Transformadores directos del fabricante

＜b＞Los transformadores＜/b＞ son componentes eléctricos destinados a la transmisión de energía eléctrica entre bobinas acopladas inductivamente. Un ＜b＞transformador＜/b＞ funciona con un campo magnético variable en el tiempo y, por lo tanto, requiere tensión alterna o una tensión conmutada.＜br＞\n＜br＞\nDependiendo de su diseño, un transformador modifica el nivel de tensión, aísla galvánicamente los circuitos eléctricos o transmite señales eléctricas. Los términos ＜b＞«transmisor»＜/b＞ y ＜b＞«convertidor de tensión»＜/b＞ se utilizan a veces de forma similar, pero técnicamente no siempre describen la misma función. Los transmisores suelen servir para la transmisión de señales. Los convertidores de tensión también pueden referirse a circuitos electrónicos sin un transformador magnético clásico.＜br＞

En el devanado primario, la ＜b＞tensión primaria＜/b＞ aplicada genera un flujo magnético alterno en el núcleo. Este flujo magnético atraviesa el devanado secundario e induce allí una ＜b＞tensión secundaria＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nLa ＜b＞relación de transformación＜/b＞ ideal se rige por la relación entre el número de espiras. Si el devanado secundario tiene menos espiras que el primario, la tensión disminuye. Si el número de espiras es mayor, la tensión aumenta. La potencia transmisible está limitada por la sección transversal del núcleo, la frecuencia, la sección transversal del cable, la refrigeración y el calentamiento admisible.＜br＞\n＜br＞\nEn condiciones reales de funcionamiento se producen pérdidas en el cobre, pérdidas en el núcleo y flujos de dispersión magnéticos. Estos provocan una caída de tensión y generación de calor. La ＜b＞corriente en vacío＜/b＞ se compone principalmente de la ＜b＞corriente de magnetización＜/b＞ y de las componentes destinadas a cubrir las pérdidas en el núcleo.＜br＞

El tipo de diseño depende de la función de protección, el nivel de tensión, la potencia, la frecuencia y la situación de montaje.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Los transformadores pequeños＜/b＞ alimentan dispositivos electrónicos compactos, sistemas de control y placas de circuito impreso. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de ahorro＜/b＞ adaptan las tensiones mediante un devanado común. No ofrecen aislamiento galvánico. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de separación＜/b＞ aíslan eléctricamente dos circuitos y se utilizan para protección, tareas de prueba y alimentaciones con bajo nivel de interferencias. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de seguridad＜/b＞ generan baja tensión de protección para aplicaciones con requisitos elevados en materia de protección personal. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores toroidales＜/b＞ ofrecen un diseño compacto y un ＜b＞campo de dispersión＜/b＞ externo reducido, pero pueden provocar corrientes de arranque elevadas. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores impresos＜/b＞ y ＜b＞los transformadores para placas de circuito impreso＜/b＞ se montan directamente sobre las placas de circuito impreso. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de red＜/b＞ suelen funcionar a la frecuencia de la red y alimentan aparatos o sistemas de control. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores planares＜/b＞ utilizan estructuras de bobinado planas y son adecuados para módulos compactos de electrónica de potencia. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de impulsos＜/b＞ transmiten impulsos eléctricos cortos o señales de control con aislamiento galvánico. ＜/li＞＜li＞＜b＞Los transformadores de alta frecuencia＜/b＞ y ＜b＞los transformadores para fuentes de alimentación conmutadas＜/b＞ funcionan con frecuencias de conmutación elevadas y requieren materiales de ferrita adecuados para ello. ＜/li＞＜/ul＞El término ＜b＞«transformadores de potencia»＜/b＞ se utiliza principalmente para referirse a transformadores de mayor tamaño destinados a la transmisión de energía. Por el contrario, la oferta documentada en la página de ROTIMA se centra en transformadores y bobinas para aparatos, electrónica y aplicaciones industriales.＜br＞

Un transformador se compone básicamente de un núcleo magnético, bobinados, aislamiento, conexiones y, en su caso, una carcasa o encapsulado. Para los modelos que funcionan a la frecuencia de la red eléctrica se suele utilizar chapa magnética laminada. A frecuencias más altas se suele emplear un ＜b＞núcleo de ferrita＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nLos devanados suelen estar formados por alambre de cobre aislado. El diámetro del alambre y la estructura del devanado dependen de la corriente, la frecuencia, el calentamiento y el espacio disponible para el devanado. A altas frecuencias, el cable trenzado de alta frecuencia puede reducir las pérdidas causadas por el desplazamiento de la corriente.＜br＞\n＜br＞\nEl ＜b＞aislamiento del bobinado＜/b＞ debe ser adecuado para la tensión de funcionamiento, la tensión de prueba y la clase de temperatura. Esto incluye alambres barnizados, láminas aislantes, cintas, cuerpos de bobina y materiales de encapsulado. ROTIMA AG especifica para las inductancias personalizadas un sistema de aislamiento homologado por UL con el expediente UL E346192 y clase 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.

Las pruebas de un transformador dependen de su tipo de construcción y de la norma aplicable. Las pruebas habituales incluyen la relación de transformación, la tensión en vacío, ＜b＞la corriente en vacío＜/b＞, la resistencia de los devanados, la resistencia de aislamiento, la rigidez dieléctrica y la seguridad eléctrica.＜br＞＜br＞Bajo carga se comprueban la tensión de salida, el calentamiento y las pérdidas. Dependiendo de la aplicación, se añaden pruebas de cortocircuito, pruebas de tensión de choque, mediciones de descargas parciales o mediciones del campo magnético de dispersión.＜br＞＜br＞Nuestra validación puede incluir valores de medición eléctricos, ensayos térmicos y protocolos de ensayo documentados. ROTIMA AG menciona además análisis de rayos X para controlar las uniones soldadas ocultas, la estructura de las capas y posibles defectos de encapsulado. La secuencia concreta de pruebas se determina en función de las especificaciones del producto y de la norma aplicable.＜br＞