Transzformátorok közvetlenül a gyártótól

＜b＞A transzformátorok＜/b＞ olyan elektromos alkatrészek, amelyek induktív kapcsolású tekercsek között biztosítják az elektromos energia átvitelét. A ＜b＞transzformátor＜/b＞ időben változó mágneses mezővel működik, ezért váltakozó feszültségre vagy kapcsolt feszültségre van szüksége.＜br＞\n＜br＞\nFelépítésétől függően a transzformátor megváltoztatja a feszültségszintet, galvanikusan elszigeteli az áramköröket, vagy elektromos jeleket továbbít. Az ＜b＞„átviteli eszköz”＜/b＞ és ＜b＞a „feszültségátalakító”＜/b＞ kifejezéseket néha hasonlóan használják, de műszakilag nem mindig ugyanazt a funkciót írják le. Az átviteli eszközök gyakran a jelátvitelre szolgálnak. A feszültségátalakító kifejezés olyan elektronikus áramköröket is jelölhet, amelyek nem tartalmaznak klasszikus mágneses transzformátort.＜br＞

Az elsődleges tekercsen az alkalmazott ＜b＞elsődleges feszültség＜/b＞ változó mágneses fluxust hoz létre a magban. Ez a mágneses fluxus áthalad a másodlagos tekercsen, és ott ＜b＞másodlagos feszültséget＜/b＞ indukál.＜br＞\n＜br＞\nAz ideális ＜b＞átviteli arány＜/b＞ a tekercsek tekercsszámának arányát követi. Ha a szekunder tekercsnek kevesebb tekercse van, mint az elsődlegesnek, a feszültség csökken. Ha több tekercs van, akkor nő. Az átvihető teljesítményt a mag keresztmetszete, a frekvencia, a huzal keresztmetszete, a hűtés és a megengedett melegedés korlátozza.＜br＞\n＜br＞\nValódi üzemben rézveszteségek, magveszteségek és mágneses szórásáramok lépnek fel. Ezek feszültségesést és hőtermelést okoznak. Az ＜b＞üresjárati áram＜/b＞ túlnyomórészt a ＜b＞mágnesezőáramból＜/b＞ és a magveszteségek fedezésére szolgáló részekből áll.＜br＞

A kivitel a védelmi funkciótól, a feszültségszinttől, a teljesítménytől, a frekvenciától és a beépítési helyzettől függ.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞A kis teljesítményű transzformátorok＜/b＞ kompakt elektronikus készülékeket, vezérlőket és nyomtatott áramköri lapokat látnak el árammal. ＜/li＞＜li＞＜b＞A feszültségszabályozó transzformátorok＜/b＞ egy közös tekercs segítségével szabályozzák a feszültséget. Nem biztosítanak galvanikus elválasztást. ＜/li＞＜li＞＜b＞A szeparáló transzformátorok＜/b＞ elektromosan elválasztják egymástól a két áramkört, és védelmi, vizsgálati feladatokra, valamint zavarmentes tápellátásra használják őket. ＜/li＞＜li＞＜b＞A biztonsági transzformátorok＜/b＞ védelmi kisfeszültséget generálnak olyan alkalmazásokhoz, ahol fokozott követelmények vonatkoznak a személyi védelemre. ＜/li＞＜li＞＜b＞A gyűrűmagos transzformátorok＜/b＞ kompakt kialakításúak és alacsony külső ＜b＞szórásmezővel＜/b＞ rendelkeznek, azonban nagy bekapcsolási áramokat okozhatnak. ＜/li＞＜li＞＜b＞A nyomtatott áramköri transzformátorokat＜/b＞ és ＜b＞a nyomtatott áramköri lapra szerelt transzformátorokat＜/b＞ közvetlenül a nyomtatott áramköri lapokra szerelik. ＜/li＞＜li＞＜b＞A hálózati transzformátorok＜/b＞ jellemzően a hálózati frekvencián működnek, és készülékeket vagy vezérlőket látnak el árammal. ＜/li＞＜li＞＜b＞A sík transzformátorok＜/b＞ lapos tekercsszerkezetet használnak, és kompakt teljesítményelektronikai modulokhoz alkalmasak. ＜/li＞＜li＞＜b＞Az impulzustranszformátorok＜/b＞ rövid elektromos impulzusokat vagy vezérlőjeleket továbbítanak galvanikus szigetelés mellett. ＜/li＞＜li＞＜b＞A nagyfrekvenciás transzformátorok＜/b＞ és ＜b＞a kapcsolóüzemű tápegységek transzformátorai＜/b＞ megnövelt kapcsolási frekvenciákon működnek, és ehhez megfelelő ferritanyagokat igényelnek. ＜/li＞＜/ul＞A ＜b＞„teljesítménytranszformátorok”＜/b＞ kifejezést általában az energiaátvitelre szolgáló nagyobb transzformátorokra használják. A ROTIMA oldalán bemutatott kínálat ezzel szemben a készülékekhez, az elektronikához és az ipari alkalmazásokhoz szánt transzformátorokra és tekercselőanyagokra összpontosít.＜br＞

A transzformátor lényegében mágnesmagból, tekercsekből, szigetelésből, csatlakozókból, valamint adott esetben házból vagy öntvényből áll. A hálózati frekvenciájú kiviteleknél gyakran réteges elektromágneses lemezt használnak. Magasabb frekvenciák esetén többnyire ＜b＞ferritmagot＜/b＞ alkalmaznak. ＜br＞\n＜br＞\nA tekercsek általában szigetelt rézhuzalból készülnek. A huzalátmérő és a tekercs felépítése az áramtól, a frekvenciától, a melegedéstől és a rendelkezésre álló tekercselési helytől függ. Magas frekvenciák esetén a nagyfrekvenciás sodrott huzal csökkentheti az áramkiszorítás által okozott veszteségeket.＜br＞\n＜br＞\nA ＜b＞tekercs szigetelésének＜/b＞ meg kell felelnie az üzemi feszültségnek, a próba feszültségnek és a hőmérsékleti osztálynak. Ide tartoznak a lakkozott huzalok, szigetelőfóliák, szalagok, tekercstestek és öntőanyagok. A ROTIMA AG az ügyfélspecifikus induktivitásokhoz UL-listázott szigetelőrendszert ad meg, az UL E346192 fájlszámmal és F osztályú minősítéssel. ＜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.

A transzformátorok vizsgálata a kivitel típusától és a vonatkozó szabványtól függ. A tipikus vizsgálatok kiterjednek az átviteli arányra, az üresjárati feszültségre, ＜b＞az üresjárati áramra＜/b＞, a tekercselési ellenállásra, a szigetelési ellenállásra, a feszültségállóságra és az elektromos biztonságra.＜br /＞＜br /＞Terhelés alatt a kimeneti feszültséget, a melegedést és a veszteségeket vizsgálják. Az alkalmazástól függően ehhez hozzáadódhatnak rövidzárlat-vizsgálat, túlfeszültség-vizsgálat, részleges kisülésmérés vagy a mágneses szórásmező mérés.＜br /＞＜br /＞Validációs eljárásunk kiterjedhet az elektromos mérési értékekre, a hőmérsékleti vizsgálatokra és a dokumentált vizsgálati jegyzőkönyvekre. A ROTIMA AG emellett röntgenelemzéseket is végez a rejtett forrasztási csatlakozások, a rétegfelépítések és az esetleges öntési hibák ellenőrzése céljából. A konkrét vizsgálati sorrendet a termék specifikációja és az alkalmazandó szabvány alapján határozzuk meg.＜br /＞