Melhoria de Processo para Fabricação Consistente de Transformadores: Controle de Indutância e Otimização de Desempenho
Dada a falta de fabricantes desses transformadores no mercado, nós os projetamos internamente. Fornecemos especificações técnicas aos parceiros, especificando materiais como fios esmaltados de alta temperatura.
Os sinais elétricos provenientes das ferramentas de sondagem subterrâneas, transmitidos por meio desses transformadores, afetam a confiabilidade do sinal da formação até a superfície. Assim, melhorar a consistência dos transformadores aumenta a uniformidade do sinal, melhorando a precisão das ferramentas de sondagem e nossa competitividade no mercado.
Nossos transformadores de sinal comuns são do tipo EI, com núcleos de permalloy de alta permeabilidade (40-80 μΩ·cm), revestidos de metal e encapsulados em silicone. A consistência do transformador depende tanto do projeto quanto da fabricação. Para os transformadores T1, a baixa demanda resulta em produção manual, causando problemas de qualidade. Lotes anteriores mostraram pobre consistência de indutância (±30% do valor central, variando entre lotes), prejudicando a depuração do circuito e a precisão do produto final.
1 Análise dos Fatores de Processo que Afetam a Consistência
Para abordar as inconsistências no desempenho dos transformadores causadas por operações manuais e produção em pequenos lotes, os esforços devem se concentrar em melhorias de processo. A fabricação de transformadores abrange várias disciplinas, com materiais condutores, magnéticos e isolantes apresentando propriedades altamente variáveis, tornando o controle desafiador. Através de pesquisas de mercado e análise de dados de materiais, um diagrama de causa e efeito para os valores centrais e a consistência dos transformadores é desenvolvido conforme segue:
1.1 Análise do Processo de Fabricação de Transformadores do Tipo EI
Além das características comuns do processo de transformadores, as características únicas do transformador do tipo EI requerem uma análise abrangente de 14 fatores terminais na Figura 1. Os principais fatores que afetam o desempenho são:
Tratamento Térmico de Materiais Permalloy: Sem processos rigorosos de tratamento térmico, a produção em pequenos lotes leva a operações baseadas em experiência para controle de temperatura, alinhamento de chapas do núcleo e vácuo do forno. Esses fatores afetam criticamente a remoção de impurezas das superfícies do núcleo de liga e o aprimoramento das propriedades magnéticas (por exemplo, perdas de ferro, permeabilidade).
Variabilidade do Desempenho Magnético do Material: Materiais de liga doméstica têm propriedades instáveis. Os lotes de permalloy mostram diferenças no desempenho magnético, reduzindo a consistência.
Tensão de Montagem nas Chapas do Núcleo: A tensão externa desigual durante o montagem deteriora o desempenho magnético (geralmente >10% de impacto). Selecionar chapas de núcleo planas e montagem precisa melhora a consistência.
1.2 Medidas de Melhoria do Processo
Com base nessas principais causas da inconsistência de indutância dos transformadores T1, medidas de melhoria do processo direcionadas são implementadas.
2 Medidas de Melhoria do Processo e Implementação
2.1 Operadores Controlam Rigidamente o Processo de Tratamento Térmico
Antes do tratamento térmico, organize as chapas de núcleo de permalloy de forma ordenada e o mais plano possível, para que não se dobrem após o tratamento, reduzindo a tensão durante o montagem. Ao mesmo tempo, verifique a presença de rebarbas nas chapas de núcleo após o estampamento antes do tratamento térmico. Se as rebarbas forem graves, proponha reparo antes do tratamento térmico.
Siga rigorosamente a curva na Figura 2 para o tratamento térmico. Aqueça uniformemente por 3 horas até que a temperatura do forno atinja 1150°C, mantenha a temperatura por 4 horas, depois resfrie para 400°C ao longo de 5 horas antes de retirar as chapas do forno.
Adequar-se estritamente aos requisitos originais de pressão a vácuo. Use um vacuômetro composto SG-3 para evacuar, alcançando um grau de vácuo de 10-20 Pa.
2.2 Selecionar 3-5 Lotes de Materiais de Chapas de Núcleo, Processá-los Separadamente e Comparar o Desempenho
Conclusão: Comparando os dados acima, as chapas de núcleo de permalloy processadas em 3 execuções mostram desempenho basicamente consistente, atendendo ao requisito de estar dentro de ±10% do valor central de 4H.
Dados de teste de transformadores acabados antes da montagem da carcaça: Frequência = 1 kHz (tester HP4225LCR). Meça a bobina L1-2 (H) a 20°C (temperatura ambiente). Os dados específicos são os seguintes:
Após o teste, os dados do transformador permanecem essencialmente inalterados após a impregnação.
2.3 Ajuste da Consistência de Indutância
Adota-se um método de intercalação de folhas individuais. Uma única chapa EI tem uma curvatura. Durante a inserção, mantenha a direção da curvatura consistente. Ao comparar múltiplas inserções na mesma bobina, descobriu-se que, quando a direção da curvatura é consistente, a indutância é relativamente maior, aproximadamente 18 mH. Em contraste, se a direção da curvatura não for consistente durante a inserção, a indutância é de cerca de 15 mH. Portanto, usando o método de manter a direção da curvatura consistente durante a inserção, é possível ajustar finamente a indutância, ajustando manualmente as pequenas diferenças no espaço de ar entre as chapas E e I, fornecendo margem ou espaço de ajuste, e assim alcançando uma melhor consistência de indutância.
Tomando o transformador T1 como exemplo, o valor central do T1 é redefinido como 4,00 H, controlando a consistência de indutância do transformador dentro de ±10% do valor central. Além disso, é garantido basicamente que a indutância de cada lote de transformadores que saem da fábrica é essencialmente consistente com o novo valor central determinado.
