El transformador se calienta sin carga

Question

Hemos desarmado un transformador de un horno de microondas cortando el núcleo, colocando un devanado secundario adecuado para nuestros propósitos (por lo que el transformador produce 16VAC rms) y luego soldando el núcleo con tig. Ahora el núcleo se calienta mientras el transformador está sin carga en el secundario. Al calentarse, me refiero a que el núcleo se pone demasiado caliente para tocarlo en aproximadamente una hora. El primario y el secundario no se calientan por sí mismos, es decir, están más fríos que el núcleo.

¿Qué podría estar causando esto? ¿Hay algún truco para solucionarlo?

Answer 1

Espera, ¿cortaste el núcleo?

Bueno, felicidades, lo has arruinado/severamente dañado.

Los transformadores están hechos de muchas láminas de acero, con capas aislantes muy delgadas entre ellas. Esto es para evitar que las pérdidas por corriente de Foucault causen mucho calentamiento, como has descubierto.

De Wikipedia:

Los materiales ferromagnéticos también son buenos conductores y un núcleo hecho de dicho material también constituye una sola vuelta en cortocircuito a lo largo de toda su longitud. Por lo tanto, las corrientes de Foucault circulan dentro del núcleo en un plano normal al flujo, y son responsables del calentamiento resistivo del material del núcleo. La pérdida por corriente de Foucault es una función compleja del cuadrado de la frecuencia de suministro y del inverso del cuadrado del grosor del material. Las pérdidas por corriente de Foucault pueden reducirse haciendo que el núcleo esté formado por una pila de placas eléctricamente aisladas entre sí, en lugar de ser un bloque sólido; todos los transformadores que operan a bajas frecuencias utilizan núcleos laminados o similares.

Los transformadores de microondas suelen ser algo poco eficientes, ya que no se utilizan durante un período significativo de tiempo. Un transformador de microondas estándar se calentará notablemente si permanece en carga por un tiempo. Acabas de aumentar las pérdidas muchas veces, al hacer un cortocircuito en las láminas.

No hay nada que puedas hacer con el transformador que tienes. Necesitas conseguir otro transformador, y no cortar el núcleo para quitar el secundario. Debes quitar el secundario sin dañar o abollar significativamente el núcleo, y luego enrollar tu nuevo secundario en su lugar, pasando el alambre a través del núcleo.

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Por si vale la pena, los transformadores de microondas suelen funcionar bastante calientes sin carga. ¿Has comparado este transformador con otro, sin daños en el núcleo?

Estaría interesado en algunas mediciones del consumo de energía en vacío en el transformador alterado, en comparación con uno estándar. Eso te permitiría medir el aumento en las pérdidas debido a las corrientes de Foucault.

Answer 2

Los transformadores de hornos de microondas (MOT) son generalmente malos candidatos para otras aplicaciones por varias razones:

• Están diseñados para proporcionar una alta potencia de salida por costo, por lo que "cortan esquinas" o empujan los límites en el diseño.

  • Usan bien su cobre, es decir, tienen pérdidas de cobre más altas de lo habitual.

  • Usan bien su hierro, es decir, hacen funcionar bien el núcleo de "hierro" hasta su curva de saturación y por lo tanto tienen altas pérdidas en el núcleo.

  • Piensan que provienen del Mote prime: están diseñados para impulsar una carga capacitiva, por lo que agregan intencionalmente un derivador magnético entre primario y secundario para proporcionar una inductancia de fuga intencional para compensar el manejo de la carga objetivo.

Típicamente tienen alrededor de 1 vuelta por voltio, tal vez menos. Por lo tanto, un bobinado de 16 VCA probablemente tendría alrededor de 12 a 16 vueltas. Si bobinar esto en el espacio disponible es difícil (las barras de cobre son molestas de bobinar), ¡puede construir un devanado de una sola o unas pocas vueltas a la vez y soldar los devanados juntos! :-)

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Reconstrucción en video de MOT solo he hojeado la página y no he visto el video PERO parece competente.

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Excelente discusión, pautas, limitaciones

Ellos señalan:

¡¡¡NB!!!:

• Quite los derivadores, golpeándolos cuidadosamente con un punzón. Esto mejora la inductancia de fuga para la operación del transformador "normal". En el espacio desocupado por los derivadores, enrolle unas pocas vueltas adicionales del primario, para reducir las vueltas del primario por voltio y, por lo tanto, el flujo del núcleo, y sacar el transformador de la saturación. Esto mejora la corriente de magnetización.

Vea los derivadores mostrados en la foto a continuación:

Y

• ... aumenta la tensión de la pared a alrededor de 2 kVCA, a una potencia generalmente entre 900 W y 1700 W. ¡Ten cuidado, no están limitados por corriente!

  Se trata de un transformador no ideal cuyo propósito es generar típicamente 1 kW de 5 kV CC pulsada en un magnetrón, al impulsar un doblador de media onda.

  La relación de vueltas está diseñada para dar alrededor de 2 kV CA al bobinado secundario principal, cuyo extremo está conectado al núcleo a tierra. Un secundario adicional proporciona una alimentación aislada de típicamente 3 V a 15 A para el calentador del magnetrón.

  Dado que está destinado a impulsar una carga capacitiva, la inductancia de fuga del transformador se aumenta deliberadamente agregando un pequeño derivador magnético entre los bobinados primario y secundario. La inductancia es aproximadamente igual y opuesta a la capacitancia del doblador, y por lo tanto, reduce la impedancia de salida del doblador. Esta inductancia de fuga especificada clasifica al transformador como no ideal.

  El transformador está diseñado para ser lo más económico posible de fabricar, sin tener en cuenta la eficiencia. ... Por lo tanto, el área de hierro se minimiza, lo que resulta en que el núcleo sea llevado a la saturación con altas pérdidas en el núcleo.

  El área de cobre también se minimiza, lo que resulta en altas pérdidas de cobre.
  El calor que generan es manejado por enfriamiento forzado por aire, generalmente por el mismo ventilador que se requiere para enfriar el magnetrón. La saturación del núcleo no es parte de la clasificación no ideal, es simplemente un resultado de la economía de fabricación.

Lo encuentras caminando de forma extraña pero no sabes por qué

Answer 3

Estoy buscando respuestas en línea para la misma pregunta. Debido a que un MOT está construido de la forma más barata posible y está refrigerado por aire forzado, puede significar que todos se sobrecalienten si simplemente los desarmas, sacas el secundario y luego lo conectas a un enchufe de pared. Debes encontrar una forma de "llevarlo a sus límites de diseño como medida de ahorro de costos" menos.

Una manera es un variac, que reduce el voltaje del enchufe de pared de 120VCA a 80VCA o 60VCA. Pero a menos que estén construidos para una alta potencia, también pueden sobrecalentarse. Además, algunos variacs electrónicos modernos pueden generar una gran cantidad de armónicos de alta frecuencia que también causan sobrecalentamiento.

Mi primera idea era simplemente usar un capacitor en serie para limitar la corriente, y aproximadamente 300uF/160V de capacitores de arranque para motores te dan una reactancia de 8 ohmios a 60Hz que tomaría ~15A/120V de un enchufe de pared, como máximo permitido por UL. Pero no tengo uno a mano y el capacitor que viene dentro del microondas es de cerca de 0.8uF.

Así que entonces pensé que realmente solo necesitas reactancia adicional. Una idea que naturalmente viene a la mente como muchos responden en línea es aumentar el número de vueltas primarias pero eso te genera problemas de sobresaturación como se mencionó anteriormente (porque también están ahorrando en hierro).

Nota: en la saturación, el cambio en el flujo magnético con el aumento de la corriente es cero, y no hay "reactancia" que genere un voltaje opuesto más allá del límite de saturación, lo único que detiene el flujo de corriente es la resistividad del cobre en el devanado primario, supongamos que alcanzas la saturación a 110V al agregar demasiadas vueltas primarias, entonces los 10V restantes a 120V generarán corriente como si aplicaras DC 10V al cobre primario sin aislar, lo cual podría ser de decenas de amperios, dependiendo de la resistencia DC primaria.

Entonces la mejor idea que se me ocurre mientras escribo esto, es usar inductancia, pero una separada del núcleo de hierro del transformador de microondas. Básicamente obtienes una bobina de alta potencia (tal vez un motor u otro transformador) que actuaría como un variac, y alimentarías tu transformador a digamos 60V/60Hz, o 80V/60Hz. También usar un segundo inductor en serie es mucho mejor que un capacitor que arriesga crear un circuito resonante de tanque de 60Hz con corrientes enormes, si caes con los valores incorrectos de L y C, y no hay riesgo de eso con un inductor.

Obviamente podrías reducir el voltaje con un alambre de nichrome externo de un secador de pelo, pero la resistencia desperdicia energía, mientras que la reactancia limita el flujo de corriente de CA sin consumir energía (además de tener problemas con el factor de potencia y una gran corriente de cobre de ida y vuelta debido a un bajo factor de potencia, por el cual la compañía de energía eléctrica puede o no cobrarte (los clientes industriales a menudo pagan una penalización por un factor de potencia deficiente, y aplican bancos de capacitores correctores de factor de potencia, o motores/generadores pfc conducidos a la velocidad y deslizamiento correctos para que su inductancia parezca capacitancia).

Un flujo de corriente +90 o -90 grados fuera de fase con el voltaje (carga capacitiva o inductiva) no consume energía IVcos(phi), el motor del generador en la central eléctrica no sentiría una carga adicional, si tuvieras superconductores que te trajeran la energía de la central eléctrica, y no aluminio y cobre.)

Pero sí, construye tu propio regulador de potencia "variac" personalizado con una sola configuración, usualmente esto significa encontrar un inductor adecuado como un motor o un transformador, y todo tu equipo se parecería a un autotransformador reductor. Ahora tengo que ir a buscar algo así también.

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PD. Acabo de medir la resistencia DC primaria en la mía, y era inferior a 0.4 ohmios, que está por debajo del rango preciso de mi medidor, pero sí, está ahí, si llevas el núcleo más allá de la saturación, emitirá mucha corriente a través del cobre de resistencia casi cero.

10V DC a través de 0.4 ohmios son 25 amperios para la porción del ciclo de CA pasada la saturación (rms 110V a 120V, por cierto, el voltaje real (sqrt2)/2=0.707 factor mayor, pico de 155V a 169V real, lo que significa que un solo diodo de corriente directa capacitor se cargará a los 169V de pico CC en un enchufe de pared de 120VCA rms (valor eficaz en raíz), no a 120V, mucha gente no se da cuenta de eso y trata de usar uno con una clasificación de 150V CC en 120VCA, en caso de que intentes usar capacitadores), y podría disparar tus disyuntores de 20A o fusibles de acción rápida en el sótano, dependiendo de lo rápido que reaccionen.

Así que es mejor no poner más vueltas primarias en el mismo núcleo, sino limitar la entrada de potencia externamente. (Los controles de velocidad de motores PWM podrían ser otra forma, si tienes una unidad PWM de 120V, además de problemas de calentamiento por armónicos, si los hay, no he leído sobre eso.)