Processförbättring för konsekvent transformertillverkning: Induktanskontroll och prestandaoptimering

Eftersom det finns ett brist på tillverkare av sådana transformatorer på marknaden, utformar vi dem inomhus. Vi ger tekniska specifikationer till våra partners och anger material som högtemperatur-lackerade trådar.

Elektriska signaler från nedborringsverktyg, som skickas via dessa transformatorer, påverkar tillförlitligheten i signalerna från formationen till ytan. Genom att förbättra konsistensen hos transformatorerna ökar vi signalens jämnhet, vilket förbättrar noggrannheten hos verktygen och vår konkurrenskraft på marknaden.

Våra vanliga signalltransformatorer är EI-typ, med kärnor av 40–80 μΩ·cm högpermeabilitets permalloy, metallhöljda och silikonimpregnerade. Konsistensen hos transformatorerna beror både på design och tillverkning. För T1-transformatorer leder låg efterfrågan till manuell produktion, vilket orsakar kvalitetsproblem. Tidigare partier visade dålig induktanskonsistens (±30% av centralvärdet, varierande mellan partier), vilket hindrade kretstilljustering och slutproduktens noggrannhet.

1 Analyser av processfaktorer som påverkar konsistensen

För att hantera inkonsekvenser i transformatorernas prestanda orsakade av manuella åtgärder och små serier måste ansträngningar fokuseras på processförbättringar. Transformatorernas tillverkning täcker flera discipliner, där ledande, magnetiska och isolerande material har mycket varierande egenskaper, vilket gör kontroll svår. Genom marknadsundersökning och analys av materialdata utvecklas en orsak-effekt-diagram för transformatorernas centrala värden och konsistens som följer:

1.1 Analyser av tillverkningsprocessen för EI-typ transformatorer

Utöver de allmänna likheter i transformatorprocessen kräver EI-typens unika karaktäristik en omfattande analys av 14 terminala faktorer i figur 1. De viktigaste faktorerna som påverkar prestanda är:

• Värmbehandling av permalloy-material: På grund av brist på strikta värmbehandlingsprocesser, leder små serier till erfarenhetsbaserad temperaturkontroll, justering av kärnblad och ugnsvakuum. Dessa faktorer påverkar kritiskt rening av legerns ytterytors orenheter och förbättring av magnetiska egenskaper (t.ex. järnförlust, permeabilitet).

• Variabilitet i materialmagnetiska prestanda: Inhemskt legematerial har osäkra egenskaper. Permally-partier visar skillnader i magnetisk prestanda, vilket minskar konsistensen.

• Monteringsstress på kärnblad: Ojämn extern stress under montering försämrar magnetiska egenskaper (typiskt >10% påverkan). Välja platta kärnblad och exakt montering förbättrar konsistensen.

1.2 Processförbättringsåtgärder

Baserat på dessa huvudsakliga orsaker till T1-transformatorernas induktansinkonsekvens implementeras riktade processförbättringar.

2 Processförbättringsåtgärder och genomförande
2.1 Operatörer strängt kontrollerar värmbehandlingsprocessen

• Innan värmbehandling arrangerar du permalloy-kärnbladen ordentligt och så platta som möjligt så att de inte böjs efter behandlingen, vilket minskar stress vid montering. Samtidigt kontrollerar du burkar på kärnbladen efter pressning innan värmbehandling. Om burkar är allvarliga, föreslår du reparation innan värmbehandling.

• Följ strängt kurvan i figur 2 för värmbehandling. Höj temperaturen jämnt under 3 timmar tills ugnstemperaturen når 1150°C, håll temperaturen i 4 timmar, sänk sedan temperaturen till 400°C under 5 timmar innan du tar bladen ur ugnen.

• Strängt följ originalprocesskraven för vakuumtryck. Använd en SG-3 kompositvakuummeter för avluftning, uppnå ett vakuum på 10-20 Pa.

2.2 Välj 3–5 partier av kärnbladsmaterial, bearbeta dem separat och jämför prestanda

• Genomför jämförande verifiering av 1J85 permalloy kärnbladsmaterial. Ta ungefär 1 000 blad (EI-blad) per parti, märk varje med ugnnummer, utför värmbehandling i 3 separata körningar, spåra/registrera prestandaskilnader. Använd en HP4225LCR-bryggtester (frekvens: 1 kHz) för att mäta induktans (H) för grupper L1–2. Data är som följer:

Slutsats: När man jämför ovanstående data, visar permalloy kärnblad som behandlats i 3 körningar i stort sett konsekvent prestanda, vilket uppfyller kravet på att ligga inom ±10% av 4H-centralvärdet.

• Reservera några kärnblad för att jämföra prestanda med nästa partis inkommande material, vilket möjliggör ytterligare verifiering av nästa partis råmaterial.

• Välj platta kärnblad och infoga dem i samma riktning, vilket minimerar stress på bladen.

Testdata för färdiga transformatorer innan bockmontering: Frekvens = 1 kHz (HP4225LCR-tester). Mät vindning L1–2 (H) vid 20°C (rumstemperatur). Specifika data är som följer:

Efter testning förblir transformatorernas data i stort sett oförändrade efter impregnation.

2.3 Justering av induktanskonsistens

En metod med enskilda blad interfoliering används. Ett enskilt EI-blad har en buk. Vid infogning håll riktningen av buken konsekvent. Genom att jämföra flera infogningar i samma spole, upptäcks det att när bukriktningen är konsekvent, är induktansen relativt större, cirka 18mH. I motsats, om bukriktningen inte är konsekvent vid infogning, är induktansen cirka 15mH. Därför, genom att använda metoden att hålla bukriktningen konsekvent vid infogning, kan induktansen finjusteras genom manuell justering av den lilla skillnaden i luftgapet mellan E- och I-blad, vilket ger justeringsutrymme eller marginal, och därigenom uppnås bättre induktanskonsistens.

Med T1-transformatoren som exempel, fastställs T1:s centrala värde omigen som 4.00H, vilket kontrollerar transformatorernas induktanskonsistens inom ±10% av centralvärdet. Dessutom säkerställs det i stort sett att induktansen för varje parti transformatorer som lämnar fabriken är i stort sett konsekvent med det nyligen fastställda centralvärdet.