Muuntajat suoraan valmistajalta

＜b＞Muuntajat＜/b＞ ovat sähköisiä komponentteja, joiden avulla siirretään sähköenergiaa induktiivisesti kytkettyjen käämien välillä. ＜b＞Muuntaja＜/b＞ toimii ajallisesti vaihtelevan magneettikentän avulla ja tarvitsee siksi vaihtojännitettä tai kytkettyä jännitettä.＜br＞\n＜br＞\nRakenteestaan riippuen muuntaja muuttaa jännitetasoa, eristää virtapiirejä galvaanisesti tai siirtää sähköisiä signaaleja. Termejä ＜b＞”muuntaja”＜/b＞ ja ＜b＞”jännitteenmuunnin”＜/b＞ käytetään osittain samankaltaisesti, mutta teknisesti ne eivät aina kuvaa samaa toimintoa. Muuntajia käytetään usein signaalinsiirtoon. Jännitteenmuuntimilla voidaan tarkoittaa myös elektronisia piirejä, joissa ei ole perinteistä magneettista muuntajaa.＜br＞

Ensisijaiskäämiin kytketty ＜b＞ensisijaisjännite＜/b＞ tuottaa vaihtelevan magneettivuon ytimessä. Tämä magneettivuo kulkee toissijaiskäämin läpi ja indusoi siellä ＜b＞toissijaisjännitteen＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nIhanteellinen ＜b＞siirtokerroin＜/b＞ noudattaa käämien kierroslukujen suhdetta. Jos toisiokäämin kierrosluku on pienempi kuin primäärikäämin, jännite laskee. Jos kierroksia on enemmän, jännite nousee. Siirrettävää tehoa rajoittavat ytimen poikkipinta-ala, taajuus, langan poikkipinta-ala, jäähdytys ja sallittu lämpeneminen.＜br＞\n＜br＞\nTodellisessa käytössä esiintyy kuparihäviöitä, ytimen häviöitä ja magneettisia hajavirtoja. Ne aiheuttavat jännitteen laskua ja lämpöä. ＜b＞Tyhjäkäyntivirta＜/b＞ koostuu pääasiassa ＜b＞magnetointivirrasta＜/b＞ ja ytimen häviöiden kattamiseen tarvittavista osuuksista.＜br＞

Rakenne riippuu suojatoiminnosta, jännitetasosta, tehosta, taajuudesta ja asennustilanteesta.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Pienmuuntajat＜/b＞ syöttävät virtaa pienikokoisille elektronisille laitteille, ohjausjärjestelmille ja piirilevyille. ＜/li＞＜li＞＜b＞Säästömuuntajat＜/b＞ säätävät jännitteitä yhteisen käämityksen avulla. Ne eivät tarjoa galvaanista eristystä. ＜/li＞＜li＞＜b＞Erotusmuuntajat＜/b＞ erottavat kaksi virtapiiriä sähköisesti toisistaan, ja niitä käytetään suojaus-, testaus- ja häiriöttömiin virransyöttösovelluksiin. ＜/li＞＜li＞＜b＞Turvamuuntajat＜/b＞ tuottavat suojapienjännitettä sovelluksiin, joissa henkilösuojelulle asetetaan korkeat vaatimukset. ＜/li＞＜li＞＜b＞Rengasmuuntajat＜/b＞ ovat rakenteeltaan kompakteja ja niiden ulkoinen ＜b＞hajakenttä＜/b＞ on vähäinen, mutta ne voivat aiheuttaa suuria käynnistysvirtoja. ＜/li＞＜li＞＜b＞Piirilevytransformaattorit＜/b＞ ja ＜b＞pi＜/b＞ irilev ＜b＞yn transformaattorit＜/b＞ asennetaan suoraan piirilevyille. ＜/li＞＜li＞＜b＞Verkkomuuntajat＜/b＞ toimivat tyypillisesti verkkojännitteellä ja syöttävät virtaa laitteille tai ohjausjärjestelmille. ＜/li＞＜li＞＜b＞Tasomuuntajat＜/b＞ hyödyntävät litteitä käämitysrakenteita ja sopivat kompakteihin tehoelektroniikkakokoonpanoihin. ＜/li＞＜li＞＜b＞Impulssimuuntajat＜/b＞ siirtävät lyhyitä sähköimpulsseja tai ohjaussignaaleja galvaanisen eristyksen avulla. ＜/li＞＜li＞＜b＞Korkeataajuustransformaattorit＜/b＞ ja ＜b＞kytkentävirtalähdetransformaattorit＜/b＞ toimivat korkeilla kytkentätaajuuksilla ja vaativat tätä varten sopivia ferriittimateriaaleja. ＜/li＞＜/ul＞Termiä ＜b＞”tehomuuntajat”＜/b＞ käytetään yleensä suuremmista energiansiirtoon tarkoitetuista muuntajista. ROTIMA-sivustolla esitelty tuotevalikoima keskittyy sen sijaan laitteisiin, elektroniikkaan ja teollisiin sovelluksiin tarkoitettuihin muuntajiin ja käämitystarvikkeisiin.＜br＞

Muuntaja koostuu pääasiassa magneettisydämestä, käämistä, eristyksestä, liitännöistä ja tarvittaessa kotelosta tai valukotelosta. Verkkojännitteellä toimivissa malleissa käytetään usein kerrostettua sähkölevyä. Korkeammilla taajuuksilla käytetään yleensä ＜b＞ferriittisydäntä＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nKäämit koostuvat yleensä eristetystä kuparilangasta. Langan halkaisija ja käämityksen rakenne määräytyvät virran, taajuuden, lämpenemisen ja käytettävissä olevan käämitystilan mukaan. Korkeilla taajuuksilla korkeataajuuslanka voi vähentää virran syrjäyttämisestä aiheutuvia häviöitä.＜br＞\n＜br＞\nKäämin ＜b＞eristyksen＜/b＞ on vastattava käyttöjännitettä, koejännitettä ja lämpötilaluokkaa. Tähän kuuluvat lakattuja lankoja, eristyskalvoja, nauhoja, kelarunkoja ja valumateriaaleja. ROTIMA AG ilmoittaa asiakaskohtaisille induktansseille UL-luetteloidun eristysjärjestelmän, jonka UL-tiedosto on E346192 ja luokka 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.

Muuntajan testaus riippuu sen rakenteesta ja standardista. Tyypillisiä testejä ovat siirtokerroin, tyhjäkäyntijännite, ＜b＞tyhjäkäyntivirta＜/b＞, käämivastus, eristysvastus, jännitteenkestävyys ja sähköturvallisuus.＜br＞＜br＞Kuormitustilassa testataan lähtöjännite, lämpeneminen ja häviöt. Käyttötarkoituksesta riippuen testauksiin lisätään oikosulkutesti, iskujännitetesti, osapurkausmittaus tai magneettisen hajakentän mittaukset.＜br＞＜br＞Validointimme voi sisältää sähköisiä mittausarvoja, lämpötestejä ja dokumentoituja testauspöytäkirjoja. ROTIMA AG mainitsee lisäksi röntgenanalyysit piilossa olevien juotosliitosten, kerrostumien ja mahdollisten valuvirheiden tarkastamiseksi. Konkreettinen testausjärjestys määritetään tuotespesifikaation ja sovellettavan standardin perusteella.＜br＞