12 Schritte zum Entwerfen von Ringkerntransformatoren

Die Befolgung dieser 12 Schritte bei der Konstruktion von Ringkerntransformatoren gewährleistet eine lange Lebensdauer der Komponenten und eine optimale Leistung.

Schritt 1: Berechnen Sie die EMF des Transformators

Nach der Faradayschen Gleichung für die induzierte Spannung in einer Transformatorwicklung:

Wobei E Spannung in Volt ist
N ist die Anzahl der Umdrehungen
Ac ist die Querschnittsfläche des Magnetkerns in mm²
B steht für die Flussdichte in Tesla  

Hinweis: Ringkerntransformatoren arbeiten normalerweise mit einer höheren Flussdichte als herkömmliche laminierte Transformatoren.

Schritt 2: Berechnen Sie die Nennleistung

Wobei VA steht für Volt-Ampere
V_FL ist Volllast-AC-Sekundärspannung in Volt
I_FL ist Volllast-AC-Sekundärstrom in Ampere

Schritt 3: Arbeitszyklus

Bei intermittierender Last kann ein kleinerer Transformator verwendet werden. Da die Ausgangsleistung in diesem Fall die Nennleistung deutlich überschreitet, sinkt die Sekundärspannung unter die angegebenen Spannungen. Der Spannungsabfall steigt proportional mit dem Strom.

Schritt 4: Netzfrequenz

Die meisten Ringkerntransformatoren sind für den Betrieb in 50/60 Hz-, 60 Hz- oder 400 Hz-Anwendungen ausgelegt. Mit steigender Frequenz nimmt die Transformatorgröße entsprechend ab. Ein 60-Hz-Ringkerntransformator ist ~20% kleiner als ein 50-Hz-Ringkerntransformator.

Schritt 5: Windungsverhältnis

Wobei Vp die Primärspannung in Volt ist
Vs ist die Sekundärspannung in Volt
Np ist die Anzahl der Windungen in der Primärspannung
Ns ist die Anzahl der Windungen in der Sekundärspannung

Schritt 6: Regulierung

Dabei ist V_NL keine Last AC-Sekundärspannung in Volt
V_FL ist Volllast AC-Spannung ist in Volt

Schritt 7: Spannungssenkung

Die Sekundärspannungen und -ströme gelten für normale Ausgangsleistung. Bei Teillast ist die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Transformatorgröße entsprechend höher. Die folgende Abbildung zeigt die Spannungserhöhung für Talema-Standard-Ringkerntransformatoren für Teillasten.

Schritt 8: Temperaturanstieg

Wie aus den folgenden Grafiken ersichtlich ist, sind Talema-Standard-Ringkerntransformatoren für einen Temperaturanstieg von 60 °C bis 70 °C bei Nennlast ausgelegt. Bei der Wahl der Transformatorgröße müssen die Umgebungstemperatur und der Kühlkörperkoeffizient des Montageortes berücksichtigt werden. Die Abbildungen zeigen die typische Temperaturänderung, die in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung oder Überlast auftritt.

Schritt 9: Mehrere Wicklungen oder Einzelwicklungen (Autotransformator)

Ein Spartransformator ermöglicht kleinere Abmessungen und eine wirtschaftlichere Gesamtkonstruktion, wenn keine galvanisch getrennten Wicklungen benötigt werden. Die gleiche Spannungs- und Stromtransformation kann mit einem Spartransformator mit einer Wicklung erreicht werden wie mit einem normalen Transformator mit zwei Wicklungen. Es gibt zwei wesentliche Unterschiede:

1. Beim Spartransformator ist die Sekundärwicklung sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung gemeinsam.
2. Zwischen Primär- und Sekundärkreis besteht eine direkte Kupferverbindung.

Spartransformatoren haben eine niedrigere Streureaktanz, geringere Verluste, kleinere Erregerströme und können kleiner und kostengünstiger als Doppelwicklungstransformatoren sein, wenn das Spannungsverhältnis weniger als 2:1 beträgt. Und natürlich bieten sie keine Isolation.

Talema hat eine Familienzulassung für Spartransformatoren bis 25 KVA für UL5085 (Allzwecktransformatoren) und 40 KVA für UL60601-1 (Transformatoren für medizinische und zahnmedizinische Geräte).

Schritt 10: Berichtigung

Die folgenden Abbildungen geben Formeln zur Berechnung von Richtwerten der Transformatoren und sind in erster Linie abhängig von der Größe des zu verwendenden Ladekondensators. Der angewandte Formfaktor „F“ liegt zwischen 1,1 für kleinere Kondensatoren und 2,5 für relativ große Kondensatoren.

Full Wave Bridge

Center-Tapped Bridge

Schritt 11: Einschaltstrom

Die Eigenschaften, die dem Ringkerntransformator Vorteile verleihen, tragen auch zu einem Nachteil bei: hoher Einschaltstrom beim erstmaligen Anlegen der Leistung. Talema entwickelt erfolgreich Transformatoren mit niedrigem Einschaltstrom.

Das Fehlen einer Lücke im Ringkern bedeutet die maximal mögliche Remanenz (Restmagnetisierung des Kerns in eine bestimmte Richtung und Größe kann bei einem Toroid im Vergleich zu einem E-I-Laminat wesentlich stärker ausgeprägt sein). Dieser Restmagnetismus ist der Mechanismus, durch den alte Computerkernspeicher funktionierten. Der Kern „speichert“ die statische magnetische Vorspannung, wenn der Strom abgeschaltet wird. Erfolgt die Stromentnahme zu einem ungünstigen Zeitpunkt, wird die stärkste magnetische Remanenz im Kern gespeichert. Wenn wieder Strom an die Primärseite angelegt wird, kann der Einschaltspitzenstrom bis zu

ist der Gleichstromwiderstand der Primärwicklung, abhängig von der Leistungsfähigkeit des Transformators und davon, wie stark der Kern magnetisiert wurde. Diese Einschaltstromspitze tritt für kurze Zeit während der ersten oder zweiten Halbperiode der Leistungssinuswelle auf.

Es gibt mehrere Ansätze, um den Einschaltstrom zu adressieren:

1. Hinzufügen eines NTC-Thermistors in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators
2. Verwendung von trägen Sicherungen zur Nutzung verzögerter Aktionen
3. Reduzieren Sie den Restfluss, der den Magnetisierungsstrom im Kern erhöht. Verfahren, die verwendet werden, um Restflussmittel zu reduzieren, umfassen das Einführen eines Spalts oder die Verwendung alternativer Materialien oder Glühverfahren.

Schritt 12: Wärmeschutz

Wir werden zwei Arten von Thermoschutz für Ringkerntransformatoren behandeln: monostabile Sicherungen und automatisch rückstellbare Thermoschalter.

Der Zweck dieser Geräte besteht darin, den Transformator bei Überhitzung abzuschalten. Die monostabile Sicherung dient hauptsächlich zum Schutz vor internen Transformatorfehlern und löst bei einer voreingestellten Temperatur aus. Der automatisch rückstellbare Thermoschalter bietet intermittierenden Schutz vor internen Transformatorfehlern und externen Überlastungen. Dieses Gerät öffnet bei einer voreingestellten hohen Temperatur und schließt bei einer voreingestellten niedrigeren Temperatur. Diese Geräte werden intern am Transformator montiert und mit der Primär- oder Sekundärwicklung in Reihe geschaltet.

One-Shot-Sicherung / Trennsicherung

Thermischer Schalter