المحولات مباشرة من الشركة المصنعة

＜b＞المحولات＜/b＞ هي مكونات كهربائية تُستخدم لنقل الطاقة الكهربائية بين لفات مترابطة حثياً. يعمل ＜b＞المحول＜/b＞ بمجال مغناطيسي متغير زمنياً، ولذلك فإنه يحتاج إلى جهد تيار متردد أو جهد متقطع.＜br＞\n＜br＞\nاعتمادًا على تصميمه، يقوم المحول بتغيير مستوى الجهد، أو فصل الدوائر الكهربائية عازلًا، أو نقل الإشارات الكهربائية. يُستخدم مصطلحا ＜b＞«المحول»＜/b＞ ＜b＞و«محول الجهد»＜/b＞ بشكل مشابه في بعض الأحيان، لكنهما لا يصفان دائمًا نفس الوظيفة من الناحية التقنية. غالبًا ما تُستخدم المحولات لنقل الإشارات. أما محولات الجهد، فيمكن أن تشير أيضًا إلى الدوائر الإلكترونية التي لا تحتوي على محول مغناطيسي تقليدي.＜br＞

في الملف الأولي، تولد ＜b＞الجهد الأولي＜/b＞ المطبق تدفقًا مغناطيسيًّا متغيرًا في القلب. ويخترق هذا التدفق المغناطيسي الملف الثانوي ويحث فيه ＜b＞جهدًا ثانويًّا＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nتتناسب ＜b＞نسبة التحويل＜/b＞ المثالية مع نسبة عدد اللفات. فإذا كان عدد لفات الملف الثانوي أقل من عدد لفات الملف الأولي، ينخفض الجهد. أما إذا زاد عدد اللفات، فإن الجهد يرتفع. ويكون الطاقة القابلة للنقل محدودة بمقطع النواة، والتردد، ومقطع السلك، والتبريد، ودرجة الحرارة المسموح بها.＜br＞\n＜br＞\nفي التشغيل الفعلي، تحدث خسائر النحاس وخسائر النواة وتدفقات التشتت المغناطيسي. وهي تتسبب في انخفاض الجهد وارتفاع الحرارة. يتكون ＜b＞تيار الخمول＜/b＞ في الغالب من ＜b＞تيار المغنطة＜/b＞ والأجزاء اللازمة لتغطية خسائر النواة.＜br＞

يعتمد تصميم الجهاز على وظيفة الحماية، ومستوى الجهد، والطاقة، والتردد، وظروف التركيب.＜br＞\n＜ul＞＜li＞تعمل＜b＞المحولات الصغيرة＜/b＞ على تزويد الأجهزة الإلكترونية المدمجة وأنظمة التحكم واللوحات الإلكترونية بالطاقة. ＜/li＞＜li＞تعمل＜b＞المحولات الموفرة＜/b＞ على مواءمة الجهد باستخدام ملف مشترك. وهي لا توفر عزلًا كهربائيًا. ＜/li＞＜li＞تعمل＜b＞محولات الفصل＜/b＞ على فصل دائرتين كهربائيتين عن بعضهما، وتُستخدم لأغراض الحماية ومهام الاختبار وتوفير إمدادات طاقة خالية من التشويش. ＜/li＞＜li＞تولد＜b＞محولات الأمان＜/b＞ جهدًا صغيرًا للحماية للتطبيقات التي تتطلب متطلبات عالية لحماية الأشخاص. ＜/li＞＜li＞تتميز＜b＞المحولات ذات النواة الحلقية＜/b＞ بتصميم مدمج ＜b＞ومجال تسرب＜/b＞ خارجي منخفض، ولكنها قد تتسبب في تيارات تشغيل عالية. ＜/li＞＜li＞يتم تركيب＜b＞محولات الطباعة＜/b＞ ＜b＞ومحولات لوحات الدوائر المطبوعة＜/b＞ مباشرةً على لوحات الدوائر المطبوعة. ＜/li＞＜li＞تعمل＜b＞محولات الشبكة＜/b＞ عادةً بتردد الشبكة وتزود الأجهزة أو وحدات التحكم بالطاقة. ＜/li＞＜li＞تستخدم＜b＞المحولات المستوية＜/b＞ هياكل لف مسطحة وتناسب الوحدات الإلكترونية المدمجة ذات الأداء العالي. ＜/li＞＜li＞تنقل＜b＞محولات النبضات＜/b＞ نبضات كهربائية قصيرة أو إشارات تحكم مع الفصل الجلفاني. ＜/li＞＜li＞تعمل＜b＞محولات الترددات العالية＜/b＞ ＜b＞ومحولات مزودات الطاقة المبدلة＜/b＞ بترددات تبديل مرتفعة، وتحتاج إلى مواد فيريت مناسبة لهذا الغرض. ＜/li＞＜/ul＞يُستخدم مصطلح ＜b＞«محولات الطاقة＜/b＞ » في الغالب للإشارة إلى المحولات الكبيرة المستخدمة في نقل الطاقة. في المقابل، تركز المنتجات الموثقة على موقع ROTIMA على المحولات ومواد اللف الخاصة بالأجهزة والإلكترونيات والتطبيقات الصناعية.＜br＞

يتكون المحول أساسًا من قلب مغناطيسي، ولفات، وعزل، ووصلات، وربما غلاف أو مادة صب، حسب الحالة. وغالبًا ما تُستخدم صفائح معدنية مغناطيسية متعددة الطبقات في التصميمات التي تعمل بتردد الشبكة. أما في الترددات الأعلى، فيُستخدم عادةً ＜b＞قلب من الفريت＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nتتكون اللفات عادةً من أسلاك نحاسية معزولة. ويعتمد قطر السلك وبنية اللفات على التيار والتردد والتسخين ومساحة اللف المتاحة. عند الترددات العالية، يمكن أن تقلل الخيوط عالية التردد من الخسائر الناتجة عن إزاحة التيار.＜br＞\n＜br＞\nيجب أن يتوافق ＜b＞عزل＜/b＞ اللفات مع جهد التشغيل وجهد الاختبار وفئة درجة الحرارة. ويشمل ذلك الأسلاك المطلية بالورنيش، والأغشية العازلة، والأشرطة، وأجسام الملفات، ومواد الصب. تقدم شركة ROTIMA AG نظام عزل مدرج في قائمة UL برقم الملف UL E346192 وفئة F للمحاثات المصممة خصيصًا للعملاء. ＜br＞

Die Auslegung beginnt mit Primärspannung, Sekundärspannung, Frequenz, Ausgangsstrom, Nennleistung und Betriebsart. Aus Spannung, Frequenz, Kernquerschnitt und zulässiger Flussdichte wird die erforderliche Windungszahl abgeleitet. Der Drahtquerschnitt folgt aus Strombelastung, zulässiger Stromdichte und thermischer Grenze.

Anschließend werden Kupferverluste und Kernverluste berechnet. Beide bestimmen den Wirkungsgrad und den erwarteten Temperaturanstieg. Zusätzlich müssen Spannungsregelung, Leerlaufstrom, Einschaltstrom, Kurzschlussverhalten und Isolation geprüft werden.

Für eine kundenspezifische Auslegung betrachtet unser Engineering außerdem Bauraum, Befestigung, Anschlusslage, Kühlung, Lastprofil und EMV Anforderungen. ROTIMA AG setzt nach eigenen Angaben 2D und 3D FEM Verfahren ein, um elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften zu simulieren und vor der Serienfreigabe zu validieren.

Gebräuchliche Kernformen sind EI-Kern, UI-Kern, M-Kern, Toroidkern und planare Kerne. Die Kernform beeinflusst Wickelraum, Bauhöhe, Montage, Streufeld, Materialverbrauch und Fertigungsaufwand.

EI Kerne sind weit verbreitet und wirtschaftlich herstellbar. UI Kerne bieten konstruktive Freiheiten bei Wicklung und Montage. M Kerne ermöglichen kompakte Transformatoren und können als offene, vergossene oder streuarme Ausführung gefertigt werden. Ein Toroidkern bildet einen geschlossenen magnetischen Kreis und wird für Ringkerntransformatoren verwendet.

Planare Kerne werden mit flachen Wicklungen kombiniert. Sie eignen sich besonders für geringe Bauhöhen und höhere Frequenzen. Die Auswahl darf nicht nur anhand der Abmessungen erfolgen, da Kernmaterial, Luftspalt, Sättigungsgrenze und Verlustverhalten ebenfalls berücksichtigt werden müssen.

Transformatorgeräusche entstehen hauptsächlich durch periodische Formänderungen des magnetisierten Kernmaterials und durch mechanische Kräfte zwischen Wicklungen und Blechen. Bei Netzfrequenz tritt das hörbare Grundgeräusch häufig mit der doppelten Netzfrequenz auf.

Eine zu hohe Flussdichte, Gleichspannungsanteile im Netz, lockere Kernpakete oder mechanische Resonanzen können das Brummen verstärken. Auch Überlastung oder eine ungeeignete Befestigung übertragen Schwingungen auf das Gehäuse.

Eine fachgerechte Auslegung, ein stabil aufgebauter Kern, geeignete Befestigung und Vakuumimprägnierung können die mechanische Bewegung reduzieren. Vollständig geräuschlos sind magnetische Bauteile unter realen Betriebsbedingungen jedoch nicht grundsätzlich.

Die anzuwendende Norm hängt von Transformatorart, Spannung, Leistung, Einsatzgebiet und Absatzmarkt ab. Für Transformatoren kleiner und mittlerer Leistung ist die Normenreihe EN IEC 61558 häufig relevant. Sie enthält allgemeine Anforderungen und besondere Teile für unterschiedliche Schutzfunktionen und Anwendungen.

ROTIMA AG nennt für Entwicklung und Berechnung unter anderem EN 61558, UL 5085 und IEC 60076. Für Werkstoffe und Isolationssysteme werden außerdem UL 94, IEC 60216 und IEC 60085 angegeben.

IEC 60076 betrifft Leistungstransformatoren und deren Prüfung. UL 5085 behandelt Niederspannungstransformatoren für den nordamerikanischen Markt. Welche Norm verbindlich ist, muss im Projekt anhand des vorgesehenen Produkts und der späteren Zulassung festgelegt werden.

Der Wirkungsgrad von Trafos ist das Verhältnis der abgegebenen Wirkleistung zur aufgenommenen Wirkleistung. Er hängt stark von Leistung, Bauart, Frequenz, Kernmaterial und Belastung ab. Ein pauschaler Wert ist deshalb technisch nicht belastbar.

Bei geringer Belastung dominieren die weitgehend lastunabhängigen Kernverluste. Mit zunehmendem Strom steigen die Kupferverluste quadratisch an. Der höchste Wirkungsgrad liegt daher meist in einem bestimmten Bereich unterhalb oder nahe der Nennlast.

Für die Projektauslegung betrachtet ROTIMA AG nicht nur einen Spitzenwert. Unsere Ingenieure bewerten den realen Lastzyklus, die Leerlaufzeiten, die Umgebungstemperatur und die zulässige Erwärmung. So lässt sich vermeiden, dass ein überdimensionierter Transformator dauerhaft unnötige Leerlaufverluste verursacht oder ein zu kleiner Trafo thermisch überlastet wird.

Die IP Schutzart beschreibt den Schutz eines Gehäuses gegen Berührung, Fremdkörper und Wasser. Offene Transformatoren besitzen ohne zusätzliches Gehäuse keine mit einer gekapselten Baugruppe vergleichbare Schutzwirkung. Durch Gehäuse, Tränkung oder Verguss kann der Schutz erhöht werden.

ROTIMA AG nennt für kundenspezifische Wickelgüter Vakuumtränkung und vollvergossene Baugruppen bis zu erhöhten IP Anforderungen. Eine konkrete IP Schutzart darf erst nach konstruktiver Auslegung und entsprechender Validierung angegeben werden.

Temperaturklassen und Isolationsklassen legen fest, für welche thermische Beanspruchung ein Isolationssystem geeignet ist. Häufige Klassen sind A, E, B, F und H. Sie entsprechen unterschiedlichen zulässigen Grenztemperaturen. ROTIMA AG dokumentiert ein UL gelistetes Isolationssystem der Klasse F. Die tatsächlich zulässige Betriebstemperatur hängt zusätzlich von Umgebungstemperatur, Temperaturanstieg und vorgesehener Lebensdauer ab.

يعتمد فحص المحول على نوع التصميم والمعايير المعمول بها. وتشمل الاختبارات النموذجية نسبة التحويل، والجهد في حالة الخمول، ＜b＞والتيار في حالة الخمول＜/b＞، ومقاومة اللفات، ومقاومة العزل، ومقاومة الجهد، والسلامة الكهربائية.＜br＞＜br＞أما تحت الحمل، فيتم فحص الجهد الناتج، ودرجة الحرارة، والخسائر. وبحسب الاستخدام، تُضاف اختبارات قصر الدائرة، واختبار الجهد الصدمي، وقياس التفريغ الجزئي، أو قياسات المجال المغناطيسي المتسرب.＜br＞＜br＞قد تشمل عملية التحقق التي نجريها القيم القياسية الكهربائية، والاختبارات الحرارية، وبروتوكولات الاختبار الموثقة. كما تشير شركة ROTIMA AG إلى تحليلات الأشعة السينية لفحص وصلات اللحام المخفية، وبنية الطبقات، والعيوب المحتملة في عملية الصب. ويتم تحديد تسلسل الاختبار المحدد بناءً على مواصفات المنتج والمعايير المعمول بها.＜br＞