmierzyć kąt fazowy pomiędzy impedancją rzeczywistą (rezystancyjną (R)) a impedancją urojoną (indukcyjną lub pojemnościową (jXs)). . Suma R i jXs jest powszechnie określana jako Z (całkowita impedancja).
Gdy częstotliwość przyłożona na cewce wzrasta, impedancja wzrasta, a kąt fazowy impedancji maleje aż do punktu rezonansu własnego, w tym momencie kąt fazowy impedancji wynosi zero (również najwyższa wartość impedancji).

Rysunek 5 Przykładowy ekran wprowadzania testu dla kąta fazowego przy użyciu programu Editor.

7. LL: Indukcyjność rozproszenia

Zapewnia prawidłowe ułożenie uzwojeń na szpulce i prawidłową wielkość szczeliny powietrznej zawartej w konstrukcji rdzenia.

Jednostka miary, Henry. Zakres 1 nH do 1 kH z poziomem sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz

Indukcyjność rozproszenia to składnik indukcyjny przypisywany strumieniowi magnetycznemu, który nie łączy uzwojenia pierwotnego z wtórnym. Projekty mogą wymagać określonej wartości indukcyjności rozproszenia dla prawidłowego działania obwodu, w którym transformator zostanie zamontowany, lub może być konieczne utrzymanie bardzo niskiej wartości. Pomiar indukcyjności rozproszenia wymaga zastosowania zwarcia do uzwojeń wtórnych, co często może powodować problemy w środowisku produkcyjnym. Testery serii AT eliminują te problemy dzięki unikalnej technice pomiarowej, która została szczegółowo opisana w osobnej nocie technicznej VPN: 104-105.

Rysunek 6 Przykładowy ekran wprowadzania testu indukcyjności rozproszenia przy użyciu programu Editor.

8. C: Pojemność między uzwojeniami

Zapewnia prawidłową grubość izolacji pomiędzy uzwojeniami.
Jednostka miary, farady. Zakres 100 fF do 1 mF przy poziomie sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz
Pojemność występuje w cewkach indukcyjnych i transformatorach ze względu na fizyczną bliskość sprzężenia elektrostatycznego pomiędzy drutem w uzwojeniu.
Pojemność występuje również pomiędzy oddzielnymi uzwojeniami od pierwotnego do wtórnego lub od wtórnego do wtórnego.

Rysunek 7 Przykładowy ekran wprowadzania testu pojemności przy użyciu programu Editor.

9. TR: Stosunek obrotów

Zapewnia zgodność liczby zwojów każdego uzwojenia i polaryzacji uzwojenia ze specyfikacją.
Jednostka miary, współczynnik dziesiętny. 1:100 k do 100 k:1 przy poziomie sygnału od 1 mV do 5 V przy 20 Hz do 3 MHz
Przekładnię zwojów mierzy się w celu ustalenia, czy liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest prawidłowa, a zatem wymagane napięcia wtórne są osiągane podczas użytkowania transformatora. Należy pamiętać, że różne straty transformatora pokazane na rysunku 1 spowodują stosunek napięcia, który nie odpowiada dokładnie stosunkowi fizycznych zwojów występujących na uzwojeniach. Testery serii AT posiadają możliwość obliczania zwojów na podstawie współczynnika indukcyjności (TRL), co eliminuje błędy wynikające ze strat w rdzeniu i indukcyjności rozproszenia.
To i inne kwestie dotyczące współczynnika skrętu opisano w osobnej nocie technicznej VPN: 104-113.

Rysunek 8 Przykładowy ekran wprowadzania testu współczynnika obrotów przy użyciu programu Editor.

10. SURG: Testowanie przepięć wysokiego napięcia

Zapewnia, że materiał izolacyjny wokół drutu miedzianego (zwykle lakier) nie został uszkodzony podczas produkcji, co stwarza ryzyko zwarcia między uzwojeniami.
Jednostka miary, mV Sekundy. Zakres 1 mVs do 1 kVs z poziomem sygnału impulsowego od 100V do 5kV.
Transformatory o dużej liczbie zwojów wykorzystujące cienki drut są podatne na uszkodzenie izolacji. Uszkodzenie materiału izolacyjnego podczas produkcji jest bardzo trudne do wykrycia, ponieważ może nie wystąpić całkowite zwarcie, a napięcie przyłożone podczas testowania zwojów nie będzie wystarczające do zniwelowania tego częściowego zwarcia. Transformator podczas pracy w gotowym produkcie jest jednak narażony na działanie znacznie wyższych napięć, które mogą spowodować wyładowanie łukowe w miejscu uszkodzenia lub efekt nagrzewania wynikający z normalnego użytkowania, który po krótkim czasie może spowodować zwarcie.

Podłączając naładowany kondensator w AT3600 do uzwojenia transformatora, uzwojenie jest poddawane działaniu napięcia impulsowego, a mierząc obszar pod zanikającymi oscylacjami, można ustalić, czy nastąpiło przebicie pomiędzy zwojami uzwojenia. Poniższy diagram ilustruje zanikające oscylacje uzwojenia transformatora bez uszkodzenia izolacji w porównaniu z tym samym uzwojeniem z uszkodzoną izolacją.

Rysunek 9 Przykłady przebiegów udarowych

Obliczając iloczyn woltosekundowy pod krzywą, AT3600 dostarcza wielkość liczbową, na podstawie której można określić dobre lub złe komponenty. Daje to korzyść w postaci wykrywania zwarć zwojów przy użyciu techniki napięcia impulsowego, unikając jednocześnie potencjalnych błędów nieodłącznie związanych z interpretacją przez użytkownika złożonych przebiegów.

Rysunek 10 Przykładowy ekran wprowadzania testu dla naprężenia udarowego przy użyciu programu Editor.

11. IR: Rezystancja izolacji

Zapewnia, że izolacja pomiędzy uzwojeniami spełnia wymagane wymagania
Jednostka miary, Ohmy. Zakres 1 MOhm do 100 GOhm przy poziomie sygnału od 100 V do 7 kV (AT5600 + AT3600) lub 500 V (ATi).~
Za pomocą generatora wysokiego napięcia prądu stałego i układu pomiaru prądu stałego obliczana jest wartość rezystancji.

Rysunek 11 Przykładowy ekran wprowadzania testu rezystancji izolacji przy użyciu programu Editor.

12. HPAC: Testy bezpieczeństwa wysokiego napięcia prądu przemiennego

Zapewnia prawidłowe umiejscowienie uzwojeń przy użyciu właściwych materiałów, aby zapewnić wymagany poziom izolacji bezpieczeństwa.
Jednostka miary, ampery. Zakres 10uA do 10 mA przy poziomie sygnału od 100 V AC do 5 kV AC.
Wszystkie transformatory zapewniające izolację od systemu zasilania prądem przemiennym muszą zostać przetestowane, aby potwierdzić ich zdolność do wytrzymywania napięć testowych bezpieczeństwa bez awarii. Aby spełnić przepisy dotyczące testowania, konieczne jest przedstawienie dowodu, że napięcie testowe utrzymuje się podczas okresu testowego, a AT3600/AT5600 osiąga to poprzez pomiar i kontrolę przyłożonego napięcia przez cały czas trwania testu.

Rysunek 12 Przykładowy ekran wprowadzania testu dla HPAC przy użyciu programu Editor.

13. Wnioski z testów ferrytu

Można zauważyć, że odpowiedni zakres testów zapewni całkowitą pewność, że wszystkie materiały i procesy produkcyjne w transformatorze są prawidłowe.
To z kolei gwarantuje, że każdy testowany transformator w pełni spełnia wymagane specyfikacje.
W przeszłości tak dokładne testowanie było zbyt kosztowne, zbyt trudne lub zbyt czasochłonne.
Jednakże testery serii AT zapewniają ekonomiczne, łatwe w obsłudze i szybkie rozwiązanie.
Kompletny test pokazany powyżej został wykonany przez tester AT z szybkością 1,2 sekundy, za jednym naciśnięciem przycisku.

14. Zobacz także: