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Einführung in das Testen von Ferrittransformatoren

Feb 26, 2021
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104-128
Name

Prüfung von Ferrittransformatoren

Beschreibung

Ein technischer Hinweis, der die Theorie der Ferrit-Transformatoren beschreibt.


ETD59 TRANSFORMER HANGTUNG


Einführung in das Testen von Ferrittransformatoren


Da elektronische Produkte Techniken mit höherer Frequenz verwenden, um die Größe zu verringern und die Effizienz zu verbessern, werden Ferritkerne in einem zunehmenden Anteil von Transformatorkonstruktionen verwendet.


Transformatorhersteller müssen daher den Bedarf an kleineren Transformatoren decken, die für den Betrieb bei höheren Frequenzen ausgelegt sind, was zusätzliche Anforderungen sowohl an die Herstellungs- als auch an die Testmethoden stellt.


Diese Probleme betreffen eine Vielzahl gängiger Anwendungen, darunter Schaltnetzteile, Vorschaltgeräte, Wechselrichterantriebe, Audio- und Telekommunikationsgeräte und vieles mehr.


Heutzutage hat das Bedürfnis von&nach der nachgewiesenen Leistung aller Komponenten innerhalb eines Produkts dazu geführt, dass jeder einzelne Transformator gründlicher getestet werden muss als traditionell erwartet.


Auf den folgenden Seiten werden wir die Testreihe betrachten, die für eine gründliche Prüfung der Ferrittransformatorkonstruktionen geeignet ist, und wir beginnen mit einer Überprüfung der in einem gemeinsamen Transformator vorhandenen Komponenten.



ABBILDUNG 1

Schema eines einfachen Transformators mit zwei Wicklungen, der an die vier Draht-Kelvin-Knoten eines Transformatorprüfgeräts der AT-Serie angeschlossen ist.

Aus dem Schema in Abbildung 1 ist ersichtlich, dass selbst der einfachste Transformator eine recht komplexe Kombination von resistiven und reaktiven Komponenten enthält.


Um sicher zu stellen, dass ein Transformator korrekt hergestellt wurde, müssen eine Reihe von Tests durchgeführt werden, die zusammen die Sicherheit bieten, dass die verwendeten Materialien und der ausgeführte Herstellungsprozess zu Transformatoren führen, die den Konstruktionsspezifikationen entsprechen.



CTY: Kontinuität


Stellt sicher, dass der Transformator richtig in seiner Halterung sitzt und dass alle Wicklungsabschlussintegrität gut ist.


Maßeinheit Ohm. Bereich von 10KOhm bis 10MOhm


Wenn Sie diesen Test zuerst auswählen, kann der Bediener vor der Durchführung der Haupttests benachrichtigt werden, wenn die Verbindungen schlecht sind. Dies spart Zeit und vermeidet falsche Transformatorfehlerberichte in der Chargenstatistik.




R: Widerstand


Stellt sicher, dass die für jede Wicklung verwendete Kupferstärke korrekt ist.


Maßeinheit Ohm. Bereich 10mOhms bis 10MOhms


Alle Wicklungen werden einzeln geprüft, um sicherzustellen, dass keine Wicklungen mit einer unzureichenden Kupferstärke vorhanden sind, um den erforderlichen Strom zu führen.


Abbildung 2 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für den Widerstand mit dem Editor-Programm.




LS: Serieninduktivität


Stellt sicher, dass das richtige Kernmaterial verwendet wurde und dass die Anzahl der Windungen korrekt ist.


Maßeinheit, Henries. Bereich 1nH bis 1MH mit Signalpegel von 1mV bis 5V bei 20Hz bis 3MHz


Unterschiedliche Kernmaterialien weisen für eine bestimmte Anzahl von Windungen eine unterschiedliche Permeabilität und daher einen unterschiedlichen Induktivitätswert auf. Bei der richtigen Anzahl von Windungen liefert die Induktivität ein Maß für die Fähigkeit des Kernmaterials, den erforderlichen Magnetfluss ohne Sättigung aufrechtzuerhalten.

Abbildung 3 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für die Induktivität mit dem Editor-Programm.




QL: Qualitätsfaktor


Stellt sicher, dass das Kernmaterial und seine Montage korrekt sind


Maßeinheit, Q. Bereich 0,001 bis 1000 mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz


Der Qualitätsfaktor repräsentiert den Wirkungsgrad eines Induktors als Verhältnis von gespeicherter Energie zu verschwendeter Energie und wird aus der Gleichung L / (RÖLC) abgeleitet. Es ist ersichtlich, dass höhere Q-Werte erhalten werden, wenn die induktive Komponente relativ zu den resistiven und kapazitiven Komponenten groß ist.


Abbildung 4 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für Q Factor mit dem Editor-Programm.






ANGL: Impedanzwinkel


Stellt sicher, dass das Kernmaterial, der Drahtwiderstand, die Anzahl der Windungen und die Kapazität zwischen den Wicklungen kombiniert werden, um die Designspezifikationen zu erfüllen.


Maßeinheit, Grad. Bereich -360 ° bis +360 ° mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz


Bei Transformatoren in Anwendungen, die über einen weiten Frequenzbereich arbeiten, z. B. Audiotransformatoren, muss der Konstrukteur oder die Produktionsabteilung möglicherweise den Phasenwinkel zwischen der realen Impedanz (resistiv (R)) und der imaginären Impedanz (induktiv oder kapazitiv (jXs)) messen. . Die Summe von R und jXs wird üblicherweise als Z (Gesamtimpedanz) bezeichnet. Wenn die an einem Induktor angelegte Frequenz erhöht wird, nimmt die Impedanz zu und der Impedanzphasenwinkel bis zum Punkt der Eigenresonanz ab. An diesem Punkt ist der Impedanzphasenwinkel Null (auch der höchste Impedanzwert).


Abbildung 5 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für den Phasenwinkel mit dem Editor-Programm.






LL: Streuinduktivität


Stellt sicher, dass die Wicklungen korrekt auf der Spule positioniert sind und dass jeder im Kerndesign enthaltene Luftspalt die richtige Größe hat.


Maßeinheit, Henries. Bereich 1nH bis 1kH mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz


Die Streuinduktivität ist die induktive Komponente, die auf den Magnetfluss zurückzuführen ist, der die Primär- mit den Sekundärwicklungen nicht verbindet. Konstruktionen erfordern möglicherweise einen bestimmten Wert der Streuinduktivität für den korrekten Betrieb des Stromkreises, in den der Transformator eingebaut wird, oder es kann erforderlich sein, den Wert sehr niedrig zu halten. Die Messung der Streuinduktivität erfordert das Anlegen eines Kurzschlusses an Sekundärwicklungen, was in einer Produktionsumgebung häufig zu Problemen führen kann. Die Tester der AT-Serie beseitigen diese Probleme mit einer einzigartigen Messtechnik, die in einem separaten technischen Hinweis VPN: 104-105 ausführlich beschrieben wird.


Abbildung 6 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für die Streuinduktivität mit dem Editor-Programm.



C: Kapazität zwischen den Wicklungen


Stellt sicher, dass die Isolationsdicke zwischen den Wicklungen korrekt ist.


Maßeinheit, Farad. Bereich 100fF bis 1mF mit Signalpegel von 1mV bis 5V bei 20Hz bis 3MHz


Die Kapazität tritt in Induktivitäten und Transformatoren aufgrund der physikalischen Nähe der elektrostatischen Kopplung zwischen Drähten innerhalb einer Wicklung auf. Die Kapazität besteht auch zwischen getrennten Wicklungen von Primär- zu Sekundär- oder Sekundär- zu Sekundärwicklungen.

Abbildung 7 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für die Kapazität mit dem Editor-Programm.





TR: Drehungsverhältnis


Stellt sicher, dass die Anzahl der Windungen an jeder Wicklung und die Wicklungspolarität den Spezifikationen entsprechen.


Maßeinheit, Dezimalverhältnis. 1: 100k bis 100k: 1 mit einem Signalpegel von 1 mV bis 5 V bei 20 Hz bis 3 MHz


Das Windungsverhältnis wird gemessen, um festzustellen, dass die Anzahl der Windungen an der Primär- und Sekundärwicklung korrekt ist und daher die erforderlichen Sekundärspannungen erreicht werden, wenn der Transformator verwendet wird. Es ist wichtig zu beachten, dass die verschiedenen Transformatorverluste in Abbildung 1 zu einem Spannungsverhältnis führen, das nicht genau dem Verhältnis der an den Wicklungen vorhandenen physikalischen Windungen entspricht. Die Tester der AT-Serie bieten die Möglichkeit, Windungen aus dem Induktivitätsverhältnis (TRL) zu berechnen, das Fehler überwindet, die auf Kernverlust und Streuinduktivität zurückzuführen sind. Diese und andere Überlegungen zum Drehverhältnis werden in einem separaten technischen Hinweis VPN: 104-113 beschrieben.


Abbildung 8 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für das Turns Ratio mit dem Editor-Programm.



SURG: Hochspannungs-Überspannungsprüfung


Stellt sicher, dass das Isolationsmaterial um den Kupferdraht (normalerweise Lack) während der Herstellung nicht beschädigt wurde, was die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Wicklungen birgt.


Maßeinheit, mV Sekunden. Bereich 1 mVs bis 1 kVs mit einem Impulssignalpegel von 100 V bis 5 kV.


Transformatoren mit einer hohen Anzahl von Windungen mit feinem Draht sind anfällig für Isolationsschäden. Eine Beschädigung des Isolationsmaterials während der Produktion ist sehr schwer zu erkennen, da möglicherweise kein vollständiger Kurzschluss vorliegt und die während der Windungsprüfung angelegte Spannung nicht ausreicht, um diesen Teilkurzschluss zu überbrücken. Während des Betriebs innerhalb des fertigen Produkts ist der Transformator jedoch viel höheren Spannungen ausgesetzt, die an der Stelle der Beschädigung einen Koronabogen verursachen können, oder der Erwärmungseffekt bei normalem Gebrauch kann nach kurzer Zeit einen Kurzschluss verursachen.


Durch Anschließen eines geladenen Kondensators innerhalb des AT3600 an eine Transformatorwicklung wird die Wicklung einer Impulsspannung ausgesetzt, und durch Messen der Fläche unter der abnehmenden Schwingung kann festgestellt werden, ob ein Durchschlag zwischen den Wicklungen der Wicklung aufgetreten ist. Das folgende Diagramm zeigt die abklingende Schwingung einer Transformatorwicklung ohne Isolationsschaden gegenüber derselben Wicklung mit beschädigter Isolation.


Abbildung 9 Beispiele für Stoßwellenformen


Durch die Berechnung des Volt-Sekunden-Produkts unter der Kurve liefert der AT3600 eine numerische Größe, anhand derer gute oder schlechte Komponenten ermittelt werden können. Dies bietet den Vorteil der Erkennung kurzgeschlossener Windungen unter Verwendung einer Impulsspannungstechnik, während die potenziellen Fehler vermieden werden, die der Benutzerinterpretation komplexer Wellenformen inhärent sind.


Abbildung 10 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für Überspannungen mit dem Editor-Programm.



IR-Isolationswiderstand


Stellt sicher, dass die Isolation zwischen den Wicklungen der erforderlichen Spezifikation entspricht


Maßeinheit Ohm. Bereich 1MOhm bis 100GOhm mit einem Signalpegel von 100V bis 7kV (AT3600) oder 500V (ATi).


Mit einem Gleichstrom-Hochspannungsgenerator und einem Gleichstrommesssystem wird der Widerstandswert berechnet.


Abbildung 11 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für den Isolationswiderstand mit dem Editor-Programm.



HPAC Hochspannungs-Wechselstrom-Sicherheitstest


Stellt sicher, dass die Wicklungen mit den richtigen Materialien korrekt positioniert sind, um das erforderliche Maß an Sicherheitsisolierung zu gewährleisten.


Maßeinheit, Ampere. Bereich 10uA bis 10mA mit einem Signalpegel von 100Vac bis 5kVac.


Alle Transformatoren, die eine Isolierung von einem Wechselstromsystem bieten, müssen getestet werden, um ihre Fähigkeit zu bestätigen, Sicherheitstestspannungen ohne Ausfall standzuhalten. Um die Prüfvorschriften zu erfüllen, muss nachgewiesen werden, dass die Prüfspannung während des Prüfzeitraums aufrechterhalten wird, und der AT3600 / AT5600 erreicht dies durch Messen und Steuern der angelegten Spannung während der gesamten Prüfdauer.


Abbildung 12 Beispiel für einen Testeingabebildschirm für HPAC mit dem Editor-Programm.



Schlussfolgerungen


Es ist ersichtlich, dass die entsprechenden Testreihen die vollständige Sicherheit bieten, dass alle Materialien und Produktionsprozesse innerhalb eines Transformators korrekt sind.


Dies garantiert wiederum, dass jeder getestete Transformator die erforderlichen Spezifikationen vollständig erfüllt.


Solche gründlichen Tests waren in der Vergangenheit zu kostspielig, zu schwierig oder zu zeitaufwändig.


Die Tester der AT-Serie bieten jedoch eine kostengünstige, benutzerfreundliche und schnelle Lösung.


Der oben gezeigte vollständige Test wurde vom AT-Tester mit einer Geschwindigkeit von 1,2 Sekunden mit einem einzigen Knopfdruck ausgeführt.