Как мультиметром проверить импульсный трансформатор

Конструкция преобразователя

Перед тем как приступить непосредственно к проверке импульсного трансформатора (ИТ), желательно знать, как он устроен, понимать принцип действия и различать существующие виды. Такое импульсное устройство используется не только как часть блока питания, его задействуют при построении защиты от короткого замыкания в режиме холостого хода и в качестве стабилизирующего элемента.

Импульсный трансформатор используется для преобразования величины тока и напряжения без изменения их формы. То есть он может изменить амплитуду и полярность различного рода импульса, согласовать между собой различные электронные каскады, создать надёжную и устойчивую обратную связь. Поэтому главным требованием, предъявляемым к нему, является сохранение формы импульса.

Добиваются этого снижением паразитных величин, таких как межвитковая ёмкость и индуктивность, путём использования небольших сердечников, расположением витков, уменьшением числа обмоток. Основными характеристиками трансформатора являются: мощность и рабочее напряжение. Конструктивно устройство может быть выполнено в следующем виде:

• стержневом — магнитопровод такого трансформатора выполняется из П-образных пластин, обхваченных обмотками;
• броневом — используются Ш-образные пластины, а обмотки располагаются в катушках, образуя своеобразную броню;
• тороидальном — его вид напоминает геометрическую фигуру тор, при этом он не имеет катушек, а обмотка наматывается на сердечник;
• смешанном (бронестержневом) — собирается из четырёх катушек и магнитопровода совмещённого типа.

Магнитопровод в трансформаторе выполняется из пластин электротехнической стали, кроме тороидальной формы, в которой он сделан из рулонного или ферромагнитного материала. Каркасы катушек размещаются на изоляторах, а провода используются только медные. Толщина пластин подбирается в зависимости от частоты.

Расположение обмоток может быть выполнено спиральным, коническим и цилиндрическим видом. Особенностью первого типа является использование не проволоки, а широкой тонкой фольгированной ленты. Второго — выполняются с различной толщиной изоляции, влияющей на напряжение между первичной и вторичной обмотки. Третьего же типа представляют собой конструкции с намотанной проволокой на стержень по спирали.

FBTest v1.1 — прибор для проверки трансформаторов: обзор и тестирование

«FBTest v1.1», прибор для обнаружения короткозамкнутых витков.

Введение.

Есть у ремонтника такое понятие — интуиция, очень важный показатель, который на самом деле является просто эквивалентом количества проведенных однотипных ремонтов. Поэтому с большой долей вероятности специалист может определить неисправный ВЧ трансформатор по косвенным признакам, по сопротивлению обмотки, по характеру неисправности или интуитивно. В случае если нет богатого опыта ремонтов, определить неисправный ВЧ трансформатор, даже специалисту бывает довольно сложно, только путем замены обвязки элементов трансформатора и ШИМ. Проблема хоть и трудоемкая, но редко возникающая, поэтому вопрос по проверке ВЧ трансформатора в импульсных блоках питаниях не стоял остро, пока в ремонт не стали попадать промышленные импульсные блоки питания.

Самое неприятное в диагностике неисправного трансформатора, это тот факт, что вывод об его неисправности делается уже после замены элементов первичных и вторичных цепей.

Немного теории.

Упрощенная схема включения ВЧ трансформатора flayback блока питания

Чтобы понять необходимость проверки исправности ВЧ трансформатора достаточно рассмотреть подключение ВЧ трансформатора. При выходе из строя силового ключа, до момента пока не уйдут в обрыв драйвер и токовый датчик по первичной обмотке протекает значительный постоянный ток.

Вышедший из строя токовый датчик, говорит о значительном протекавшем токе и сильном нагреве резисторов

Такой режим работы хоть и кратковременный, но все же связан со значительным нагревом первичной обмотки, как вариант возможно появление короткозамкнутых витков из за повреждения изоляции проволоки в результате перегрева. Соответственно, в таком случае, замена только силового ключа, драйвера, датчика тока, генератора — будет безрезультатной, требуется замена ВЧ трансформатора. Поэтому диагностика исправности ВЧ трансформатора делает диагностику на порядок дешевле и быстрее.

Немного практики.

Нельзя сказать, что нет способа проверить ВЧ трансформатор, на самом деле их множество. Самый распространенный это подключение ВЧ трансформатора к импульсному блоку питания, если блок питания выйдет из режима, то трансформатор имеет короткозамкнутый виток. Для этого вторичная обмотка тестируемого ВЧ трансформатора включается ко вторичной обмотке ВЧ трансформатора рабочего импульсного блока питания. Следует обратить внимание на тот факт, что слишком длинные провода до тестируемого трансформатора могут сорвать работу блока питания при отсутствии неисправности в проверяемом трансформаторе.

Красными точками отмечены места подключения ВТОРИЧНОЙ обмотки проверяемого трансформатора

Данный способ требует определенной сноровки и опыта, и к тому же требует предварительного демонтажа тестируемого трансформатора.

«FBTest v1.1», прибор для обнаружения короткозамкнутых витков.

Гораздо проще воспользоваться готовым/самодельным прибором для обнаружения короткозамкнутых витков. Такие приборы работают по принципу резкого падения добротности колебательного контура при короткозамкнутых витках.

Колебательный контур с высокой (вверху) и низкой (внизу) добротностью.

Если посчитать количество колебаний до полного затухания, то можно гарантированно сделать выводы о наличии короткозамкнутых витков по добротности катушки.

«FBTest v1.1» прибор, который можно отнести к серии готовых функциональных изделий, то есть имеет корпус и сразу после покупки готов к использованию. Сам по себе прибор выполнен в лаконичном стиле, на корпусе размером со спичечный коробок, полностью отсутствуют органы управления. Задача прибора посчитать и отобразить количество импульсов до затухания, затуханием считается амплитуда импульса менее 15% от начального.

Габариты «FBTest v1.1» можно охарактеризовать как минимальные.

Включение прибора осуществляется замыканием щупов, а выключение происходит автоматически. Количество посчитанных колебаний отображается в шестнадцатеричном исчислении, так как колебаний не бывает больше 16, то хватает дисплея с одним знакоместом. Сам дисплей выполнен на ЖКИ, соответственно прибор имеет минимальное электропотребление до 5 мА в пиковом режиме. ЖКИ дисплей защищен от повреждений прозрачным пластиковым окошком, так что его можно смело бросать в сумку с инструментами, без боязни раздавить дисплей. К основным преимуществам прибора можно отнести не только сверхмалые габариты, но и размах входного измерительного импульса 0.5В, на практике это означает, что измерение исправности трансформатора можно проводить не выпаивая, так как измерительный импульс в принципе не сможет открыть PN переход активных элементов.

Корпус прибора открывается ногтем, под крышкой мы наблюдаем плату на ATmega48 и пальчиковую батарейку АА.

Плата измерителя «FBTest v1.1», вид со стороны деталей

Плата измерителя «FBTest v1.1», вид со стороны дисплея

На фото не очень хорошо видно, но на плате имеется интерфейс для внутрисхемного программирования, который закрыт бипером. Не смотря на обилие надписей, клеммы батарейки не подписаны, для ориентировки черный щуп сидит на минусе батарейки, он же контакт с пружиной.

Использование прибора.

Так как основные ВЧ трансформаторы встречающиеся в нашей мастерской – это трансформаторы импульсных блоков питания и питания CCFL ламп в инверторах мониторов то рассматривать будем только их. Судя по названию FBTtest, прибор изначально задумывался для проверки строчных трансформаторов ТВС/ТДКС (англ. flyback transformer (FBT)), которые имели тенденцию выходить из строя, при этом иметь высокий ценник, что бы держать подобный ЗИП на подмену. Современный коммерческий импульсный блок питания имеет конструкцию, которая обеспечивает высокий ресурс ВЧ трансформатора, поэтому возможность выхода трансформатора напрямую зависит от выхода из строя силового ключа или грифлика. Другая картина наблюдается в промышленном импульсном блоке питания, воздействие агрессивных сред, высокая влажность, резкие перепады температуры делают слабым местом именно трансформатор, который в свою очередь выводит из строя силовой ключ. Чаще всего страдают ВЧ трансформаторы в зарядных устройствах для аккумуляторов, в сварочных инверторах, которые хранятся в гаражах и на балконах. В связи с этим при ремонте прибор актуален при ремонте промышленных импульсных блоков питания. Для диагностики коммерческих вариантов блоков питания – удобный, но не обязательный инструмент, дело даже не в том, что в них трансформаторы не часто выходят из строя, а в том, что перемотка трансформатора удовольствие трудоемкое и соответственно недешевое. Часть ремонтных мастерских при ремонте не занимается перемоткой трансформаторов, а купить новый, не всегда представляется возможным. Трансформаторы в инверторах LCD мониторах имеют большую вероятность выхода из строя по отношению к трансформаторам в блоках питания, с чем это связано точно сказать не можем, но приходилось мотать ВЧ трансформаторы, процесс более сложный, чем мотать ВЧ трансформатор для БП.

Трансформаторы розжига ламп CCFL проверять гораздо проще, в основной своей массе это трансформатор с явно выраженными обмотками, у которых прибор может проверить только первичную обмотку (с стороны силовых ключей), вторичную обмотку (со стороны CCFL ламп) прибор не обнаруживает, слишком малое напряжение импульса. Результаты измерения подтверждают практику.

Неисправный трансформатор инвертора CCFL ламп

Этот же неисправный трансформатор, закорачиваем обмотку в обрыве.

Этот же неисправный трансформатор, закорачиваем обмотку, которая звонится как 1280ом.

Исправный трансформатор инвертора CCFL ламп

С трансформаторами импульсного БП все несколько сложнее, большое количество обмоток, как минимум одна первичная, одна вторичная (может быть больше), одна для питания ШИМ. Проверять есть смысл только первичную обмотку, так как остальные показывают полный бред, причем независимо, впаянный или выпаянный трансформатор. Найти неисправный трансформатор не удалось, поэтому короткозамкнутый виток эмулируем перемычкой.

Исправный трансформатор импульсного БП

Несправный трансформатор импульсного БП

Если не хватает навыков определить первичную обмотку, проверяйте все обмотки, если хоть одна даст цифру более 4, то ВЧ трансформатор исправный.

К сожалению, прибор не может определить короткозамкнутые витки на НЧ трансформаторах, трансформаторы выполнены на пермаллое(набор из Ш-образные тонких пластин) недоступны для диагностики.

Измерения которые мы не можем объяснить.

Пример заведомо неисправного трансформатора, который как ни странно определяется исправным.

Показания FBTest v1.1, на заведомо неисправном трансформаторе

Сопротивление правой обмотки

Сопротивление левой обмотки

Принцип работы устройства

Принцип действия ИТ основан на возникновении электромагнитной индукции. Так, если на первичную обмотку подать напряжение, то по ней начнёт протекать переменный ток. Его появление приведёт к возникновению непостоянного по своей величине магнитного потока. Таким образом, эта катушка является своего рода источником магнитного поля. Этот поток по короткозамкнутому сердечнику передаётся на вторичную обмотку, индуцируя на ней электродвижущую силу (ЭДС).

Величина напряжения на выходе зависит от отношения числа витков между первичной обмоткой и вторичной, а от сечения используемого провода зависит максимальная сила тока. При подключении к выходу мощной нагрузки увеличивается потребление тока, что при малом сечении проволоки приводит трансформатор к перегреву, повреждению изоляции и перегоранию.

Работа ИТ зависит также от частоты сигнала, который подаётся на первичную обмотку. Чем выше будет эта частота, тем меньшие потери будут происходить при трансформации энергии. Поэтому при высокой скорости подаваемых импульсов размеры устройства могут быть меньшими. Достигается это работой магнитопровода в режиме насыщения, а для снижения остаточной индукции используется небольшой воздушный зазор. Этот принцип и используется при построении ИТ, на который подаётся сигнал с длительностью всего в несколько микросекунд.

Подготовка и проверка

Для проверки на работоспособность импульсного трансформатора можно использовать как аналоговый мультиметр, так и цифровой. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования. Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления. После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко. Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

С цифровым мультиметром проще. В его конструкции используется анализатор, который следит за состоянием батареи и при ухудшении её параметров выводит на экран тестера сообщение о необходимой её замене.

При проверке параметров трансформатора используется два принципиально разных подхода. Первый заключается в оценке исправности непосредственно в схеме, а второй — автономно от неё. Но важно понимать, что если ИТ не выпаять из схемы, или хотя бы не отсоединить ряд выводов, то погрешность измерения может быть очень большой. Связано это с другими радиоэлементами, шунтирующими вход и выход устройства.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация. Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

• повреждение сердечника;
• отгоревший контакт;
• пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
• разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.

Исследование на обрыв и КЗ

Для проверки целостности обмоток лучше всего использовать цифровой тестер, но можно исследовать их и с помощью стрелочного. В первом случае используется режим прозвонки диодов, обозначенный на мультиметре символом -|>| —))). Для определения обрыва к цифровому прибору подключаются измерительные провода. Один вставляется в разъёмы, обозначенные V/Ω, а второй — в COM. Галетный переключатель переводится в область прозвонки. Измерительными щупами последовательно дотрагиваются до каждой обмотки, красным — к одному её выводу, а чёрным — к другому. При её целостности мультиметр запищит.

Аналоговым тестером проверка выполняется в режиме замера сопротивлений. Для этого на тестере выбирается наименьший диапазон измерения сопротивлений. Это может быть реализовано через кнопки или переключатель. Щупами прибора, так же как и в случае с цифровым мультиметром, дотрагиваются до начала и конца обмотки. При её повреждении стрелка останется на месте и не отклонится.

Таким же образом происходит проверка на короткое замыкание. Возникнуть КЗ может из-за пробоя изоляции. В результате сопротивление обмотки уменьшится, что приведёт к перераспределению в устройстве магнитного потока. Для проведения тестирования мультиметр переключается в режим проверки сопротивления. Дотрагиваясь щупами до обмоток, смотрят результат на цифровом дисплее или на шкале (отклонение стрелки). Этот результат не должен быть менее 10 Ом.

Чтобы убедиться в отсутствии КЗ на магнитопровод, одним щупом прикасаются к «железу» трансформатора, а вторым — последовательно к каждой обмотке. Отклонения стрелки или появления звукового сигнала быть не должно. Стоит отметить, что прозвонить тестером межвитковое замыкание можно только в приближённом виде, так как погрешность прибора довольно высока.

Измерения напряжения и тока

При подозрении на неисправность трансформатора тестирование можно провести, и не отключая его полностью от схемы. Такой метод проверки называется прямым, но связан с риском получить удар электрическим током. Суть действий в измерении тока заключается в выполнении следующих этапов:

• из схемы выпаивается одна из ножек вторичной обмотки;
• провод чёрного цвета вставляется в гнездо мультиметра COM, а красного — подключается к разъёму, обозначенному буквой А;
• переключатель устройства переводится в положение, соответствующее зоне ACA.
• щупом, подключённым к красному проводу, касаются свободной ножки, а к чёрному — места, к которому она была припаяна.

При подаче напряжения, если трансформатор работоспособный, через него начнёт протекать ток, значение которого и можно будет увидеть на экране тестера. Если ИТ имеет несколько вторичных обмоток, то сила тока проверяется на каждой из них.

Измерение же напряжения заключается в следующем. Схема с установленным трансформатором подключается к источнику питания, а затем тестер переключается на область ACV (переменный сигнал). Штекеры проводов вставляются в гнёзда V/Ω и COM и прикасаются к началу и концу обмотки. Если ИТ исправен, то на экране отобразится результат.

Снятие характеристики

Чтобы иметь возможность проверить трансформатор мультиметром таким методом, необходима его вольт-амперная характеристика. Этот график отображает зависимость между разностью потенциалов на выводах вторичных обмоток и силы тока, приводящей к их намагничиванию.

Суть метода лежит в следующем: трансформатор извлекается из схемы, на его вторичную обмотку с помощью генератора подаются импульсы разной величины. Подводимой на катушку мощности должно быть достаточно для насыщения магнитопровода. Каждый раз при изменении импульса измеряется сила тока в катушке и напряжение на выходе источника, а магнитопровод размагничивается. Для этого после снятия напряжения ток в обмотке увеличивается за несколько подходов, после чего снижается до нуля.

По мере снятия ВАХ её реальная характеристика сравнивается с эталонной. Снижение её крутизны свидетельствует o появление в трансформаторе межвиткового замыкания. Важно отметить, что для построения вольт-амперной характеристики необходимо использовать мультиметр с электродинамической головкой (стрелочный).

Таким образом, используя обычный мультиметр, можно с большой долей вероятности определить работоспособность ИТ, но для этого лучше всего выполнить комплекс измерений. Хотя для правильной интерпретации результата, следует понимать принцип работы устройства и представлять, какие процессы происходят в нём, но в принципе для успешного измерения достаточно лишь уметь переключать прибор в разные режимы.

Как проверить импульсный трансформатор мультиметром

Что бы проверить импульсный трансформатор можно использовать как аналоговый прибор, так и цифровой мультиметр. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования. Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Методика проверки аналоговым (стрелочным) измерительным прибором

1. Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления.
2. После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко.
3. Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация. Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

• повреждение сердечника;
• отгоревший контакт;
• пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
• разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.