Μετασχηματιστές απευθείας από τον κατασκευαστή

＜b＞Οι μετασχηματιστές＜/b＞ είναι ηλεκτρικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ πηνίων που συνδέονται επαγωγικά. Ένας ＜b＞μετασχηματιστής＜/b＞ λειτουργεί με ένα μαγνητικό πεδίο που μεταβάλλεται χρονικά και, ως εκ τούτου, απαιτεί εναλλασσόμενη τάση ή τάση που διακόπτεται.＜br＞\n＜br＞\nΑνάλογα με τη δομή του, ένας μετασχηματιστής μεταβάλλει το επίπεδο τάσης, απομονώνει γαλβανικά τα κυκλώματα ή μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα. Οι όροι ＜b＞«μεταδότης»＜/b＞ και ＜b＞«μετατροπέας τάσης»＜/b＞ χρησιμοποιούνται εν μέρει με παρόμοιο τρόπο, ωστόσο από τεχνική άποψη δεν περιγράφουν πάντα την ίδια λειτουργία. Οι μεταδότες χρησιμεύουν συχνά στη μετάδοση σημάτων. Οι μετατροπείς τάσης μπορούν επίσης να αναφέρονται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα χωρίς τον κλασικό μαγνητικό μετασχηματιστή.＜br＞

Στο πρωτεύον πηνίο, η εφαρμοζόμενη ＜b＞πρωτεύουσα τάση＜/b＞ δημιουργεί μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στον πυρήνα. Αυτή η μαγνητική ροή διαπερνά το δευτερεύον πηνίο και προκαλεί εκεί μια ＜b＞δευτερεύουσα τάση＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nΗ ιδανική ＜b＞αναλογία μετασχηματισμού＜/b＞ ακολουθεί την αναλογία του αριθμού των σπειρών. Εάν το δευτερεύον πηνίο έχει λιγότερες σπείρες από το πρωτεύον πηνίο, η τάση μειώνεται. Αν έχει περισσότερες σπείρες, αυξάνεται. Η μεταφερόμενη ισχύς περιορίζεται από τη διατομή του πυρήνα, τη συχνότητα, τη διατομή του σύρματος, την ψύξη και την επιτρεπόμενη αύξηση θερμοκρασίας.＜br＞\n＜br＞\nΣτην πραγματική λειτουργία εμφανίζονται απώλειες χαλκού, απώλειες πυρήνα και μαγνητικές διαρροές. Προκαλούν πτώση τάσης και θερμότητα. Το ＜b＞ρεύμα αδράνειας＜/b＞ αποτελείται κυρίως από το ＜b＞ρεύμα μαγνήτισης＜/b＞ και τα τμήματα που καλύπτουν τις απώλειες πυρήνα.＜br＞

Ο τύπος κατασκευής εξαρτάται από τη λειτουργία προστασίας, το επίπεδο τάσης, την ισχύ, τη συχνότητα και τις συνθήκες εγκατάστασης.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Οι μικρομετασχηματιστές＜/b＞ τροφοδοτούν συμπαγείς ηλεκτρονικές συσκευές, συστήματα ελέγχου και πλακέτες κυκλωμάτων. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές εξοικονόμησης＜/b＞ προσαρμόζουν τις τάσεις μέσω ενός κοινού πηνίου. Δεν παρέχουν γαλβανική απομόνωση. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές απομόνωσης＜/b＞ απομονώνουν ηλεκτρικά δύο κυκλώματα και χρησιμοποιούνται για σκοπούς προστασίας, ελέγχου και τροφοδοσίας με ελάχιστες παρεμβολές. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές ασφαλείας＜/b＞ παράγουν χαμηλή τάση προστασίας για εφαρμογές με αυξημένες απαιτήσεις όσον αφορά την προστασία του προσωπικού. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές δακτυλιοειδούς πυρήνα＜/b＞ διαθέτουν συμπαγή κατασκευή και χαμηλό εξωτερικό ＜b＞πεδίο διαρροής＜/b＞, αλλά μπορούν να προκαλέσουν υψηλά ρεύματα εκκίνησης. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές τυπωμένων κυκλωμάτων＜/b＞ και ＜b＞οι μετασχηματιστές πλακέτας κυκλωμάτων＜/b＞ τοποθετούνται απευθείας πάνω σε πλακέτες κυκλωμάτων. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές δικτύου＜/b＞ λειτουργούν συνήθως με τη συχνότητα του δικτύου και τροφοδοτούν συσκευές ή συστήματα ελέγχου. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές Planar＜/b＞ χρησιμοποιούν επίπεδες δομές περιελίξεων και είναι κατάλληλοι για συμπαγείς συσκευές ηλεκτρονικής ισχύος. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές παλμών＜/b＞ μεταδίδουν σύντομους ηλεκτρικούς παλμούς ή σήματα ελέγχου με γαλβανική απομόνωση. ＜/li＞＜li＞＜b＞Οι μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας＜/b＞ και ＜b＞οι μετασχηματιστές τροφοδοτικών διακοπτόμενης λειτουργίας＜/b＞ λειτουργούν με αυξημένες συχνότητες διακοπής και απαιτούν κατάλληλα υλικά φερρίτη. ＜/li＞＜/ul＞Ο όρος ＜b＞«μετασχηματιστές ισχύος»＜/b＞ χρησιμοποιείται συνήθως για μεγαλύτερους μετασχηματιστές μεταφοράς ενέργειας. Αντίθετα, η γκάμα προϊόντων που παρουσιάζεται στη σελίδα της ROTIMA επικεντρώνεται σε μετασχηματιστές και υλικά περιελίξεων για συσκευές, ηλεκτρονικά και βιομηχανικές εφαρμογές.＜br＞

Ένας μετασχηματιστής αποτελείται ουσιαστικά από μαγνητικό πυρήνα, πηνία, μόνωση, ακροδέκτες και, ενδεχομένως, περίβλημα ή εγκιβώτιση. Για μοντέλα που λειτουργούν στη συχνότητα του δικτύου χρησιμοποιείται συχνά στρωματοποιημένο ηλεκτρομαγνητικό φύλλο. Σε υψηλότερες συχνότητες χρησιμοποιείται συνήθως ＜b＞πυρήνας φερρίτη＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nΤα πηνία αποτελούνται συνήθως από μονωμένο σύρμα χαλκού. Η διάμετρος του σύρματος και η διάταξη του πηνίου εξαρτώνται από το ρεύμα, τη συχνότητα, τη θέρμανση και τον διαθέσιμο χώρο περιέλιξης. Σε υψηλές συχνότητες, το σύρμα υψηλής συχνότητας μπορεί να μειώσει τις απώλειες που προκαλούνται από την εκτόπιση ρεύματος.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Η μόνωση των περιελίξεων＜/b＞ πρέπει να ανταποκρίνεται στην τάση λειτουργίας, στην τάση δοκιμής και στην κατηγορία θερμοκρασίας. Σε αυτά περιλαμβάνονται βαμμένα σύρματα, μονωτικά φύλλα, ταινίες, σώματα πηνίων και υλικά εγκιβωτισμού. Η ROTIMA AG προτείνει για τις επαγωγικές αντιστάσεις κατά παραγγελία ένα σύστημα μόνωσης καταχωρημένο στο UL με τον αριθμό αρχείου UL E346192 και κλάση 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.

Ο έλεγχος ενός μετασχηματιστή εξαρτάται από τον τύπο κατασκευής και το πρότυπο. Οι τυπικές δοκιμές περιλαμβάνουν τη σχέση μετασχηματισμού, την τάση ρελαντί, ＜b＞το ρεύμα ρελαντί＜/b＞, την αντίσταση των περιελίξεων, την αντίσταση μόνωσης, την αντοχή σε τάση και την ηλεκτρική ασφάλεια.＜br＞＜br＞Υπό φορτίο ελέγχονται η τάση εξόδου, η θέρμανση και οι απώλειες. Ανάλογα με την εφαρμογή, προστίθενται δοκιμές βραχυκυκλώματος, δοκιμές κρουστικής τάσης, μέτρηση μερικών εκκενώσεων ή μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου διαρροής.＜br＞＜br＞Η επικύρωσή μας μπορεί να περιλαμβάνει ηλεκτρικές μετρήσεις, θερμικές δοκιμές και τεκμηριωμένα πρωτόκολλα δοκιμών. Η ROTIMA AG αναφέρει επίσης αναλύσεις ακτίνων Χ για τον έλεγχο κρυφών συγκολλήσεων, δομών στρωμάτων και πιθανών σφαλμάτων εγκλεισμού. Η συγκεκριμένη ακολουθία δοκιμών καθορίζεται με βάση τις προδιαγραφές του προϊόντος και το ισχύον πρότυπο.＜br＞