Napredek v postopku za konzistentno izdelavo transformatorjev: nadzor induktivnosti in optimizacija zmogljivosti

Zaradi pomanjkanja proizvajalcev takšnih transformatorjev na trgu jih oblikujemo notranje. Partnerjem nudimo tehnične specifikacije, ki določajo material, kot so visokotemperaturne emalirovane žice.

Električni signali od orodij za podzemno merjenje, prenesejo skozi te transformatorje, vplivajo na zanesljivost signala od formacije do površine. Tako izboljšanje enakomernosti transformatorjev poveča enakomernost signala, kar izboljša natančnost orodij za merjenje in našo konkurenčnost na trgu.

Naše običajne signalne transformatorji so tipa EI, z jedri s permeabilnostjo 40–80 μΩ·cm iz visokopermeabilnega permalloya, metalne omari in silikonsko utrto. Enakomernost transformatorjev je odvisna od oblikovanja in proizvodnje. Za T1 transformatorje, zaradi nizkega povpraševanja, je proizvodnja ročna, kar povzroča kakovostne težave. Pretekli serijski proizvodi so pokazali slabo enakomernost induktivnosti (±30% od srednje vrednosti, razlike med serijami), kar ovira odpravljanje napak v vezju in natančnost končnega izdelka.

1 Analiza procesnih dejavnikov, ki vplivajo na enakomernost

Za reševanje neenakomernosti delovanja transformatorjev, povzročenih ročnimi operacijami in male serije, morajo biti napore usmerjeni v izboljšanje postopkov. Proizvodnja transformatorjev sega čez več disciplin, z uporabo vodljivih, magnetnih in izolacijskih materialov, ki imajo visoko variabilne lastnosti, kar čini nadzor težkim. Skozi tržno raziskavo in analizo podatkov o materialu je razvijena vzročno-posledična diagrama za srednje vrednosti in enakomernost transformatorjev, kot sledi:

1.1 Analiza proizvodnega postopka transformatorjev tipa EI

Ondrugo splošnim skupnim elementom postopka transformatorjev, ima transformator tipa EI edinstvene značilnosti, ki zahtevajo celostno analizo 14 terminalnih dejavnikov, prikazanih na Sliki 1. Ključni dejavniki, ki vplivajo na delovanje, so:

• Toplinska ravnanja s permalloy materiali: Zaradi pomanjkanja strokovnih toplinskih postopkov, male serije proizvodnje vodijo do izkušnje temeljitega ravnanja s temperaturami, poravnavanjem listov jedra in vakuumom peči. Ti dejavniki kritično vplivajo na odstranitev nečistot z površine legiranega jedra in izboljšanje magnetnih lastnosti (npr. železni izgube, permeabilnost).

• Variabilnost magnetnih lastnosti materialov: Domestični legirani materiali imajo nestabilne lastnosti. Serije permalloya kažejo razlike v magnetnih lastnostih, kar zmanjšuje enakomernost.

• Stres pri montaži listov jedra: Neenakost zunanjega stresa med montažo degradira magnetne lastnosti (tipično >10% vpliv). Izbor ravnih listov jedra in natančna montaža izboljšata enakomernost.

1.2 Merila za izboljšanje postopka

Na osnovi teh glavnih vzrokov neenakomernosti induktivnosti T1 transformatorja so uvedena ciljna merila za izboljšanje postopka.

2 Merila za izboljšanje postopka in njihova izvedba
2.1 Operatorji strogo nadzorujejo postopek toplinske ravnanja

• Pred toplinskim ravnanjem listove jedra permalloya uredite čim bolj ravnoma, da se po ravnanju ne ukrivi, kar zmanjša stres med montažo. Hkrati preverite ostre robove listov jedra po presnovanju pred toplinskim ravnanjem. Če so ostre robove težke, predlagajte popravilo pred toplinskim ravnanjem.

• Natančno sledite krivulji na Sliki 2 za toplinsko ravnanje. Temperatura se enakomerno dvigne za 3 ure, dokler temperatura peči ne doseže 1150°C, potem temperature ohranite 4 ure, nato pa hladite do 400°C v 5 urah pred izvlečitvijo listov iz peči.

• Strogo se pridržujte prvotnih zahtev postopka za vakuumski tlak. Uporabite SG-3 kombinirani vakuumski merilnik za izčrpavanje, dosežen vakuumski stopnji 10-20 Pa.

2.2 Izberite 3-5 serij materiale listov jedra, jih posebej obravnavajte in primerjajte delovanje

• Izvedite primerjalno preverjanje surovina listov jedra permalloya 1J85. Ustvarite približno 1.000 listov (EI listovi) na serijo, označite vsakega s številko peči, izvedite toplinsko ravnanje v 3 ločenih tekmi in sledite/zabeležite razlike v delovanju. Uporabite HP4225LCR mostov tester (frekvenca: 1 kHz) za meritve induktivnosti (H) za skupine L1-2. Podatki so naslednji:

Zaključek: Primerjava zgornjih podatkov kaže, da imajo listi jedra permalloya, ravnanje v 3 tekmah, bistveno enakomerno delovanje, kar ustrezata zahtevi, da se nahaja znotraj ±10% od srednje vrednosti 4H.

• Rezervirajte nekaj listov jedra za primerjavo z naslednjo serijo prispelih materialov, kar omogoča dodatno preverjanje naslednje serije surovine.

• Izberite ravnine listove jedra in jih vstavite v isti smer, kar zmanjša stres na listih.

Testni podatki za zaključene transformatorje pred montažo omara: Frekvenca = 1 kHz (HP4225LCR tester). Merite vikling L1-2 (H) pri 20°C (obačna temperatura). Specifični podatki so naslednji:

Po testiranju so podatki transformatorja v bistvu nespremenjeni po impregnaciji.

2.3 Prilagajanje enakomernosti induktivnosti

Uporablja se metoda enojnega vrstnega postavljanja. Enojna EI plošča ima zakrivljenost. Pri vstavljanju ohranite smer zakrivljenosti enakomerno. S primerjavo več vstavljanj v isti navoj je bilo ugotovljeno, da, ko je smer zakrivljenosti enakomerna, je induktivnost relativno večja, približno 18mH. Na drugi strani, če je smer zakrivljenosti pri vstavljanju neenakomerna, je induktivnost približno 15mH. Zato uporaba metode, ki ohranja smer zakrivljenosti enakomerno pri vstavljanju, omogoča fina prilagajanje induktivnosti z ročnim prilagajanjem majhnih razlik v zračnem luftu med E in I ploščama, kar omogoča prostor za prilagajanje in tako doseže boljšo enakomernost induktivnosti.

Vzamimo za primer T1 transformator, je srednja vrednost T1 ponovno določena na 4,00H, s tem, da se enakomernost induktivnosti transformatorja kontrolira znotraj ±10% srednje vrednosti. Poleg tega je bistveno zagotovljeno, da je induktivnost vsake serije transformatorjev, ki zapustijo tovarno, bistveno enakomerna z novodoločeno srednjo vrednostjo.