Transformatory bezpośrednio od producenta

＜b＞Transformatory＜/b＞ to elementy elektryczne służące do przesyłania energii elektrycznej między uzwojeniami sprzężonymi indukcyjnie. ＜b＞Transformator＜/b＞ działa w oparciu o zmienną w czasie siłę magnetyczną i dlatego wymaga napięcia przemiennego lub napięcia przełączanego.＜br＞\n＜br＞\nW zależności od budowy transformator zmienia poziom napięcia, izoluje galwanicznie obwody elektryczne lub przekazuje sygnały elektryczne. Terminy ＜b＞„przekładnia”＜/b＞ i ＜b＞„przetwornica napięcia”＜/b＞ są czasami używane w podobnym znaczeniu, jednak z technicznego punktu widzenia nie zawsze opisują tę samą funkcję. Przekładnie często służą do przesyłania sygnałów. Przetwornice napięcia mogą również odnosić się do obwodów elektronicznych bez klasycznego transformatora magnetycznego.＜br＞

W uzwojeniu pierwotnym przyłożone ＜b＞napięcie pierwotne＜/b＞ wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu. Strumień ten przechodzi przez uzwojenie wtórne i indukuje w nim ＜b＞napięcie wtórne＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nIdealny ＜b＞współczynnik przekładni＜/b＞ wynika ze stosunku liczby zwojów. Jeśli uzwojenie wtórne ma mniej zwojów niż uzwojenie pierwotne, napięcie spada. W przypadku większej liczby zwojów napięcie wzrasta. Moc przenoszona jest ograniczona przez przekrój rdzenia, częstotliwość, przekrój drutu, chłodzenie oraz dopuszczalne nagrzewanie.＜br＞\n＜br＞\nW rzeczywistych warunkach pracy występują straty miedziane, straty rdzeniowe oraz rozproszone strumienie magnetyczne. Powodują one spadek napięcia i wydzielanie ciepła. ＜b＞Prąd jałowy＜/b＞ składa się głównie z ＜b＞prądu namagnesowującego＜/b＞ oraz składowych pokrywających straty rdzeniowe.＜br＞

Typ konstrukcji zależy od funkcji ochronnej, poziomu napięcia, mocy, częstotliwości oraz warunków montażu.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Małe transformatory＜/b＞ zasilają kompaktowe urządzenia elektroniczne, układy sterujące i płytki drukowane. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory oszczędnościowe＜/b＞ dostosowują napięcia za pomocą wspólnego uzwojenia. Nie zapewniają one izolacji galwanicznej. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory izolacyjne＜/b＞ oddzielają elektrycznie dwa obwody i są stosowane do celów ochronnych, testowych oraz w zasilaniach o niskim poziomie zakłóceń. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory bezpieczeństwa＜/b＞ wytwarzają niskie napięcie ochronne do zastosowań o podwyższonych wymaganiach dotyczących bezpieczeństwa osób. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory pierścieniowe＜/b＞ charakteryzują się kompaktową budową i niewielkim zewnętrznym ＜b＞polem rozproszenia＜/b＞, mogą jednak powodować wysokie prądy rozruchowe. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory drukowane＜/b＞ i ＜b＞transformatory do płytek drukowanych＜/b＞ montuje się bezpośrednio na płytkach drukowanych. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory sieciowe＜/b＞ zazwyczaj pracują z częstotliwością sieciową i zasilają urządzenia lub układy sterujące. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory płaskie＜/b＞ wykorzystują płaskie struktury uzwojeń i nadają się do kompaktowych modułów elektroniki mocy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory impulsowe＜/b＞ przekazują krótkie impulsy elektryczne lub sygnały sterujące przy izolacji galwanicznej. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatory wysokoczęstotliwościowe＜/b＞ i ＜b＞transformatory zasilaczy impulsowych＜/b＞ pracują przy podwyższonych częstotliwościach przełączania i wymagają w tym celu odpowiednich materiałów ferrytowych. ＜/li＞＜/ul＞Termin ＜b＞„transformatory mocy”＜/b＞ jest najczęściej stosowany w odniesieniu do większych transformatorów służących do przesyłu energii. Oferta przedstawiona na stronie ROTIMA koncentruje się natomiast na transformatorach i elementach uzwojeniowych przeznaczonych do urządzeń, elektroniki i zastosowań przemysłowych.＜br＞

Transformator składa się zasadniczo z rdzenia magnetycznego, uzwojeń, izolacji, przyłączy oraz, w razie potrzeby, obudowy lub zalewu. W konstrukcjach pracujących z częstotliwością sieciową często stosuje się warstwową blachę elektrotechniczną. Przy wyższych częstotliwościach najczęściej wykorzystuje się ＜b＞rdzeń ferrytowy＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nUzwojenia składają się zazwyczaj z izolowanego drutu miedzianego. Średnica drutu i konstrukcja uzwojenia zależą od prądu, częstotliwości, nagrzewania się oraz dostępnej przestrzeni na uzwojenie. W przypadku wysokich częstotliwości linki wysokoczęstotliwościowe mogą zmniejszyć straty spowodowane wypieraniem prądu.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Izolacja uzwojenia＜/b＞ musi być dostosowana do napięcia roboczego, napięcia próbnego oraz klasy temperaturowej. Obejmuje to druty lakierowane, folie izolacyjne, taśmy, korpusy cewek oraz materiały zalewowe. Firma ROTIMA AG stosuje w indukcyjnościach dostosowanych do potrzeb klienta system izolacji wpisany do wykazu UL pod numerem UL File E346192 i klasą 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.

Badanie transformatora zależy od jego konstrukcji i normy. Typowe badania obejmują współczynnik przekładni, napięcie jałowe, ＜b＞prąd jałowy＜/b＞, rezystancję uzwojenia, rezystancję izolacji, wytrzymałość dielektryczną oraz bezpieczeństwo elektryczne.＜br＞＜br＞Pod obciążeniem sprawdza się napięcie wyjściowe, nagrzewanie się oraz straty. W zależności od zastosowania dodaje się do tego próbę zwarciową, próbę napięcia udarowego, pomiar wyładowań częściowych lub pomiary rozproszonego pola magnetycznego.＜br＞＜br＞Nasza walidacja może obejmować wyniki pomiarów elektrycznych, badania termiczne oraz udokumentowane protokoły z badań. ROTIMA AG stosuje ponadto analizy rentgenowskie w celu kontroli ukrytych połączeń lutowanych, budowy warstw oraz ewentualnych wad zalewania. Konkretna sekwencja testów jest ustalana na podstawie specyfikacji produktu i obowiązującej normy.＜br＞