Inzicht in het testen van transformatoren
In deze blog geven we een kort technisch overzicht van de meest voorkomende transformator-metingen en hoe deze metingen worden gedaan.
Transformatoren worden meestal getest en gemeten met LCR-meters. Als u niet bekend bent met LCR-meters of als u een korte opfriscursus wilt, kunt u de presentatie over het begrijpen van LCR-meters bekijken voordat u hiermee begint.
Over transformatoren
Laten we beginnen met een korte bespreking van wat we bedoelen met transformatoren.
—> Transformatoren zijn apparaten die voornamelijk worden gebruikt om wisselspanning niveaus om te zetten in bijvoorbeeld:
- een step-up transformator verhoogt de spanning.
- een step-down transformator verlaagt de spanning.
—> Naast het omzetten van spanningen kunnen transformatoren worden gebruikt in andere toepassingen zoals:
- impedantieaanpassing.
—> Een andere veelvoorkomende toepassing van transformatoren is:
- isolatie, wat vaak wordt gebruikt om veiligheidsredenen.
—> Deze blog behandelt metingen die zijn uitgevoerd aan transformatoren die in de elektronica worden gebruikt.
- geringe afmetingen
- laag voltage
- laag vermogen
- gebruik voor binnenshuis
Toepassingen
Deze transformatoren zijn meestal klein en werken op relatief lage spannings- of vermogensniveaus en worden hoofdzakelijk gebruikt voor binnentoepassingen.
We zullen de grotere transformatoren voor buiten die worden gebruikt voor de distributie van elektriciteit hoewel veel van de tests beschreven hier ook van toepassing op deze grotere hogere vermogenstransformatoren als transformatorconstructie.
De werking van een transformator is gebaseerd op iets dat wederzijdse inductie wordt genoemd, wat de koppeling is van een magnetisch veld of flux tussen twee inductoren die we later in meer detail zullen bespreken.
Inductoren worden gemaakt door (meestal koper) draad in spoelen te wikkelen, meestal rond een soort ferromagnetische kern in transformatoren. Deze spoelen noemen we wikkelingen. Over het algemeen wordt de hogere spanningszijde van een transformator genoemd de primaire en de lagere spanningszijde wordt de secundaire genoemd. Merk ten slotte op dat er veel verschillende manieren zijn om transformatoren te construeren. De grootste variabelen zijn vaak dingen zoals als het gebruikte kernmateriaal, de oriëntatie en het aantal wikkelingen enz. aangezien wederzijdse inductie de basis is van een transfomatie.
Hoe we transformator testen
LCR-meters zijn het meest gebruikte instrument bij het testen van transformatoren.
Naast hun vermogen om inductie te meten, zijn LCR-meters een goede keuze omdat ze capaciteit, weerstand, fase, hoek enz. kunnen meten. Sommige LCR-meters hebben ook speciale transformatormetingen functies.
Houd er rekening mee dat een speciale testopstelling soms nodig is bij het meten van bepaalde typen transformatoren, net zoals bij de meeste andere typen metingen. De meetnauwkeurigheid kan worden verbeterd met behulp van compensatie of kalibratieroutines.
Dit leidt ons tot de vijf meest voorkomende soorten veelvoorkomende transformatormetingen.
Transformatormetingen en de wikkelverhouding
Wederzijdse inductie fasehoek tussen primaire en secundaire primaire inductie en secundaire inductie en lekstroom inductie de eerste drie hiervan worden gemeten door een LCR-meter aan te sluiten op beide wikkelingen en de laatste twee worden gemeten door slechts één wikkeling aan te sluiten in de rest van deze blog leggen we uit wat elk van deze metingen zijn en hoe ze worden gemaakt.
De wikkelverhouding is misschien wel de meest fundamentele meting van een transformator, dit komt doordat spanningstransformatie evenredig is met de verhouding van schakelt in de primaire om de secundaire in te schakelen.
- Bijvoorbeeld: een transformator met 10 keer meer windingen op de primaire dan op de secundaire heeft een wikkelverhouding van 10 en dit zou 120 volt op (primair) terugbrengen tot 12 volt op (secundair).
Daarom is een eenvoudige manier om de wikkelverhouding te meten, een bekende spanning op de primaire aan te leggen, de spanning op de secundaire te meten en vervolgens de verhouding van deze twee metingen te nemen.
- Later in deze blog zullen we ook een andere manier bespreken om de wikkelverhouding van een transformator te meten, zoals eerder vermeld.
Over wederkerige inductie (M) inductie
—> Dit is de basis van Transformator werking en verwijst naar het feit dat de stroom die door de ene wikkeling loopt een magnetisch veld of flux creëert die een spanning in de andere wikkeling induceert.
—> De onderlinge inductie van een transformator is een functie van de constructie en de oriëntatie van de wikkelingen.
- Bijvoorbeeld: Hebben parallelle wikkelingen een hogere onderlinge inductie dan loodrechte wikkelingen.
- Een ander voorbeeld is dat de onderlinge inductie toeneemt met toenemende kern permeabiliteit.
We kunnen de wederzijdse inductie van een transformator meten door gelijktijdig verbinding te maken met zowel de primaire als de secundaire wikkeling en de spanning en stroom aan elke kant te meten.
De wiskunde die wordt gebruikt om de wederzijdse inductie M uit deze gemeten waarden af te leiden is enigszins ingewikkeld, maar het eindresultaat is een waarde in de eenheden van Henry in transformatoren met een hoge wederzijdse inductie is meestal wenselijk omdat dit een efficiëntere koppeling van de flux tussen de twee wikkelingen vertegenwoordigt. De fasehoek verwijst naar het feit dat transformatoren polariteit hebben in de zin dat de ingangs- en uitgangsspanning op hetzelfde moment hetzelfde teken hebben.
Markeringen van draden met dezelfde polariteit
In sommige gevallen hebben transformatoren markeringen in de vorm van stippen enz. om aan te geven welke draden dezelfde polariteit hebben.
- In een ideaal geval zou er een nulfaseverschuiving zijn tussen signalen met dezelfde polariteit.
- Maar in echte transformatoren is er meestal een niet-nulverschuiving of hoek tussen de signalen op elke wikkeling.
Het meten van de fasehoek van ~0°
Bovendien heeft deze fasehoek de neiging om te variëren met de frequentie, vaak is het meten van de verschuiving of de fasehoek relatief eenvoudig.
We maken simpelweg verbinding met zowel de primaire als de secundaire wikkeling, en meten het faseverschil tussen de twee spanningen.
Let op: als je een fasehoek van ongeveer ~180° hebt is dit vaak een indicatie van een polariteitsverschil tussen de primaire en secundaire wikkeling. In dit geval is het een goed idee om te controleren of u niet een van uw aansluitingen op de transformator hebt omgedraaid.
Nog een heel eenvoudige transformatormeting is het bepalen van de individuele inductie van de primaire en secundaire wikkelingen. De inductie van elke wikkeling kan eenvoudig worden gemeten.
Afzonderlijk voor de primaire inductie inductie die we verbinden met de primaire en meten met een secundaire opening. Voor secundaire inductie die we meten aan de secundaire met een primaire opening.
Let op: metingen van primaire of secundaire inductie zal ook onvermijdelijk iets omvatten dat lekinductie wordt genoemd, een belangrijk onderwerp dat we later in detail zullen bespreken.
Wikkelverhouding van primaire en secundaire inductie
Een van de redenen waarom we wisselverhouding van primaire en secundaire inductie geïnteresseerd zouden kunnen zijn in het meten van primaire en secundaire inductie, is dat dit een andere manier is om wikkelingen te berekenen verhouding:
- We nemen simpelweg de wortel van primaire over secundaire inductie, dus hoe verschilt dit met het meten van wikkelingen verhouding met behulp van spanningen.
- Eerst geeft de spanningsmethode de daadwerkelijke spanningstransformatie tijdens werking, aangezien we direct meten de primaire en secundaire spanningen.
- Eventuele verliezen zoals kernverliezen en resistieve of capacitieve verliezen worden in deze meting opgenomen en vanwege deze verliezen is de wikkelverhouding die met de spanningsmethode wordt berekend
- Meestal groter dan de fysieke fysieke windingen verhouding.
- Het belangrijkste voordeel van het berekenen van de windingverhouding met inductanties is dat het meestal een nauwkeurigere meting oplevert van de werkelijke fysieke windingen.
Over lekinductantie, de ideale transformator verhouding
Laten we beginnen met een blik op een ideale transformator in een ideale transformator is alle magnetische flux die wordt gecreëerd door de stroom in de primaire wikkeling gekoppeld aan de secundaire wikkeling.
- In dit geval is de transformator in wezen verliesloos, zonder verspilling energie of flux die niet wordt gekoppeld aan de secundaire.
- De spanning in de secundaire zou daarom volledig een functie zijn van de primaire spanning en het aantal windingen in elke wikkeling in echte transformatoren echter, een deel van de magnetische flux wordt niet gekoppeld tussen de primaire en secundaire wikkelingen.
-
Deze niet-gekoppelde inductantie wordt soms weergegeven als een extra spoel in serie, maar houd er rekening mee dat dit geen daadwerkelijk fysieke component is. Deze niet-gekoppelde inductantie wordt soms weergegeven als een extra spoel in serie, maar houd er rekening mee dat dit geen daadwerkelijk fysieke component is.
- Deze extra inductantie wordt lekinductantie genoemd (LL)
- Dit omdat het het deel van de flux vertegenwoordigt dat uit de transformator lekt en niet is gekoppeld tussen de lekinductantie van de wikkelingen is een belangrijke overweging in veel toepassingen zoals het ontwerp van stroom voedingen verlichting voorschakelapparaten audio transformatoren enz.
- In veel gevallen is het doel het minimaliseren van lekinductantie door een zorgvuldige constructie van de kernen en wikkelingen, maar er zijn gevallen waarin het nuttig is om een lekinductantie meten met een bepaald bereik van bekende waarden.
Lekinductantie meten
—> We hebben eerder vermeld dat wanneer we de primaire inductantie meten, dit ook de lekinductantie omvat.
—> Onthoud dat deze lekinductantie geen aparte fysieke inductantie is die we kunnen aansluiten en afzonderlijk kunnen meten.
- Dus hoe meten we deze lekinductantie als we de secundaire wikkeling kortsluiten.
- Dit zal nulspanningsval over de secundaire wikkeling veroorzaken vanwege de aard van transformator.
- Nul volt over de secundaire wikkeling veroorzaakt ook 0 volt over de primaire wikkeling.
- Dit betekent dat we de lekinductie kunnen meten door de secundaire wikkeling kort te sluiten en vervolgens de inductie op de primaire wikkeling te meten.
- Door de secundaire wikkeling kort te sluiten, worden zowel de LP als de LS nul.
- De gemeten inductie op de primaire wikkeling is nu alleen nog de lekinductie.
Samenvatting inductie.
—> Laten we eindigen met een korte samenvatting.
—> De werking van een transformator is gebaseerd op de koppeling van magnetische flux tussen twee wikkelingen of spoelen, waarbij een stroom in de ene wikkeling een spanning induceert in de andere wikkeling.
—> Transformatoren worden voornamelijk gebruikt bij het transformeren van spanningen, maar worden ook gebruikt voor zaken als impedantieaanpassing en isolatie.
—> Omdat LCR-meters zijn ontworpen om nauwkeurige impedantiemetingen (LCR) uit te voeren zijn het de meest gebruikte instrumenten om transformatoren te meten in de elektronica toepassingen.
—> In deze uitleg hebben we de vijf belangrijkste transformatormetingen geïntroduceerd, namelijk:
- windingen verhouding
- onderlinge inductie
- fasehoek
- primaire en secundaire inductie
- lekinductie
Hiermee ronden we deze uitleg over het begrip transformator testen af als u meer wilt weten over transformatortesten of LCR-meters.
Ondersteun mijn website’s, kanaal en inhoud en mijn voortdurende inspanningen via Patreon:
https://patreon.com/Colani
Suc6
Terry van Erp
