Vylepšení procesu pro konzistentní výrobu transformátorů: Kontrola induktivity a optimalizace výkonu

Vzhledem k nedostatku výrobců takových transformátorů na trhu je návrh prováděn interně. Poskytujeme technické specifikace partnerům, které stanovují materiály, jako jsou vysokoteplotní lakované dráty.

Elektrické signály z dolních sond, přenášené těmito transformátory, ovlivňují spolehlivost signálů od formace k povrchu. Zlepšení konzistence transformátorů tedy zvyšuje uniformitu signálů, což zlepšuje přesnost sondovacích nástrojů a naši konkurenceschopnost na trhu.

Naše běžné signálové transformátory jsou typu EI s jádry z permalloyu s vysokou permeabilitou 40–80 μΩ·cm, metalovou obálkou a silikónovým pottingem. Konzistence transformátorů závisí jak na návrhu, tak na výrobě. Pro transformátory T1, kde je poptávka nízká, je výroba ruční, což způsobuje problémy s kvalitou. Minulé dávky ukázaly špatnou konzistenci indukce (±30% střední hodnoty, se změnami mezi dávkami), což komplikuje ladění obvodů a přesnost konečného produktu.

1 Analýza faktorů procesu ovlivňujících konzistenci

Aby bylo možné řešit nekonzistence výkonu transformátorů způsobené ručními operacemi a malosériovou výrobou, musí se zaměřit na zlepšení procesů. Výroba transformátorů zahrnuje mnoho disciplín, s vodivými, magnetickými a izolačními materiály, které mají velmi proměnlivé vlastnosti, což komplikuje kontrolu. Přes výzkum trhu a analýzu dat o materiálech je vypracován diagram příčin a následků pro střední hodnoty a konzistenci transformátorů:

1.1 Analýza výrobního procesu transformátorů typu EI

Kromě obecných podobností výrobního procesu transformátorů, charakteristika transformátorů typu EI vyžaduje komplexní analýzu 14 terminálních faktorů uvedených na obrázku 1. Klíčové faktory ovlivňující výkon jsou:

• Tepravá úprava materiálů z permalloyu: Bez přísných tepravých procesů vedou malé dávky k operacím založeným na zkušenostech, jako je kontrola teploty, zarovnání plechů jádra a vakuování pece. Tyto faktory klíčově ovlivňují odstranění nečistot ze povrchu legurového jádra a zlepšení magnetických vlastností (např. železné ztráty, permeabilita).

• Variabilita magnetických vlastností materiálů: Domácí legurové materiály mají nestabilní vlastnosti. Dávky permalloyu ukazují rozdíly v magnetickém výkonu, což snižuje konzistenci.

• Stres na plechy jádra při montáži: Nerovnoměrný vnější stres při montáži degraduje magnetické vlastnosti (typicky >10% dopad). Výběr rovných plechů jádra a přesná montáž zlepšují konzistenci.

1.2 Opatření ke zlepšení procesu

Na základě hlavních příčin nekonzistence indukce transformátorů T1 jsou implementovány cílená opatření ke zlepšení procesu.

2 Opatření ke zlepšení procesu a jejich implementace
2.1 Operátoři přísně kontrolovat tepravý proces

• Před tepravou uspořádat plechy jádra z permalloyu co nejrovněji, aby po tepravě nebyly zkroušené, čímž se sníží stres při montáži. Současně provést kontrolu na přítomnost hrubých okrajů na plechách po tažení před tepravou. Pokud jsou hrubé okraje závažné, navrhnout opravu před tepravou.

• Přísně dodržovat křivku na obrázku 2 pro tepravou. Postupně zvyšovat teplotu po dobu 3 hodin, dokud teplota pece nedosáhne 1150°C, udržet teplotu po dobu 4 hodin, poté ochladit na 400°C během 5 hodin před vyndáním plechů z pece.

• Přísně dodržovat původní požadavky na vakuový tlak. Použít složený vakuový manometr SG-3 k vytvoření vakuua dosahujícího 10–20 Pa.

2.2 Vybrat 3–5 dávek materiálů pro plechy jádra, zpracovat je samostatně a porovnat výkon

• Provést srovnávací ověření materiálů z plechů jádra z permalloyu 1J85. U každé dávky vzít přibližně 1 000 plechů (EI plechy), označit každý číslem pece, provést tepravu ve 3 samostatných bězích a sledovat/zaznamenávat rozdíly v výkonu. Použít most HP4225LCR (frekvence: 1 kHz) k měření indukce (H) pro skupiny L1–2. Data jsou následující:

Závěr: Porovnáním výše uvedených dat lze konstatovat, že plechy jádra z permalloyu zpracované ve 3 bězích ukazují zásadně konzistentní výkon, splňují požadavek, aby byly v rozmezí ±10% centrální hodnoty 4H.

• Zachovat některé plechy jádra pro srovnání výkonu s další dávkou přicházejících materiálů, což umožní další ověření další dávky surového materiálu.

• Vybrat rovné plechy jádra a vložit je ve stejném směru, což minimalizuje stres na plechy.

Testovací data hotových transformátorů před montáží obalu: Frekvence = 1 kHz (tester HP4225LCR). Měření cívky L1–2 (H) při 20°C (teplota místnosti). Konkrétní data jsou následující:

Po testování zůstala data transformátoru v podstatě nezměněná po impregnaci.

2.3 Úprava konzistence indukce

Je použit jednosměrný metoda prokládání. Jednotlivý plech EI má zakřivení. Při vložení je třeba udržovat směr zakřivení konzistentní. Při srovnání více vložení do stejné cívky bylo zjištěno, že pokud je směr zakřivení konzistentní, je indukce relativně větší, přibližně 18mH. Naopak, pokud je směr zakřivení při vložení nekonzistentní, je indukce přibližně 15mH. Použitím metody udržování konzistentního směru zakřivení při vložení lze jemně upravovat indukci ručním nastavením malých rozdílů v vzduchovém mezeru mezi E a I plechy, což poskytuje prostor pro úpravu a tak dosáhnout lepší konzistence indukce.

Například u transformátoru T1 je střední hodnota T1 znovu určena na 4,00H, což umožňuje kontrolovat konzistenci indukce transformátoru v rozmezí ±10% střední hodnoty. Kromě toho je v zásadě zajištěno, že indukce každé dávky transformátorů, které opouštějí továrnu, je v podstatě konzistentní s nově určenou střední hodnotou.