Transformátory priamo od výrobcu

＜b＞Transformátory＜/b＞ sú elektrické súčiastky slúžiace na prenos elektrickej energie medzi indukčne prepojenými vinutiami. ＜b＞Transformátor＜/b＞ pracuje s časovo premenlivým magnetickým poľom, a preto vyžaduje striedavé napätie alebo spínané napätie.＜br＞\n＜br＞\nV závislosti od konštrukcie transformátor mení úroveň napätia, galvanicky oddeľuje elektrické obvody alebo prenáša elektrické signály. Pojmy ＜b＞„prevodník“＜/b＞ a ＜b＞„menič napätia“＜/b＞ sa čiastočne používajú podobne, z technického hľadiska však nie vždy opisujú tú istú funkciu. Prevodníky slúžia často na prenos signálu. Meniče napätia môžu označovať aj elektronické obvody bez klasického magnetického transformátora.＜br＞

Na primárnom vinutí vytvára pripojené ＜b＞primárne napätie＜/b＞ striedavý magnetický tok v jadre. Tento magnetický tok prechádza sekundárnym vinutím a indukuje tam ＜b＞sekundárne napätie＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nIdeálny ＜b＞prevodový pomer＜/b＞ zodpovedá pomeru počtu závitov. Ak má sekundárne vinutie menej závitov ako primárne vinutie, napätie klesá. Pri väčšom počte závitov napätie stúpa. Prenosný výkon je obmedzený prierezom jadra, frekvenciou, prierezom drôtu, chladením a prípustným zahrievaním.＜br＞\n＜br＞\nV skutočnej prevádzke dochádza k medeným stratám, stratám v jadre a magnetickým rozptylovým tokom. Tieto javy spôsobujú pokles napätia a vznik tepla. ＜b＞Prúd v nezaťaženom stave＜/b＞ pozostáva prevažne z ＜b＞magnetizačného prúdu＜/b＞ a zložiek na pokrytie strát v jadre.＜br＞

Konštrukčný typ závisí od ochranných funkcií, úrovne napätia, výkonu, frekvencie a spôsobu montáže.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Malé transformátory＜/b＞ napájajú kompaktné elektronické zariadenia, riadiace jednotky a dosky s plošnými spojmi. ＜/li＞＜li＞＜b＞Úsporné transformátory＜/b＞ prispôsobujú napätia pomocou spoločného vinutia. Nezabezpečujú galvanické oddelenie. ＜/li＞＜li＞＜b＞Oddeliace transformátory＜/b＞ elektricky oddeľujú dva elektrické obvody a používajú sa na ochranu, testovacie úlohy a napájanie s nízkym rušením. ＜/li＞＜li＞＜b＞Bezpečnostné transformátory＜/b＞ generujú nízke ochranné napätie pre aplikácie so zvýšenými požiadavkami na ochranu osôb. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformátory s prstencovým jadrom＜/b＞ majú kompaktnú konštrukciu a nízke vonkajšie ＜b＞rozptylové＜/b＞ pole, môžu však spôsobiť vysoké zapínacie prúdy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Plošné transformátory＜/b＞ a ＜b＞transformátory na doskách s plošnými spojmi＜/b＞ sa montujú priamo na dosky s plošnými spojmi. ＜/li＞＜li＞＜b＞Sieťové transformátory＜/b＞ zvyčajne pracujú pri sieťovej frekvencii a napájajú zariadenia alebo riadiace systémy. ＜/li＞＜li＞＜b＞Planárne transformátory＜/b＞ využívajú ploché vinutia a sú vhodné pre kompaktné výkonové elektronické moduly. ＜/li＞＜li＞＜b＞Impulzné transformátory＜/b＞ prenášajú krátke elektrické impulzy alebo riadiace signály pri galvanickom oddelenie. ＜/li＞＜li＞＜b＞Vysokofrekvenčné transformátory＜/b＞ a ＜b＞transformátory pre spínané napájacie zdroje＜/b＞ pracujú pri zvýšených spínacích frekvenciách a vyžadujú na to vhodné feritové materiály. ＜/li＞＜/ul＞Pojem ＜b＞výkonové transformátory＜/b＞ sa väčšinou používa pre väčšie transformátory určené na prenos energie. Ponuka zdokumentovaná na stránke spoločnosti ROTIMA sa naopak zameriava na transformátory a vinuté súčiastky pre zariadenia, elektroniku a priemyselné aplikácie.＜br＞

Transformátor sa v podstate skladá z magnetického jadra, vinutia, izolácie, prípojok a prípadne z krytu alebo zalievky. Pri konštrukciách pracujúcich pri sieťovej frekvencii sa často používa vrstvený elektrický plech. Pri vyšších frekvenciách sa zvyčajne používa ＜b＞feritové jadro＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nVinutia sa zvyčajne skladajú z izolovaného medeného drôtu. Priemer drôtu a konštrukcia vinutia závisia od prúdu, frekvencie, zahrievania a dostupného priestoru pre vinutie. Pri vysokých frekvenciách môže vysokofrekvenčné lanko znížiť straty spôsobené vytláčaním prúdu.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Izolácia vinutia＜/b＞ musí zodpovedať prevádzkovému napätiu, skúšobnému napätiu a teplotnej triede. Patria sem lakované drôty, izolačné fólie, pásky, telá cievok a zalievacie materiály. Spoločnosť ROTIMA AG uvádza pre indukčnosti vyrobené na mieru izolačný systém zaradený v zozname UL s číslom UL File E346192 a triedou 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.

Skúška transformátora závisí od konštrukčného typu a normy. Typické skúšky zahŕňajú prevodový pomer, napätie v nezaťaženom stave, ＜b＞prúd v nezaťaženom stave＜/b＞, odpor vinutia, izolačný odpor, dielektrickú pevnosť a elektrickú bezpečnosť.＜br＞＜br＞Pri zaťažení sa skúma výstupné napätie, zahrievanie a straty. V závislosti od použitia sa k tomu pridávajú skúšky skratu, skúšky rázového napätia, meranie čiastočných výbojov alebo merania magnetického rozptylového poľa.＜br＞＜br＞Naša validácia môže zahŕňať elektrické namerané hodnoty, tepelné skúšky a zdokumentované skúšobné protokoly. Spoločnosť ROTIMA AG uvádza okrem toho aj röntgenové analýzy na kontrolu skrytých spájkovaných spojov, vrstvových štruktúr a možných chýb pri zalievaní. Konkrétny postup skúšok sa stanovuje na základe špecifikácie výrobku a platnej normy.＜br＞