Amélioration des processus pour une fabrication cohérente de transformateurs : Contrôle de l'inductance et optimisation des performances

Étant donné le manque de fabricants pour ce type de transformateurs sur le marché, nous les concevons en interne. Nous fournissons des spécifications techniques à nos partenaires, précisant les matériaux tels que les fils émaillés haute température.

Les signaux électriques provenant des outils de logging downhole, transmis via ces transformateurs, ont un impact sur la fiabilité du signal de la formation à la surface. Ainsi, l'amélioration de la cohérence des transformateurs renforce l'uniformité du signal, améliorant la précision des outils de logging et notre compétitivité sur le marché.

Nos transformateurs de signal courants sont de type EI, avec des noyaux de permalloy à haute perméabilité de 40-80 µΩ·cm, dotés d'une coque métallique et potés en silicone. La cohérence des transformateurs dépend à la fois de la conception et de la fabrication. Pour les transformateurs T1, la faible demande entraîne une production manuelle, causant des problèmes de qualité. Les lots précédents ont montré une mauvaise cohérence de l'inductance (±30% de la valeur centrale, variant d'un lot à l'autre), entravant le débogage des circuits et la précision du produit final.

1 Analyse des facteurs de processus affectant la cohérence

Pour résoudre les incohérences dans les performances des transformateurs dues aux opérations manuelles et à la production en petits lots, les efforts doivent se concentrer sur l'amélioration des processus. La fabrication des transformateurs couvre plusieurs disciplines, les matériaux conducteurs, magnétiques et isolants ayant des propriétés très variables, rendant le contrôle difficile. Grâce à des recherches de marché et à l'analyse des données de matériaux, un diagramme de cause à effet pour les valeurs centrales et la cohérence des transformateurs est développé comme suit :

1.1 Analyse du processus de fabrication des transformateurs de type EI

Au-delà des similitudes générales du processus de fabrication des transformateurs, les caractéristiques uniques des transformateurs de type EI nécessitent une analyse complète de 14 facteurs terminaux dans la Figure 1. Les facteurs clés influençant les performances sont :

• Traitement thermique des matériaux en permalloy : En l'absence de processus de traitement thermique stricts, la production en petits lots conduit à des opérations basées sur l'expérience pour le contrôle de la température, l'alignement des feuilles de noyau et le vide du four. Ces facteurs affectent de manière critique l'élimination des impuretés des surfaces des noyaux en alliage et l'amélioration des propriétés magnétiques (par exemple, perte de fer, perméabilité).

• Variabilité des performances magnétiques des matériaux : Les matériaux en alliage domestiques ont des propriétés instables. Les lots de permalloy montrent des différences de performance magnétique, réduisant la cohérence.

• Contrainte d'assemblage sur les feuilles de noyau : Une contrainte externe inégale lors de l'assemblage dégrade les performances magnétiques (généralement >10% d'impact). Le choix de feuilles de noyau planes et un assemblage précis améliorent la cohérence.

1.2 Mesures d'amélioration du processus

Sur la base de ces causes principales de l'incohérence de l'inductance des transformateurs T1, des améliorations ciblées du processus sont mises en œuvre.

2 Mesures d'amélioration du processus et mise en œuvre
2.1 Les opérateurs contrôlent strictement le processus de traitement thermique

• Avant le traitement thermique, arrangez les feuilles de noyau en permalloy de manière ordonnée et aussi plates que possible afin qu'elles ne se déforment pas après le traitement, réduisant la contrainte lors de l'assemblage. Par ailleurs, vérifiez la présence de bavures sur les feuilles de noyau après l'estampage avant le traitement thermique. Si les bavures sont importantes, proposez une réparation avant le traitement thermique.

• Suivez strictement la courbe de la Figure 2 pour le traitement thermique. Augmentez la température uniformément pendant 3 heures jusqu'à ce que la température du four atteigne 1150°C, maintenez la température pendant 4 heures, puis refroidissez jusqu'à 400°C en 5 heures avant de sortir les feuilles du four.

• Respectez strictement les exigences de pression sous vide du processus initial. Utilisez un manomètre composite SG-3 pour évacuer, atteignant un degré de vide de 10-20 Pa.

2.2 Sélectionnez 3-5 lots de matériaux de feuilles de noyau, traitez-les séparément et comparez leurs performances

• Effectuez une vérification comparative sur les matériaux bruts de feuilles de noyau en permalloy 1J85. Prenez environ 1 000 feuilles (feuilles EI) par lot, marquez-les chacune avec un numéro de four, effectuez un traitement thermique en 3 séries distinctes et suivez/enregistrez les différences de performance. Utilisez un pont mesureur HP4225LCR (fréquence : 1 kHz) pour mesurer l'inductance (H) pour les groupes L1-2. Les données sont les suivantes :

Conclusion : En comparant les données ci-dessus, les feuilles de noyau en permalloy traitées en 3 séries montrent des performances essentiellement cohérentes, répondant à l'exigence d'être dans une plage de ±10% de la valeur centrale de 4H.

• Réservez certaines feuilles de noyau pour comparer les performances avec le prochain lot de matériaux entrants, permettant une vérification supplémentaire du prochain lot de matières premières.

• Sélectionnez des feuilles de noyau planes et insérez-les dans la même direction, minimisant la contrainte sur les feuilles.

Données de test des transformateurs finis avant l'assemblage du boîtier : Fréquence = 1 kHz (testeur HP4225LCR). Mesurez l'enroulement L1-2 (H) à 20°C (température ambiante). Les données spécifiques sont les suivantes :

Après le test, les données du transformateur restent essentiellement inchangées après l'imprégnation.

2.3 Ajustement de la cohérence de l'inductance

Une méthode d'intercalage à une seule feuille est adoptée. Une seule feuille EI a une courbure. Lors de l'insertion, maintenez la direction de la courbure cohérente. En comparant plusieurs insertions dans le même bobinage, il a été constaté que lorsque la direction de la courbure est cohérente, l'inductance est relativement plus grande, environ 18mH. En revanche, si la direction de la courbure n'est pas cohérente lors de l'insertion, l'inductance est d'environ 15mH. Par conséquent, en utilisant la méthode de maintien de la direction de la courbure cohérente lors de l'insertion, il est possible d'ajuster finement l'inductance en ajustant manuellement les légères différences dans l'air gap entre les feuilles E et I, offrant ainsi une marge ou un espace d'ajustement, et permettant ainsi d'atteindre une meilleure cohérence de l'inductance.

Prenons l'exemple du transformateur T1, la valeur centrale de T1 est redéfinie à 4.00H, contrôlant la cohérence de l'inductance du transformateur dans une plage de ±10% de la valeur centrale. De plus, il est essentiellement assuré que l'inductance de chaque lot de transformateurs sortant de l'usine est essentiellement cohérente avec la nouvelle valeur centrale définie.