Wir haben Tausende von Ringkerntransformatoren für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt und hergestellt. Unsere Ingenieure verfügen über das Wissen und die Erfahrung, um eine Lösung zu entwickeln, die Ihren spezifischen Anforderungen entspricht. Aber was macht eigentlich einen guten Ringkerntransformator aus? Hier sind die wichtigsten Faktoren.

Auswahl des Kernmaterials

Im Allgemeinen wird der Preis eines Transformators durch seinen Kern und das Kupfer bestimmt, wobei alle anderen Materialien nur 10 bis 15 % zum Preis beitragen. Die Preise für Kupfer werden in der Regel an der London Metal Exchange (LME) festgelegt, aber die Kosten für den Kern können je nach Materialwahl stark variieren. Einige Billighersteller (viele mit Sitz in China) können die Preise senken, indem sie recycelten Stahl (Güteklasse B) für ihre Transformatorkerne verwenden. Dieses billigere Kernmaterial geht jedoch auf Kosten einer geringeren Zuverlässigkeit und Leistung.

Hochleistungskerne werden aus einem kontinuierlichen Band aus hochwertigem Primärstahl gefertigt, wodurch keine Luftspalte und losen Stahlbleche oder Lamellen entstehen, die Vibrationen verursachen könnten. Die Verwendung von Primärmaterial ermöglicht es den Ingenieuren zudem, Transformatoren an einem von den Werken spezifizierten magnetischen Induktionspunkt zu entwerfen, wodurch die mit den Transformatoren verbundenen Verluste reduziert werden.

Geringe Geräuschentwicklung und hohe Effizienz sind zwei häufige Gründe für die Wahl von Ringkerntransformatoren. Talema hat spezielle Fertigungstechniken entwickelt, um die leisesten Kerne zu liefern, die möglich sind, ohne die üblichen Nachteile wie höhere Verluste und größere Abmessungen.

Auswahl des Wickeldrahtes

Draht für Wicklungen in elektrischen Geräten wird im Allgemeinen als Wickeldraht bezeichnet. Sowohl Aluminium als auch Kupfer werden für diesen Zweck verwendet, aber Kupfer wird bei Ringkerntransformatoren aufgrund seiner Strombelastbarkeit, der Kosten, der Größe sowie der elektrischen und thermischen Eigenschaften im Allgemeinen bevorzugt.

Die Wicklungen eines Ringkerntransformators liegen über die gesamte Oberfläche des Transformators frei – dies ermöglicht eine optimale Abfuhr der Abwärme aus den Kupferwicklungen. Dies erlaubt es dem Entwickler oft, einen etwas kleineren Drahtquerschnitt zu verwenden, als es sonst ratsam wäre – ohne die spezifizierte Temperaturgrenze zu überschreiten –, sofern die Lastregelung und Effizienzüberlegungen dies zulassen. Doppelt beschichteter Emailledraht ist ebenfalls wichtig, um das Risiko eines Kurzschlusses nach dem Wickeln des Drahtes um den Kern zu verringern.

Auch der Wickelprozess des Ringkerntransformators ist von besonderer Bedeutung. Der Wicklungsaufbau kann die Streuinduktivität stark beeinflussen, daher muss bei spezifischen Ableitstromanwendungen besondere Sorgfalt walten.

Wickeltechniken unserer Ringkerntransformatoren

Die Wicklung des Emailledrahtes muss gleichmäßig angeordnet und nivelliert sein, und die Wickelstärke der Maschine muss richtig eingestellt werden, um eine Perforation des Emailledrahtes im Wickelprozess zu vermeiden. So kann der Emailledraht den Ringkern gleichmäßig umschließen, ohne dass die Gefahr eines Kurzschlusses besteht.

Bankwicklungstechnik

Eine Bankwicklung ist eine Wicklung, bei der die Spule so gewickelt wird, dass Teile einer Gesamtwicklung in einer Reihe von tortenförmigen Segmenten um den Ringkern gewickelt werden. Nachdem die gewünschte ungerade Anzahl von Segmenten in eine Richtung (im Uhrzeigersinn) gewickelt wurde, wird die nachfolgende gerade Anzahl von Segmenten in die andere Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) gewickelt. Dies wird wiederholt, bis die Wicklung abgeschlossen ist. Die Bankwicklung reduziert den maximalen Windung-zu-Windung-Spannungsgradienten oder die Belastung der Leiterisolierung erheblich. Dies bietet Schutz gegen Spannungsspitzen, die in jeder Anwendung sehr häufig vorkommen.

Zwischenwicklung-Isolierungstechnik

Die Zwischenwicklung-Isolierungstechnik platziert eine Schicht Mylar-Isolierung in der Mitte einer einzelnen Primärwicklung oder zwischen den einzelnen Wicklungen in einer dualen Primärkonfiguration.

Auswahl geeigneter Isolationsmaterialien

Das Isolationsmaterial des Ringkerntransformators bestimmt seine Sicherheit und Lebensdauer. Je besser das Isolationsmaterial, desto stärker ist die Schlagfestigkeit. Eine ordnungsgemäße Isolierung reduziert die Möglichkeit von Kurzschlüssen und Leckagen erheblich, was eine sehr lange Lebensdauer des Transformators ermöglicht.

Im Allgemeinen müssen alle Transformatoren internationale Sicherheitsstandards erfüllen, wie sie beispielsweise von den Underwriters Laboratories (UL) und der International Electrotechnical Commission (IEC) herausgegeben werden. Diese Sicherheitsvorschriften spezifizieren Isolationsdaten für trockene, kunststoffbasierte Isolierungen, die zwischen Primär- und Sekundärwicklungen in Ringkerntransformatoren verwendet werden, wie z. B. die minimale Gesamtdicke der Isolierung (DTI), die Mindestanzahl der Kunststofffolienschichten und die Mindestkriechstrecke entlang der Oberfläche des Isolationsmaterials.

Ringkerntransformatoren erfordern eine Isolierung an verschiedenen Stellen oder Phasen der Konstruktion. Internationale Sicherheitsstandards legen Mindestanforderungen für die Gesamtdicke der Isolierung sowie die Anzahl der Isolationsschichten und die erforderliche Kriechstrecke fest. Die Isolierung erfolgt zwischen dem Ringkern und der ersten Wicklung (Grundisolierung), zwischen aufeinanderfolgenden Wicklungen (Zwischenwicklung-Isolierung) und auf der Außenseite der letzten Wicklung (Außenumhüllung).

Die Kernisolierung wird in der Regel auf eine der folgenden Arten hergestellt:

1. Aushärten einer Isolierschicht aus Kunststoff oder Keramikmaterial auf der Außenfläche des Kerns.
2. Anbringen von Kunststoffkappen auf der Ober- und Unterseite des Kerns.
3. Wickeln eines schmalen Streifens aus Kunststoffmaterial in überlappender Weise durch das Mittelloch des Ringkerns.

Die ersten beiden Methoden der Kernisolierung sind nicht für eine auf einer Wicklung angeordnete Isolierung geeignet, da eine Wicklung der hohen Aushärtungstemperatur nicht standhalten kann und die Größe und Form der Wicklungen so variabel sind, dass standardisierte Kappen nicht verwendet werden können. Die Isolierung von Wicklungen erfolgt daher fast ausschließlich durch das überlappende Wickeln eines schmalen Kunststoffstreifens durch die Mitte des Ringkerns.

Imprägnierung

Transformatoren mit niedrigen Nennleistungen und kleinen Drahtgrößen können imprägniert werden, um eine längere Lebensdauer zu erreichen und Kurzschlüsse zu vermeiden. In speziellen Anwendungen wie im Audiobereich wird der Ringkern oft imprägniert, um hörbares Brummen zu unterbinden.

Anschlussdrähte und Isolierschläuche

Wie bei der Isolierung müssen auch Anschlussdrähte und Isolierschläuche den internationalen Sicherheitsstandards entsprechen. Talema verwendet in der Regel Anschlussdrähte der UL-Kategorie AVLV2 mit Kabeln für mindestens 300 V und Isolierschläuche der UL-Kategorie YDPU2/UZFT2 mit Schläuchen für mindestens 300 V. Beide werden gemäß den Normen EN61558, UL5085, UL60601-1 und UL62368 ausgewählt. Anschlussdrähte und Schlauchmaterialien höherer Spannungs-/Temperaturkategorien werden bei Transformatoren höherer Isolationsklassen (Klasse B und F) verwendet.

Elektrostatischer Schirm

Elektrostatische Schirme werden manchmal zu Ringkerntransformatoren hinzugefügt, um elektrostatische Störungen aus dem Stromnetz herauszufiltern und im Falle eines Ausfalls der Hauptisolierung gegen Erde abzuleiten. Die Schirme werden unter Verwendung einer Kupferschicht-Wickelspule konstruiert, die mit Polyester isoliert ist und in der Regel zwischen der Primär- und Sekundärwicklung gewickelt wird. Es stehen zwei Konstruktionstechniken zur Verfügung: außen geschlossen und außen offen.

Magnetischer Schirm

Ringkerntransformatoren haben von Natur aus bereits geringe magnetische Streufelder. Wenn eine weitere Reduzierung erforderlich ist, können die Transformatoren mit einer zusätzlichen magnetischen Abschirmung geliefert werden. Diese Abschirmung verwendet ein dünnes Blech aus kornorientiertem Siliziumstahl mit mehreren Schichten, die eng um den Umfang des Ringkerntransformators gewickelt und mit einer Außenumhüllung fixiert sind.

Verguss oder Verkapselung

Thermoplastisches Material wird für den Verguss oder die Verkapselung verwendet und bietet einen hervorragenden Schutz gegen Stöße und Vibrationen. Das Vergussmaterial kann auf Wunsch auch wärmeleitend sein.

Fazit

Die Gesamtqualität eines Ringkerntransformators wird durch viele Designentscheidungen bestimmt. Wie bei jeder technischen Komponente sind die Kosten eine Funktion der Materialqualität und der Konstruktionstechniken. Die Entwicklungsingenieure bei Etal verfügen über jahrzehntelange kombinierte Erfahrung in der Entwicklung kundenspezifischer Magnetik und helfen Ihnen gerne bei der Spezifikation von Komponenten für Ihr nächstes Projekt. Kontaktieren Sie uns noch heute!