Transformátory přímo od výrobce

＜b＞Transformátory＜/b＞ jsou elektrické součástky sloužící k přenosu elektrické energie mezi indukčně vázanými vinutími. ＜b＞Transformátor＜/b＞ pracuje s časově proměnným magnetickým polem, a proto vyžaduje střídavé napětí nebo spínané napětí.＜br＞\n＜br＞\nV závislosti na konstrukci transformátor mění úroveň napětí, galvanicky odděluje elektrické obvody nebo přenáší elektrické signály. Označení ＜b＞„převodník“＜/b＞ a ＜b＞„měnič napětí“＜/b＞ se někdy používají podobně, z technického hlediska však ne vždy popisují stejnou funkci. Převodníky často slouží k přenosu signálu. Pojem „měnič napětí“ může také označovat elektronické obvody bez klasického magnetického transformátoru.＜br＞

V primárním vinutí vytváří přivedené ＜b＞primární napětí＜/b＞ v jádru proměnný magnetický tok. Tento magnetický tok prochází sekundárním vinutím a indukuje v něm ＜b＞sekundární napětí＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nIdeální ＜b＞převodový poměr＜/b＞ odpovídá poměru počtu závitů. Má-li sekundární vinutí méně závitů než primární vinutí, napětí klesá. Při větším počtu závitů napětí stoupá. Přenosný výkon je omezen průřezem jádra, frekvencí, průřezem drátu, chlazením a přípustným zahříváním.＜br＞\n＜br＞\nV reálném provozu dochází ke ztrátám v mědi, ztrátám v jádru a magnetickým rozptylovým tokům. Ty způsobují pokles napětí a vznik tepla. ＜b＞Proud v nezatíženém stavu＜/b＞ se skládá převážně z ＜b＞magnetizačního proudu＜/b＞ a složek pokrývajících ztráty v jádru.＜br＞

Konstrukční provedení se odvíjí od ochranné funkce, úrovně napětí, výkonu, frekvence a způsobu montáže.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Malé transformátory＜/b＞ napájejí kompaktní elektronická zařízení, řídicí jednotky a desky plošných spojů. ＜/li＞＜li＞＜b＞Úsporné transformátory＜/b＞ přizpůsobují napětí pomocí společného vinutí. Nezajišťují galvanické oddělení. ＜/li＞＜li＞＜b＞Oddělovací transformátory＜/b＞ elektricky oddělují dva obvody a používají se pro ochranu, zkušební účely a napájení s nízkým rušením. ＜/li＞＜li＞＜b＞Bezpečnostní transformátory＜/b＞ generují ochranné nízkonapětí pro aplikace se zvýšenými požadavky na ochranu osob. ＜/li＞＜li＞＜b＞Prstencové transformátory＜/b＞ mají kompaktní konstrukci a vyznačují se nízkým vnějším ＜b＞rozptylovým polem＜/b＞, mohou však způsobovat vysoké zapínací proudy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Deskové transformátory＜/b＞ a ＜b＞transformátory pro desky s plošnými spoji＜/b＞ se montují přímo na desky s plošnými spoji. ＜/li＞＜li＞＜b＞Síťové transformátory＜/b＞ obvykle pracují při síťové frekvenci a napájejí zařízení nebo řídicí systémy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Planární transformátory＜/b＞ využívají ploché struktury vinutí a jsou vhodné pro kompaktní výkonové elektronické sestavy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Impulzní transformátory＜/b＞ přenášejí krátké elektrické impulsy nebo řídicí signály při galvanickém oddělení. ＜/li＞＜li＞＜b＞Vysokofrekvenční transformátory＜/b＞ a ＜b＞transformátory pro spínané napájecí zdroje＜/b＞ pracují se zvýšenými spínacími frekvencemi a vyžadují proto vhodné feritové materiály. ＜/li＞＜/ul＞Pojem ＜b＞výkonové transformátory＜/b＞ se většinou používá pro větší transformátory určené k přenosu energie. Nabídka dokumentovaná na stránkách společnosti ROTIMA se naopak soustředí na transformátory a vinuté součástky pro zařízení, elektroniku a průmyslové aplikace.＜br＞

Transformátor se v zásadě skládá z magnetického jádra, vinutí, izolace, přípojek a případně krytu nebo zalévky. U provedení pracujících na síťovou frekvenci se často používá vrstvený elektrotechnický plech. Při vyšších frekvencích se většinou používá ＜b＞feritové jádro＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nVinutí se obvykle skládá z izolovaného měděného drátu. Průměr drátu a konstrukce vinutí se odvíjejí od proudu, frekvence, zahřívání a dostupného prostoru pro vinutí. Při vysokých frekvencích může vysokofrekvenční pramenový vodič snížit ztráty způsobené vytlačováním proudu.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Izolace vinutí＜/b＞ musí odpovídat provoznímu napětí, zkušebnímu napětí a teplotní třídě. Patří sem lakované dráty, izolační fólie, pásky, tělesa cívek a zalévací materiály. Společnost ROTIMA AG uvádí pro indukčnosti na míru zákazníkovi izolační systém zapsaný v seznamu UL s číslem UL File E346192 a třídou F. ＜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.

Zkouška transformátoru se řídí konstrukčním typem a normou. Mezi typické zkoušky patří měření převodového poměru, napětí v nezatíženém stavu, ＜b＞proudu v nezatíženém stavu＜/b＞, odporu vinutí, izolačního odporu, dielektrické pevnosti a elektrické bezpečnosti.＜br＞＜br＞Při zatížení se zkouší výstupní napětí, zahřívání a ztráty. V závislosti na použití se k tomu přidávají zkoušky zkratu, zkoušky rázovým napětím, měření částečných výbojů nebo měření magnetického rozptylového pole.＜br＞＜br＞Naše validace může zahrnovat elektrické naměřené hodnoty, tepelné zkoušky a zdokumentované zkušební protokoly. Společnost ROTIMA AG uvádí také rentgenové analýzy pro kontrolu skrytých pájených spojů, vrstevnaté struktury a možných vad zalévání. Konkrétní postup zkoušek se stanoví na základě specifikace výrobku a platné normy.＜br＞