メーカー直送の変圧器

＜b＞変圧器は＜/b＞、誘導結合された巻線間で電気エネルギーを伝送するための電気部品である。＜b＞変圧器は＜/b＞時間的に変化する磁場を利用して動作するため、交流電圧またはスイッチング電圧を必要とする。＜br＞\n＜br＞\n構造に応じて、変圧器は電圧レベルを変更したり、回路を電気的に絶縁したり、電気信号を伝送したりします。＜b＞「トランス」＜/b＞と＜b＞「電圧変換器」＜/b＞という用語は、場合によっては類似して使用されることもありますが、技術的には必ずしも同じ機能を指すわけではありません。トランスは、多くの場合、信号伝送に用いられます。一方、電圧変換器は、従来の磁気トランスを使用しない電子回路を指すこともあります。＜br＞

一次巻線では、印加された＜b＞一次電圧によって＜/b＞コア内に変動する磁束が生じます。この磁束は二次巻線を貫通し、そこで＜b＞二次電圧を＜/b＞誘導します。＜br＞\n＜br＞\n理想的な＜b＞変圧比＜/b＞は、巻数比に比例します。二次巻線の巻数が一次巻線よりも少ない場合、電圧は低下します。 巻数が多くなると、電圧は上昇します。伝送可能な電力は、鉄心の断面積、周波数、導線の断面積、冷却、および許容発熱量によって制限されます。＜br＞ \n＜br＞\n実際の運転では、銅損、鉄心損、および磁気漏れ磁束が発生します。これらは電圧降下と発熱の原因となります。＜b＞無負荷電流＜/b＞は、主に＜b＞磁化電流＜/b＞と、鉄心損を補うための成分で構成されています。＜br＞

構造は、保護機能、電圧レベル、電力、周波数、および設置状況に応じて決定されます。＜br＞ \n＜ul＞＜li＞＜b＞小型変圧器は＜/b＞、コンパクトな電子機器、制御装置、およびプリント基板に電力を供給します。 ＜/li＞＜li＞＜b＞電圧調整用トランスは＜/b＞、共通の巻線を用いて電圧を調整します。これらは電気的絶縁を提供しません。 ＜/li＞＜li＞＜b＞絶縁トランスは＜/b＞、2つの回路を電気的に分離し、保護、試験用途、およびノイズの少ない電源供給に使用されます。 ＜/li＞＜li＞＜b＞安全トランスは＜/b＞、人身保護に対する要件が厳しい用途向けに、保護用低電圧を生成します。 ＜/li＞＜li＞＜b＞リングコア変圧器は＜/b＞、コンパクトな形状と外部への＜b＞漏れ磁界＜/b＞が少ないという特徴がありますが、高い起動電流を発生させる可能性があります。 ＜/li＞＜li＞＜b＞プリントトランスおよび＜/b＞ ＜b＞基板用トランスは＜/b＞、プリント基板上に直接実装されます。 ＜/li＞＜li＞＜b＞電源トランスは＜/b＞、通常、商用電源周波数で動作し、機器や制御装置に電力を供給します。 ＜/li＞＜li＞＜b＞平面トランスは＜/b＞、平らな巻線構造を採用しており、コンパクトなパワーエレクトロニクスモジュールに適しています。 ＜/li＞＜li＞＜b＞パルス変圧器は＜/b＞、電気的絶縁を維持しながら、短い電気パルスや制御信号を伝送します。 ＜/li＞＜li＞＜b＞高周波トランス＜/b＞および＜b＞スイッチング電源用トランスは＜/b＞、高いスイッチング周波数で動作するため、それに適したフェライト材料を必要とします。 ＜/li＞＜/ul＞＜b＞「電力変圧器」＜/b＞という用語は、主に送電用の大型変圧器を指す。一方、ROTIMAのウェブサイトに掲載されている製品ラインナップは、機器、電子機器、および産業用途向けの変圧器および巻線材料に焦点を当てている。＜br＞

変圧器は、基本的に磁心、巻線、絶縁体、端子、および場合によっては筐体や封止材で構成されています。商用周波数用の構造では、積層電磁鋼板が頻繁に使用されます。より高い周波数では、通常＜b＞フェライト磁心が＜/b＞用いられます。 ＜br＞\n＜br＞\n巻線は通常、絶縁銅線から構成される。線径や巻線構造は、電流、周波数、発熱量、および利用可能な巻線スペースに応じて決定される。 高周波では、高周波用撚線を使用することで、電流の排斥によって生じる損失を低減できる。＜br＞\n＜br＞\n＜b＞巻線の絶縁は＜/b＞、動作電圧、試験電圧、および温度クラスに適合している必要があります。これには、エナメル線、絶縁フィルム、テープ、コイルフォーム、および封止材が含まれます。 ROTIMA AGは、顧客仕様のインダクタに対し、ULファイルE346192およびクラスFに準拠したUL認定絶縁システムを指定しています。 ＜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.

変圧器の試験は、その構造や規格に応じて行われます。代表的な試験項目には、変圧比、無負荷電圧、＜b＞無負荷電流＜/b＞、巻線抵抗、絶縁抵抗、耐電圧、および電気的安全性が含まれます。＜br＞＜br＞負荷状態では、出力電圧、発熱、および損失が試験されます。 用途に応じて、短絡試験、サージ電圧試験、部分放電測定、または磁気散乱場の測定が追加されます。＜br＞＜br＞当社の検証には、電気的測定値、熱試験、および文書化された試験報告書が含まれる場合があります。 また、ROTIMA AGでは、隠れたはんだ接合部、層構造、および潜在的な封入欠陥を検査するためのX線分析も実施しています。具体的な試験手順は、製品仕様および適用される規格に基づいて決定されます。＜br＞