Transformatorer direkte fra producenten

＜b＞Transformatorer＜/b＞ er elektriske komponenter, der bruges til at overføre elektrisk energi mellem induktivt koblede viklinger. En ＜b＞transformator＜/b＞ fungerer ved hjælp af et tidsafhængigt magnetfelt og kræver derfor vekselstrøm eller en koblet spænding.＜br＞\n＜br＞\nAfhængigt af konstruktionen ændrer en transformer spændingsniveauet, adskiller strømkredse galvanisk eller overfører elektriske signaler. Betegnelserne ＜b＞»transformator«＜/b＞ og ＜b＞»spændingsomformer«＜/b＞ bruges til tider på samme måde, men beskriver teknisk set ikke altid den samme funktion. Transformatorer bruges ofte til signaloverførsel. Spændingsomformere kan også betegne elektroniske kredsløb uden en klassisk magnetisk transformator.＜br＞

I primærviklingen frembringer den tilførte ＜b＞primærspænding＜/b＞ en vekslende magnetisk flux i kernen. Denne magnetiske flux gennemtrænger sekundærviklingen og inducerer der en ＜b＞sekundærspænding＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nDet ideelle ＜b＞overføringsforhold＜/b＞ følger forholdet mellem antallet af viklinger. Hvis sekundærviklingen har færre viklinger end primærviklingen, falder spændingen. Ved flere viklinger stiger den. Den overførbare effekt begrænses af kernens tværsnit, frekvens, trådens tværsnit, køling og tilladt opvarmning.＜br＞\n＜br＞\nI praksis opstår der kobber- og kernetab samt magnetiske spredningsstrømme. Disse forårsager spændingsfald og varmeudvikling. ＜b＞Tomgangsstrømmen＜/b＞ består hovedsageligt af ＜b＞magnetiseringsstrømmen＜/b＞ og de andele, der dækker kernetabene.＜br＞

Konstruktionsformen afhænger af beskyttelsesfunktionen, spændingsniveauet, effekten, frekvensen og monteringsforholdene.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Små transformatorer＜/b＞ forsyner kompakte elektroniske apparater, styringer og printkort. ＜/li＞＜li＞＜b＞Spartransformatorer＜/b＞ tilpasser spændinger ved hjælp af en fælles vikling. De tilbyder ingen galvanisk adskillelse. ＜/li＞＜li＞＜b＞Adskillelsestransformatorer＜/b＞ adskiller to strømkredse elektrisk og anvendes til beskyttelse, testopgaver og forstyrrelsesfattige strømforsyninger. ＜/li＞＜li＞＜b＞Sikkerhedstransformatorer＜/b＞ genererer beskyttende lavspænding til anvendelser med skærpede krav til personsikkerhed. ＜/li＞＜li＞＜b＞Ringkernetransformatorer＜/b＞ har en kompakt konstruktion og et lavt ydre ＜b＞spredningsfelt＜/b＞, men kan forårsage høje indkoblingsstrømme. ＜/li＞＜li＞＜b＞Printtransformatorer＜/b＞ og ＜b＞printkorttransformatorer＜/b＞ monteres direkte på printkort. ＜/li＞＜li＞＜b＞Nettransformatorer＜/b＞ arbejder typisk med netfrekvensen og forsyner apparater eller styringer. ＜/li＞＜li＞＜b＞Planartransformatorer＜/b＞ anvender flade viklingsstrukturer og er velegnede til kompakte effektelektroniske moduler. ＜/li＞＜li＞＜b＞Impulstransformatorer＜/b＞ overfører korte elektriske impulser eller styresignaler ved galvanisk adskillelse. ＜/li＞＜li＞＜b＞Højfrekvenstransformatorer＜/b＞ og ＜b＞transformatorer til switch-mode-strømforsyninger＜/b＞ arbejder med forhøjede koblingsfrekvenser og kræver derfor egnede ferritmaterialer. ＜/li＞＜/ul＞Udtrykket ＜b＞»effekttransformatorer«＜/b＞ bruges oftest om større transformatorer til energioverførsel. Det sortiment, der er dokumenteret på ROTIMA-siden, fokuserer derimod på transformatorer og viklingsmaterialer til apparater, elektronik og industrielle anvendelser.＜br＞

En transformator består hovedsageligt af en magnetkerne, viklinger, isolering, tilslutninger og eventuelt et hus eller en indstøbning. Til udførelser med netfrekvens anvendes der ofte lagdelt elektrisk plade. Ved højere frekvenser anvendes der som regel en ＜b＞ferritkerne＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nViklingerne består normalt af isoleret kobbertråd. Tråddiameteren og viklingsopbygningen afhænger af strøm, frekvens, opvarmning og den tilgængelige viklingsplads. Ved høje frekvenser kan højfrekvensflettråd reducere de tab, der skyldes strømforskydning.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Viklingsisoleringen＜/b＞ skal være i overensstemmelse med driftsspændingen, prøvespændingen og temperaturklassen. Dette omfatter laktråde, isoleringsfolier, bånd, spolekerner og støbematerialer. ROTIMA AG angiver for kundespecifikke induktiviteter et UL-listet isoleringssystem med UL-fil E346192 og klasse 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.

Prøvningen af en transformer afhænger af konstruktionstype og standard. Typiske prøvninger omfatter overføringsforhold, tomgangsspænding, ＜b＞tomgangsstrøm＜/b＞, viklingsmodstand, isolationsmodstand, spændingsfasthed og elektrisk sikkerhed.＜br＞＜br＞Under belastning kontrolleres udgangsspænding, opvarmning og tab. Afhængigt af anvendelsen kan der desuden foretages kortslutningsprøvning, stødspændingsprøvning, måling af deludladninger eller målinger af det magnetiske spredningsfelt.＜br＞＜br＞Vores validering kan omfatte elektriske måleværdier, termiske prøvninger og dokumenterede prøvningsprotokoller. ROTIMA AG nævner desuden røntgenanalyser til kontrol af skjulte loddeforbindelser, lagopbygning og eventuelle støbefejl. Den konkrete testsekvens fastlægges på baggrund af produktspecifikationen og den gældende standard.＜br＞