Transformatorji neposredno od proizvajalca

＜b＞Transformatorji＜/b＞ so električni elementi za prenos električne energije med induktivno sklopljenimi navitji. ＜b＞Transformator＜/b＞ deluje s časovno spremenljivim magnetnim poljem in zato potrebuje izmenično napetost ali preklopno napetost.＜br＞\n＜br＞\nGlede na konstrukcijo transformator spreminja napetostno raven, galvansko ločuje tokokroge ali prenaša električne signale. Izraza ＜b＞»prenosnik«＜/b＞ in ＜b＞»napetostni pretvornik«＜/b＞ se včasih uporabljata podobno, vendar tehnično ne opisujeta vedno iste funkcije. Prenosniki se pogosto uporabljajo za prenos signalov. Napetostni pretvorniki lahko označujejo tudi elektronska vezja brez klasičnega magnetnega transformatorja.＜br＞

Na primarnem navitju ＜b＞napetost＜/b＞, ki je priključena na ＜b＞primarni navitje＜/b＞, ustvarja spremenljiv magnetni tok v jedru. Ta magnetni tok prehaja skozi sekundarni navitje in tam inducira ＜b＞sekundarno napetost＜/b＞.＜br＞\n＜br＞\nIdealno ＜b＞razmerje prenosa＜/b＞ sledi razmerju števila ovojev. Če ima sekundarni navitek manj ovojev kot primarni navitek, se napetost zniža. Pri večjem številu ovojev pa se poveča. Prenosna moč je omejena s presekom jedra, frekvenco, presekom žice, hlajenjem in dovoljenim segrevanjem.＜br＞\n＜br＞\nV dejanskem delovanju pride do bakrenih izgub, izgub v jedru in magnetnih razpršenih tokov. Ti povzročajo padec napetosti in toploto. ＜b＞Tok v praznem teku＜/b＞ je v glavnem sestavljen iz ＜b＞magnetizacijskega toka＜/b＞ in deležev za pokrivanje izgub v jedru.＜br＞

Konstrukcija je odvisna od zaščitne funkcije, napetostne ravni, moči, frekvence in načina vgradnje.＜br＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Majhni transformatorji＜/b＞ napajajo kompaktne elektronske naprave, krmilnike in tiskane vezje. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatorji za varčevanje＜/b＞ prilagajajo napetosti s skupnim navitjem. Ne zagotavljajo galvanske ločitve. ＜/li＞＜li＞＜b＞Ločilni transformatorji＜/b＞ električno ločijo dva tokokroga in se uporabljajo za zaščito, preskuse ter napajanje z minimalnimi motnjami. ＜/li＞＜li＞＜b＞Varnostni transformatorji＜/b＞ ustvarjajo zaščitno nizko napetost za aplikacije s povečanimi zahtevami glede osebne varnosti. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatorji z obročastim jedrom＜/b＞ imajo kompaktno obliko in majhno zunanje ＜b＞razpršeno polje＜/b＞, lahko pa povzročajo visoke zagonske tokove. ＜/li＞＜li＞＜b＞Transformatorji za tiskane vezje＜/b＞ in ＜b＞transformatorji za tiskane plošče＜/b＞ se montirajo neposredno na tiskane plošče. ＜/li＞＜li＞＜b＞Omrežni transformatorji＜/b＞ običajno delujejo z omrežno frekvenco in napajajo naprave ali krmilne sisteme. ＜/li＞＜li＞＜b＞Planarni transformatorji＜/b＞ uporabljajo ploske strukture navitja in so primerni za kompaktne močnostno-elektronske sklope. ＜/li＞＜li＞＜b＞Impulzni transformatorji＜/b＞ prenašajo kratke električne impulze ali krmilne signale pri galvanski ločitvi. ＜/li＞＜li＞＜b＞Visokofrekvenčni transformatorji＜/b＞ in ＜b＞transformatorji za stikalne napajalnike＜/b＞ delujejo pri višjih stikalnih frekvencah in zato potrebujejo ustrezne feritne materiale. ＜/li＞＜/ul＞Izraz ＜b＞»močnostni transformatorji«＜/b＞ se večinoma uporablja za večje transformatorje za prenos energije. Ponudba, dokumentirana na spletni strani ROTIMA, pa se osredotoča na transformatorje in navitja za naprave, elektroniko in industrijske aplikacije.＜br＞

Transformator je v osnovi sestavljen iz magnetnega jedra, navitij, izolacije, priključkov ter po potrebi ohišja ali zalivke. Pri izvedbah za omrežno frekvenco se pogosto uporablja slojni elektrotehnični pločevina. Pri višjih frekvencah se večinoma uporablja ＜b＞feritno jedro＜/b＞. ＜br＞\n＜br＞\nNavitja so običajno iz izolirane bakrene žice. Premer žice in zasnova navitja sta odvisna od toka, frekvence, segrevanja in razpoložljivega prostora za navijanje. Pri visokih frekvencah lahko visokofrekvenčna pletena žica zmanjša izgube, ki jih povzroča izpodrivanje toka.＜br＞\n＜br＞\n ＜b＞Izolacija navitja＜/b＞ mora ustrezati delovni napetosti, preskusni napetosti in temperaturnemu razredu. To vključuje lakirane žice, izolacijske folije, trakove, telesa tuljav in zalivne materiale. Podjetje ROTIMA AG za induktivnosti po meri strank navaja izolacijski sistem, vpisan v UL-seznam pod UL-datoteko E346192 in razredom 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.

Preizkušanje transformatorja je odvisno od konstrukcijskega tipa in standarda. Tipični preskusi zajemajo prenosno razmerje, napetost v prostem teku, ＜b＞tok v prostem teku＜/b＞, upornost navitja, izolacijsko upornost, napetostno trdnost in električno varnost.＜br＞＜br＞Pod obremenitvijo se preizkušajo izhodna napetost, segrevanje in izgube. Glede na uporabo se dodajo še preskus kratkega stika, preskus udarne napetosti, merjenje delnih razelektritev ali merjenja magnetnega razpršenega polja.＜br＞＜br＞Naša validacija lahko vključuje električne merilne vrednosti, toplotne preskuse in dokumentirane preskusne protokole. Podjetje ROTIMA AG navaja tudi rentgenske analize za pregled skritih spajkanih spojev, sestave plasti in morebitnih napak pri zalivanju. Konkretni potek preskusa se določi na podlagi specifikacije izdelka in veljavnega standarda.＜br＞