Co dělá dobrý toroidní transformátor dobrým?

Výběr materiálu jádra

Obecně platí, že cena transformátoru je určena jeho jádrem a mědí, přičemž všechny ostatní materiály se na ceně podílejí pouze 10 ~ 15%. Cena mědi se obecně určuje na Londýnské burze kovů (LME), ale cena jádra se může značně lišit v závislosti na výběru materiálu.

Někteří levní výrobci (mnozí se sídlem v Číně) jsou schopni snížit ceny tím, že pro jádra svých transformátorů používají recyklovanou ocel (třída B). Tento levnější materiál jádra je však cenou nižší spolehlivosti a výkonu.

Vysoce výkonná jádra jsou vyrobena z nepřetržitého pásu prvotřídní oceli, takže nevznikají žádné vzduchové mezery a volné ocelové pláty nebo laminace, které by způsobovaly vibrace. Použití panenského materiálu také umožňuje konstruktérům navrhovat transformátory v bodě magnetické indukce určeném válcovnami, čímž se snižují ztráty spojené s transformátory.

Nízká hlučnost a vysoká účinnost jsou dva oblíbené důvody pro volbu toroidních transformátorů. Společnost Talema vyvinula specializované výrobní postupy, které umožňují vyrábět co nejtišší jádra bez běžných nevýhod, jako jsou vyšší ztráty a větší rozměry.

Výběr magnetického drátu

Drát pro vinutí používaný v elektrických zařízeních se obecně nazývá magnetický drát. K tomuto účelu se používá hliník i měď, ale v toroidních transformátorech se obecně dává přednost mědi vzhledem k její proudové zatížitelnosti, ceně, velikosti a elektrickým a tepelným vlastnostem.

Vinutí toroidního transformátoru je vystaveno po celé ploše transformátoru, což umožňuje optimální přenos odpadního tepla z měděného vinutí. To často umožňuje konstruktérovi použít o něco menší průřez vodičů, než by jinak bylo rozumné - aniž by byl překročen stanovený limit nárůstu teploty - pokud to dovoluje regulace zatížení a ohledy na účinnost.

Smaltovaný vodič s dvojitým povlakem je důležitý také pro snížení rizika zkratu po navinutí vodiče na jádro.

Techniky navíjení

Zvláště důležitý je také proces vinutí toroidního transformátoru. Konstrukce vinutí může výrazně ovlivnit unikající indukčnost, proto je třeba věnovat zvláštní pozornost specifickým aplikacím unikajícího proudu.

Navíjení smaltovaného drátu musí být rovnoměrně uspořádáno a vyrovnáno a síla navíjení stroje musí být správně nastavena, aby se zabránilo perforaci smaltovaného drátu v procesu navíjení. Smaltovaný drát tak může rovnoměrně obklopit toroidní jádro bez rizika zkratu.

Technika bankovního navíjení

Bankovní vinutí je takové, při kterém je cívka navinuta tak, že části celkového vinutí jsou navinuty v několika koláčovitých vinutích. segmenty kolem toroidu. Po navinutí požadovaného lichého počtu segmentů v jednom směru (ve směru hodinových ručiček) se následný sudý počet segmentů navine v opačném směru (proti směru hodinových ručiček). To se opakuje, dokud není vinutí kompletní. Svazek vinutí výrazně snižuje maximální gradient napětí mezi jednotlivými závity nebo napětí na izolaci vodiče. Tím je zajištěna ochrana proti napěťovým špičkám, které jsou v každé aplikaci velmi časté.

Technika izolace mezi vinutími

Technika izolace mezi vinutími umisťuje vrstvu mylarové izolace v polovině jednoho primárního vinutí nebo mezi jednotlivá vinutí v konfiguraci se dvěma primárními vinutími.

Výběr vhodných izolačních materiálů

Izolační materiál toroidního transformátoru určuje jeho bezpečnost a životnost. Čím lepší je izolační materiál, tím větší je odolnost proti nárazu. Správná izolace výrazně snižuje možnost zkratu a úniku, což umožňuje velmi dlouhou životnost transformátoru.

Obecně platí, že všechny transformátory musí splňovat mezinárodní bezpečnostní normy, například normy vydané laboratořemi Underwriters Laboratories (UL) a Mezinárodní elektrotechnickou komisí (IEC). Tyto bezpečnostní předpisy specifikují izolační údaje pro suchou izolaci na bázi plastů, která se používá mezi primárním a sekundárním vinutím toroidních výkonových transformátorů, jako je minimální celková tloušťka izolace (DTI), minimální počet vrstev plastové fólie a minimální vzdálenost plížení podél povrchu izolačního materiálu.

Toroidní transformátory vyžadují izolaci na různých místech nebo v různých fázích konstrukce. Mezinárodní bezpečnostní normy stanovují minimální požadavky na celkovou tloušťku izolace, jakož i počet vrstev izolace a požadovanou průchodnost. Izolace se provádí mezi toroidním jádrem a prvním vinutím (zemní izolace), mezi následujícími vinutími (mezivinutá izolace) a na vnější straně posledního vinutí (vnější obal).

Izolace jádra se obvykle vyrábí jedním z následujících způsobů:

1. Vytvrzení izolační vrstvy z plastového nebo keramického materiálu na vnějším povrchu jádra.
2. Montáž plastových krytů na horní a spodní část jádra.
3. Navíjení úzkého pásu plastového materiálu překrývajícího se přes středový otvor toroidu.

První dvě metody izolace jádra nejsou vhodné pro izolaci umístěnou na vinutí, protože vinutí nevydrží vysokou teplotu vytvrzování a velikost a tvar vinutí jsou natolik variabilní, že nelze použít standardizované krytky. Izolace na vinutí se proto provádí téměř výhradně navinutím úzkého pásu plastového materiálu přes střed toroidu překrývajícím se způsobem.

Impregnace

Transformátory s nízkým jmenovitým výkonem a malými rozměry vodičů lze impregnovat, aby měly delší životnost a nedocházelo ke zkratům. Ve speciálních aplikacích, jako je audio, se toroidní jádro často impregnuje, aby se zastavil slyšitelný brum.

Olověné vodiče a pouzdra

Stejně jako izolace musí i přívodní vodiče a objímky splňovat mezinárodní bezpečnostní normy. Společnost Talema obvykle používá přívodní vodiče kategorie UL AVLV2 s minimálním napětím 300 V a objímky kategorie UL YDPU2/UZFT2 s minimálním napětím 300 V v trubkách. Obojí se vybírá podle norem EN61558, UL5085, UL60601-1 a UL62368. U transformátorů vyšších izolačních tříd (třída B a F) se používají olověné vodiče a materiál návleků vyšších napěťových/teplotních kategorií.

Elektrostatický štít

Elektrostatická stínění se někdy přidávají k transformátorům, aby se odfiltrovalo elektrostatické rušení ze sítě a odvedlo se na zem v případě poruchy hlavní izolace. Stínění jsou konstruována pomocí měděné vrstvy vinutí izolované polyesterem, která se obvykle navíjí mezi primární a sekundární vinutí. Existují dvě konstrukční techniky: vnější uzavřená a vnější otevřená.

Magnetický štít

Toroidní transformátory mají již ze své podstaty nízká magnetická svodová pole. Pokud je požadováno další snížení, lze transformátory dodat s dodatečným magnetickým stíněním. Toto stínění využívá tenký plech ze zrnité křemíkové oceli s několika vrstvami pevně navinutými po obvodu toroidního transformátoru a upevněnými vnějším obalem.

Zalévání nebo zapouzdření

Termoplastický materiál se používá k zalévání nebo zapouzdření a poskytuje vynikající ochranu proti nárazům a vibracím. Zalévací materiál může být v případě potřeby také tepelně vodivý.

Závěr

Celková kvalita toroidní transformátor závisí na mnoha konstrukčních možnostech. Stejně jako u jiných konstrukčních prvků jsou náklady závislé na kvalitě materiálů a konstrukčních technik. Konstruktéři společnosti Talema mají desítky let společných zkušeností s navrhováním zakázkových magnetických prvků a rádi vám pomohou specifikovat komponenty pro váš příští projekt. Kontaktujte nás dnes!