Transformatory częstotliwości sieciowej/liniowej

1 Testowanie transformatorów częstotliwości linii

Transformatory pojawiają się w prawie każdym produkcie elektrycznym i elektronicznym wytwarzanym na świecie, powodując ogromne zapotrzebowanie świata na transformatory.
Testowanie transformatorów i uzwojonych elementów jest niezbędne przed ostatecznym montażem w produkcie.
Pozwala to na wcześniejsze odfiltrowanie usterek, pozwala uniknąć kosztownych przeróbek, zmniejsza koszty produkcji i poprawia ogólną niezawodność.

Testowanie transformatora wymaga zatem:
Szybkie i skuteczne metody produkcji o kontrolowanej jakości
100% testów zapewniających brak odrzutów wysyłanych do klienta

Transformatory laminowane są najczęściej stosowane jako transformatory podwyższające i obniżające częstotliwość liniową, niskiej częstotliwości i niskiego/wysokiego napięcia. 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 powodujących straty.

Prądy wirowe są jednym z dwóch głównych elementów związanych z całkowitymi stratami w rdzeniu. Drugi, strata histerezy, to energia zużywana przez zmianę stanu magnetycznego rdzenia podczas każdego cyklu, a prądy wirowe to prądy indukowane w rdzeniu przez zmienne w czasie strumienie.

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.

Sprzężenie między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym w transformatorze mocy musi być szczelne, 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 uzwojone koncentrycznie (uzwojenie pierwotne i wtórny są nawinięte z połową zwojów na ramię rdzenia, jeden nad drugim (aby zapewnić ścisłe połączenie) z pośrednią izolacją.

Testery transformatorów Voltech łączą praktycznie wszystkie testy w jednym urządzeniu, co zapewnia szybki czas testu i pozwala uniknąć konieczności ponownej konfiguracji przy każdym teście.

2 Krytyczne testy transformatorów dla transformatorów częstotliwości liniowej

Parametr testowy	Krytyczny dla	Niezbędne elementy testera
Prąd magnesujący (MAGI)	Sprawdź, czy transformator został prawidłowo zmontowany, czy ma odpowiednią liczbę zwojów, czy ma odpowiedni stopień pola magnetycznego materiał rdzenia i, jeśli to konieczne, odpowiednią szczelinę powietrzną.	Sprawdź zwoje pierwotne i popraw materiał rdzenia, prawidłowo zmontowany
Opór (R)	Sprawdź, czy przewód jest prawidłowy i czy jest dobre zakończenie lutowane	DCR to rezystancja prądu stałego (DC) oferowana przez cewkę indukcyjną ze względu na rezystancję uzwojenia. Wyrażone maksymalnie w omach lub miliomach.
Moc (WATY)	Pomiar strat w rdzeniu w celu potwierdzenia, że transformator został prawidłowo zmontowany	Zmierzona moc to moc rozproszona przez prąd wirowy i efekty histerezy w rdzeniu i jest znany jako strata rdzenia
Hi-pot (HPAC)	Zapewnia prawidłowe umiejscowienie uzwojeń przy użyciu właściwych materiałów, aby zapewnić wymagany poziom izolacji bezpieczeństwa.	Mierzy i kontroluje przyłożone napięcie przez cały czas trwania testu. AT3600 przykłada napięcie pomiędzy dwiema grupami uzwojeń (lub rdzeniem), przy czym uzwojenia w każdej grupie są ze sobą zwarte.
WZROST (WZROST)	Sprawdź zwarte zakręty. Zapewnia, że materiał izolacyjny wokół drutu miedzianego (zwykle lakier) nie został uszkodzony podczas produkcji	Impuls o wysokiej energii jest wyładowywany do uzwojenia. Transformator charakteryzuje się obszarem pod przebiegiem, mierzonym w woltosekundach.
Rezystancja izolacji (IR)	Sprawdź integralność izolacja pomiędzy oddzielnymi uzwojeniami lub pomiędzy uzwojeniami i rdzeń lub ekran.	Tester przykłada napięcie stałe pomiędzy dwie grupy uzwojeń, przy czym uzwojenia w każdej grupie są ze sobą zwarte.
MAGX, VOCX, WATX, STRX	Rozszerz zakres testowy za pomocą interfejsu AC

3 Podstawy transformatorów

Napięcie przemienne Vin przyłożone do uzwojenia pierwotnego wytwarza prąd przemienny Iin w uzwojeniu pierwotnym.
Prąd wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu.
Zmienny strumień magnetyczny generuje napięcie Vout w uzwojeniu wtórnym
W przypadku fal sinusoidalnych gęstość strumienia B = Vin / ( 4,44 NA f) gdzie
N = liczba zwojów
A jest polem przekroju poprzecznego rdzenia
f to częstotliwość.

Ponieważ dla danego transformatora B, A i f są stałe: -

Transformatory
Zwiększ lub obniż napięcie prądu przemiennego
Zwiększ lub zmniejsz prąd przemienny

Ponieważ nie ma połączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, zapewniają one izolację od jednego obwodu elektrycznego do drugiego.
To właśnie te unikalne właściwości transformatorów sprawiają, że są one tak szeroko stosowane we wszelkiego rodzaju sprzęcie elektrycznym/elektronicznym.

4 rdzenie transformatorowe

Straty mocy rdzenia obejmują,
a) straty histerezy powstałe podczas magnesowania i rozmagnesowywania rdzenia w pętli BH,
b) plus wszelkie dodatkowe straty spowodowane prądami wirowymi

Przekrój poprzeczny: ferrytowy, laminowany, pełny rdzeń

W rdzeniu pełnym prąd może krążyć wewnątrz materiału rdzenia, generując straty I ² R (rezystancyjne).
Rdzenie żelazne są zwykle laminowane, aby ograniczyć ścieżkę prądu i zmniejszyć ten efekt.
Rdzenie ferrytowe mają jeszcze wyższą rezystancję, a co za tym idzie, bardzo niskie straty wiroprądowe.

5 Obwód zastępczy transformatora

Idealny transformator ma:
- Żadnych strat.
- Idealne sprzężenie pomiędzy uzwojeniami.
- Nieskończona impedancja obwodu otwartego (prąd bez obciążenia = 0).
- Nieskończona izolacja pomiędzy uzwojeniami.

W rzeczywistości praktyczne transformatory wykazują cechy różniące się od transformatora idealnego.
Wiele z tych cech można przedstawić za pomocą obwodu zastępczego transformatora.

Prawdziwy obwód równoważny transformatora

W obwodzie zastępczym transformatora dla przypadku „prawdziwego życia”.
Ls i Rs służą do modelowania wpływu strat w rdzeniu.
R1, R2, R3 to rezystancje uzwojeń.
Ll jest indukcyjnością rozproszenia.
C1, C2 i C3 to pojemności między uzwojeniami

7 Niezbędne możliwości

Testery Voltech AT mają wbudowaną funkcję opisaną poniżej.

Aby wykorzystać tę możliwość, testery można wyposażyć w szereg różnych testów, takich jak indukcyjność, rezystancja prądu przemiennego, współczynnik zwojów, waty lub wysoki poziom prądu przemiennego.
Testy są sprzedawane w pakietach takich jak Standard lub Gold lub mogą być kupowane pojedynczo i instalowane przez użytkownika poprzez aktualizację oprogramowania sprzętowego.

8 Rozszerzone możliwości

Zewnętrzne zasilanie prądem przemiennym (AT5600 + AT3600) — elastyczne źródło zasilania dla większych transformatorów .
Programowalne wewnętrzne źródło prądu przemiennego AT może być użyte do zapewnienia napięcia do 270 V przy 2 A RMS od 20 Hz do 1500 Hz.
Zasilacz ten służy do pomiaru prądu magnesowania, watów i napięć w obwodzie otwartym w transformatorach z laminatu żelaznego.
Testy są zwykle przeprowadzane przy transformatorze bez obciążenia lub z obwodem otwartym, tak że można testować transformatory o mocy 2 kVA lub większej.
To wewnętrzne źródło prądu przemiennego ma kilka zalet, z których być może najważniejszą jest możliwość zwiększania napięcia i prądu pod kontrolą oprogramowania w czasie rzeczywistym, aby zminimalizować prąd rozruchowy i czas testu.

Interfejs Voltech AC umożliwia zewnętrznym źródłom prądu przemiennego (w tym prostym transformatorom podwyższającym lub obniżającym napięcie) bezproblemowe dostarczanie rozszerzonego zasilania prądem przemiennym w środowisku testowym AT.

Dzięki interfejsowi AC możliwości AT można rozszerzyć do 600 V przy 10 A RMS

Zewnętrzne źródła prądu przemiennego, które można zintegrować ze środowiskiem testowym AT3600, obejmują:

Proste transformatory podwyższające (zapewniające napięcie do 600 V przy 0,8 A)
Proste transformatory obniżające napięcie (zapewniające do 10 A przy 20 V)
W pełni programowalne zewnętrzne źródła prądu przemiennego (zapewniające napięcie do 600 V przy 10 A).

Testy dla AT3600 + AT5600 z interfejsem AC

9 Zewnętrzne odchylenie prądu stałego – Warunki testowe rzeczywistego nasycenia transformatorów mocy i dławików

Transformatory mocy i dławiki przewodzące wysoki prąd stały są powszechnie stosowane w zasilaczach i falownikach. Testowanie tych części przy znamionowym prądzie stałym zapewnia całkowitą pewność, że części zostały prawidłowo nawinięte, zmontowane i zakończone.

Zasilacz prądu stałego Voltech DC1000 25A można bezproblemowo zintegrować ze środowiskiem testowym AT3600 lub ATi, zapewniając do 250 A (10 x DC1000 równolegle) płynnego, programowalnego prądu polaryzacji DC przy minimalnym wpływie na pomiar indukcyjności prądu przemiennego.

Programowalny prąd stały 25 A
250 amperów z 10 x DC1000
Współpracuje bezproblemowo z AT3600 lub ATi
Unikalna konstrukcja cewki elektronicznej minimalizuje wpływ na pomiar indukcyjności prądu przemiennego
Może być stosowany na prawie każdym liczniku LCR. Alternatywa dla typów Agilent, Wayne Kerr i Chroma.

Testy dla DC1000 i AT3600/AT5600/ATi