Testowanie transformatorów laminowanych

1, Wprowadzenie do testowania transformatorów laminowanych

Transformatory laminowane są najczęściej stosowane jako transformatory podwyższające i obniżające częstotliwość liniową, niską częstotliwość i niskie/wysokie napięcie.

Dwie cewki są nawinięte na rdzeń w taki sposób, że są sprzężone magnetycznie.
Dwie cewki są znane jako pierwotna i wtórna.
Materiał rdzenia zwykle składa się z cienkich arkuszy miękkiego materiału magnetycznego (o grubości ok. 0,35 mm), zwykle wykonanych z 4% stali krzemowej, zwanych laminatami, izolowanych od siebie lakierem.
Te cienkie arkusze zmniejszają prądy wirowe, zwiększając opór przepływu takich prądów.

Rdzeń jest częściowo składany przed włożeniem uzwojeń, a po włożeniu pozostałe arkusze laminatu są następnie przeplatane, aby uniknąć złączenia wszystkich połączeń w jednym miejscu, a następnie złącza są układane naprzemiennie, podobnie jak przy układaniu cegieł.
Transformatory laminowane są używane w większości zastosowań o niskiej częstotliwości, zwykle od 50 Hz do 400 Hz. Uzwojenie pierwotne ma zwykle wysoką indukcyjność, co umożliwia stosowanie niskich częstotliwości przy minimalnych stratach w rdzeniu.

Transformatory laminowane zapewniają: -

• Zwiększanie wysokiego napięcia.
• Obniżanie niskiego napięcia.
• Wysoki prąd wyjściowy.
• Izolacja.

Na potrzeby tego dokumentu skoncentrujemy się na transformatorach laminowanych obniżających napięcie.
Projektując liczbę zwojów w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym, można zrealizować dowolny pożądany transformator podwyższający lub obniżający napięcie.
Sprzężenie między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym musi być „szczelne” w transformatorze mocy, aby zmniejszyć reaktancję rozproszenia, w przeciwnym razie spadek reaktancji będzie znaczny i będzie się zmieniać w zależności od napięcia i prądu wtórnego.
Dlatego transformatory laminowane są nawinięte z uzwojeniami koncentrycznymi (uzwojenie pierwotne i wtórne nawinięte są z połową zwojów na ramię rdzenia, jedno nad drugim (aby zapewnić ścisłe połączenie) z pośrednią izolacją.

2, Odpowiednie testy dla laminatów TX

Testery serii AT mają możliwość wykonania następujących odpowiednich testów transformatorów laminowanych:

CTY: CTY to test ciągłości mający na celu sprawdzenie, czy transformator jest prawidłowo osadzony w swoim uchwycie i czy cała końcówka uzwojenia jest dobra. Minimalna rezystancja wynosi od 10 kOhm do 10 MOhm.

R: R to rezystancja prądu stałego oferowana przez cewkę indukcyjną ze względu na rezystancję uzwojenia. Im niższy opór, tym większy prąd wytrzyma cewka indukcyjna. Opór jest podawany w mOhm do MOhm

VOC: Napięcie w obwodzie otwartym. Ten test przykłada napięcie do uzwojenia pierwotnego i odczytuje napięcie indukowane w uzwojeniu wtórnym. Wyniki przedstawiono jako napięcie wtórne od 100 mV do 500 V przy napięciu testowym od 1 V do 270 V przy 20 Hz do 1,5 kHz. Fazę mierzy się również jako polaryzację, tj. dodatnią (w fazie), ujemną (przeciwfazą).

IR: Testy rezystancji izolacji mają na celu sprawdzenie słabego ekranowania i izolacji pomiędzy uzwojeniami. Mierzy się napięcie i prąd, a poprzez podzielenie napięcia przez prąd pomiary rezystancji izolacji są przedstawiane w MOhm do GOhm przy napięciu testowym od 100 V do 7 kV @ DC.

MAGI: Prąd magnesujący jest kombinacją prądu wymaganego do namagnesowania rdzenia i prądu wymaganego do pokrycia strat w rdzeniu. Wyniki przedstawiono jako prąd od 1 mA do 2 A (szczyt 3 A) przy napięciu testowym od 1 V do 270 V przy 20 Hz do 1,5 K Hz.

STRW: Bez obciążenia i przy otwartym obwodzie wtórnym transformator będzie nadal pobierał prąd. Prąd ten jest proporcjonalny do strat w rdzeniu (prądy wirowe i histereza). Prawo Faradaya sugeruje, że zapewnienie napięcia i częstotliwości zwiększa się proporcjonalnie, a straty w rdzeniu powinny pozostać takie same. Dlatego też wykrycie dramatycznego wzrostu mocy będzie oznaczać uszkodzenie uzwojenia. Wyniki przedstawiono w watach od 1 mW do 40 watów przy napięciu testowym od 1 V do 270 V przy 20 Hz do 1,5 kHz.

HPAC: Testy prądu przemiennego Hi-Pot to testy bezpieczeństwa izolacji, które sprawdzają izolację między uzwojeniami oraz między uzwojeniem a rdzeniem i uzwojeniem do ekranu. Przepływ prądu mierzony jest pomiędzy każdym punktem testowym i przedstawiany w mA do mA przy napięciu testowym od 100 V do 5,5 kV przy 50 Hz do 1 kHz.

Typowa sekwencja testu laminatu może wyglądać następująco:

• Ciągłość CTY.
• R Opór.
• Otwarty obwód napięcia VOC.
• MAGI Prąd magnesujący.
• STRW Stres w watach.
• Rezystancja izolacji IR.
• HPAC AC o wysokim potencjale. Test bezpieczeństwa.

3, Testowanie CTY i R (ciągłości i rezystancji).

Ciągłość jest prostym testem zapewniającym, że oprawa i transformator zostały prawidłowo włożone.

Podane parametry testowe mieszczą się w zakresie od 10 kOhm do 10 MOhm, 10 kOhm jest zwykle używane do pomiaru prędkości i pozwala przetestować każde uzwojenie i zakończenie pod kątem wartości mniejszej niż 10 kW.

Rezystancja to rezystancja prądu stałego (DC) oferowana przez cewkę indukcyjną ze względu na rezystancję użytego drutu magnetycznego. Opór to niepożądana cecha będąca produktem ubocznym użytego drutu lub materiału przewodzącego. Pomiary rezystancji są zwykle przeprowadzane we wszystkich uzwojeniach i są bezpośrednio powiązane z konstrukcją transformatora tak, aby przenosił określoną ilość prądu w tym uzwojeniu. Im niższy opór, tym wyższa obciążalność prądowa cewki.

RYSUNEK 1 (Typowy układ transformatora obniżającego napięcie z laminatu).

Rysunek 2 pokazuje parametry wymagane dla R w obwodzie pierwotnym.
Granice rezystancji zostały wybrane jako procent wartości nominalnej 100 omów +/- 5%.
Uzwojenie wtórne zostanie również sprawdzone pod kątem rezystancji.

RYSUNEK 2.

4, testowanie LZO (napięcie obwodu otwartego).

Testowanie napięcia otwartego obwodu jest wysokonapięciową wersją testu współczynnika zwojów. Zamiast zwracać wynik stosunku, tj. 2:1, 1:2 itd., zwracany jest wynik napięcia, który jest proporcjonalny do liczby zwojów uzwojenia pierwotnego w stosunku do liczby zwojów uzwojenia wtórnego.
Dostarczone parametry testowe mieszczą się w zakresie od 1 V do 270 V z zakresem pomiarowym od 100 mV do 500 V. Faza jest również uwzględniana i może być wybrana jako dodatnia (w fazie) lub ujemna (przeciwfaza).

Rysunek 3 pokazuje parametry wymagane dla LZO na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym przykładowego transformatora.
Poziomy napięcia i częstotliwości zostały wybrane jako częstotliwość sieci amerykańskiej 110 V @ 60 Hz z wybranymi granicami napięcia na minimum 52 V i maksimum 60 V. Faza została ustawiona na +ve.

RYSUNEK 3.

5, Testowanie STRW (Watów naprężenia).

Podstawową rolą pomiaru mocy naprężeniowej jest wskazanie uszkodzenia izolacji międzyzwojowej uzwojenia.
Ten test można zastosować w przypadku uzwojeń z bardzo cienkim drutem. Bez obciążenia i przy otwartym obwodzie wtórnym transformator będzie nadal pobierał prąd. Prąd ten jest proporcjonalny do strat w rdzeniu (prądy wirowe i histereza). Histereza to energia zużywana w wyniku zmiany stanu magnetycznego rdzenia podczas każdego cyklu, a prądy wirowe to prądy indukowane w rdzeniu przez zmienne w czasie strumienie.
Prawo Faradaya sugeruje, że pod warunkiem proporcjonalnego wzrostu napięcia i częstotliwości, wówczas straty w rdzeniu powinny pozostać takie same. Dlatego też, jeśli zmierzono dramatyczny wzrost mocy, oznaczałoby to, że wystąpiło uszkodzenie uzwojenia.

Testowanie mocy w watach wymaga przetestowania transformatora częstotliwości sieciowej o napięciu 110 V przy 60 Hz przy napięciu 220 V przy 120 Hz. Straty w rdzeniu nie powinny znacznie zmieniać się od 110 V przy 60 Hz do 220 V przy 120 Hz, co umożliwi dwukrotnie większe testowanie napięcia na uzwojeniach.

Rysunek 4 pokazuje parametry wymagane dla STRW na uzwojeniu wtórnym przykładowego transformatora. Poziomy napięcia i częstotliwości zostały wybrane jako dwukrotność indukowanego napięcia i częstotliwości, przy maksymalnej mocy ustawionej na 2 waty przy okresie przebywania wynoszącym 1 sekundę.

RYSUNEK 4.

6, testowanie MAGI (prądu magnesującego).

Test prądu magnesującego jest zwykle przeprowadzany w przypadku transformatorów wykorzystujących rdzenie laminowane, które są zaprojektowane do pracy w pełnym zakresie krzywej BH.
Krzywa BH przedstawia charakterystykę materiału magnetycznego pod względem siły magnesowania (H) i wynikającej z niej gęstości strumienia (B).
Prąd magnesujący to prąd potrzebny do ustalenia strumienia rdzenia, co daje kombinację prądu wymaganego do namagnesowania rdzenia i prądu wymaganego do pokrycia strat w rdzeniu, na które składają się histereza i prądy wirowe.
Histereza to energia zużywana w wyniku zmiany stanu magnetycznego rdzenia podczas każdego cyklu, a prądy wirowe to prądy indukowane w rdzeniu przez zmienne w czasie strumienie.

RYSUNEK 5: Obwód zastępczy prądu magnesującego.

• Lm = indukcyjność magnesowania.
• Im = prąd magnesowania.
• Tj. = prąd wzbudzenia.
• Ic = składnik strat w rdzeniu prądu wzbudzenia.
• Rc = odporność na straty w rdzeniu.

Rysunek 6 pokazuje parametry wymagane dla MAGI na uzwojeniu pierwotnym przykładowego transformatora.
Poziomy napięcia i częstotliwości zostały wybrane dla napięcia i częstotliwości sieciowej w USA (RMS) 110 V przy 60 Hz przy maksymalnym poborze prądu ustawionym na 50 mA.

RYSUNEK 6.

7, Testowanie IR (rezystancji izolacji).

Badanie rezystancji izolacji polega na sprawdzeniu izolacji uzwojenia i izolacji uzwojenia do rdzenia.
Jakość izolacji można sprawdzić, przykładając napięcie prądu stałego do izolacji i mierząc jej rezystancję.

RYSUNEK 7 (obwód testowy rezystancji izolacji).

8, Testowanie HPAC (bezpieczeństwo wysokiego napięcia).

Hi-pot lub flash to test izolacji bezpieczeństwa, stosowany w transformatorach izolacyjnych, aby zapewnić, że izolacja między uzwojeniami nie ulegnie uszkodzeniu.
Gwarantuje to integralność izolacji krytycznej dla bezpieczeństwa zgodnie z międzynarodowymi standardami.
Tam, gdzie transformatory zapewniają izolację pomiędzy niebezpiecznym napięciem sieciowym a bezpiecznym niskim napięciem, HPAC jest testem krytycznym.
Pomiędzy uzwojeniami oraz pomiędzy uzwojeniami a materiałem rdzenia przeprowadza się wiele testów.

RYSUNEK 8 (Obwód testowy prądu przemiennego typu Hi-Pot).

9, Kompletne rozwiązanie do testowania laminatu

Poniższa specyfikacja transformatora częstotliwości linii próbnej zostanie wykorzystana jako model wyjaśniający jedną z metod kompletnego rozwiązania testowego

• Ciągłość, maksymalna rezystancja ciągłości 10 kOhm.
• Rezystancja uzwojenia prądu stałego. pierwotna wartość nominalna 100 omów +/- 5%.
• Wtórna wartość nominalna 50 W +/- 5%.
• Prąd magnesowania 110 V @ 60 Hz, maksymalny prąd 50 mA.
• Napięcie obwodu otwartego 110 V przy 60 Hz napięcie minimalne 52 V, napięcie maksymalne 60 V.
• Moc naprężeniowa, napięcie pierwotne 220 @ 120 Hz maksymalnie 2 waty.
• Rezystancja izolacji przy 500 V DC, od pierwotnego do wtórnego 1 minimalna rezystancja 10 MOhm.
• Hi-pot od pierwotnego do wtórnego 5 KV AC / 1 mA / 2 sekundy.
• Hi-pot pierwotny do rdzenia 5 kV AC / 1 mA / 2 sekundy.

10. Zobacz także: