Einführung in Ringkerntransformatoren

A Ringkerntransformator ist ein spezieller Typ elektrischer Transformatoren mit einer donutartigen Form. Ringkerntransformatoren bieten im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren mit Schale und Kern eine höhere Designflexibilität, Effizienz und Kompaktheit. Sie sind eine ideale Lösung für Geräte und Anlagen mit niedrigem KVA-Wert (bis zu 15 KVA), die in der Medizin, der Industrie, bei erneuerbaren Energien und in der Audiotechnik zum Einsatz kommen.

Ein Ringkerntransformator funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, ähnlich wie ein Lineartransformator. Er verfügt über einen Ringkern, der von Primär- und Sekundärwicklungen umgeben ist. Wenn Strom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er eine elektromagnetische Kraft (EMK), die einen Strom in der Sekundärwicklung erzeugt; durch diesen Prozess kann Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule übertragen werden.

Vergleich zwischen Ringkerntransformatoren und konventionellen Lamellentransformatoren

Ringkerntransformatoren sind in der Regel dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren leichter und kleiner sind.

Volumen und Gewicht

Alle Wicklungen in einem Ringkerntransformator sind symmetrisch über den gesamten Kern verteilt, wodurch die Drahtlänge sehr kurz ist. Außerdem ist eine höhere Flussdichte möglich, da der magnetische Fluss in der gleichen Richtung wie die Walzrichtung des kornorientierten Kerns verläuft, was erhebliche Einsparungen bei Volumen und Gewicht ermöglicht. Durch den Draht kann eine höhere Stromdichte fließen, da die gesamte Oberfläche des Ringkerns eine effiziente Kühlung der Kupferwicklungen ermöglicht. Diese geringere Größe macht ihn für kompakte elektrische Produkte nützlicher.

Effizienz

Der ideale magnetische Kreis des Toroids und die Möglichkeit, mit einer höheren Flussdichte als bei E-I-Lamellen zu arbeiten, reduziert die Anzahl der erforderlichen Drahtwindungen und/oder die Kernquerschnittsfläche. Beides führt zu geringeren Verlusten. Ringkerntransformatoren haben in der Regel einen Wirkungsgrad von 90 bis 95 Prozent, während E-I-Lamellen einen typischen Wirkungsgrad von weniger als 90 Prozent aufweisen. In den letzten Jahren wurde der Energieeffizienz von elektrischen Geräten mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Es wurden Gesetze erwogen, die Mindesteffizienzstandards für alle Arten von elektrischen Produkten vorsehen, wobei Beleuchtungs- und Computergeräte am stärksten betroffen sind. Ringkerntransformatoren werden wahrscheinlich als Methode zur Einhaltung dieser neuen Energieeffizienzstandards dienen.

Transformator-Rauschen

Ein hörbares Brummen entsteht in Transformatoren, wenn die Wicklungen und Kernschichten aufgrund der Kräfte zwischen Spulenwindungen und Kernblechen vibrieren. Außerdem nimmt das Brummen mit der Zeit zu, wenn sich die Bleche zu lockern beginnen. Die Konstruktion von Ringkerntransformatoren trägt jedoch dazu bei, akustische Geräusche zu dämpfen. Der Kern ist dicht gewickelt, punktgeschweißt, geglüht und mit Epoxidharz beschichtet oder mit Mylar-Band isoliert. Die gleichmäßige Wicklung des Kerns hinterlässt keine Luftspalten, so dass keine losen Blätter schwingen können, was letztlich zu weniger Brummen führt. Selbst wenn das Brummen beim Einschalten zu hören ist, geht es nach einigen Sekunden auf ein leiseres Niveau zurück. Darüber hinaus ist die Magnetostriktion aufgrund der hohen Qualität des kornorientierten, silikonlegierten Elektrostahls sehr gering, so dass Brummgeräusche fast vollständig eliminiert werden können.

Streufeld

Das Streufeld in Ringkerntransformatoren ist ca. 85-95% geringer als in herkömmlichen laminierten Transformatoren. Das Erreichen niedriger Streufeldwerte ist ein wichtiger Gesichtspunkt für den Geräteentwickler, da dieses Phänomen durch Interferenzen mit empfindlicher Elektronik unerwünschte Störungen verursachen kann. Ein Ringkerntransformator bietet im Allgemeinen eine 8:1-Reduzierung des magnetischen Störpegels im Vergleich zu herkömmlichen rahmenförmigen Laminattypen.

Flexibilität der Dimensionen

Ringkerntransformatoren bieten ein hohes Maß an Flexibilität bei den Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen laminierten Transformatoren. Ringbandkerne können in praktisch jedem Durchmesser und jeder Höhe hergestellt werden.

Magnetisierungsstrom

Die Eisenverluste in einem Ringkerntransformator sind sehr gering, typischerweise 1,1 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz. Diese geringen Eisenverluste führen zu einem sehr geringen Magnetisierungsstrom, der zu den typischerweise hervorragenden Temperaturwerten von Ringkerntransformatoren beiträgt. Dies führt zu einer starken Reduzierung der Leerlaufverluste, was den Ringkerntransformator sehr effizient macht.

Einfacher Einbau

Die Standardbefestigung für Größen bis zu 1000 VA erfolgt mit einer einzelnen Metallzentrierscheibe und einer Befestigungsschraube oder einem Bolzen, was eine schnelle und einfache Installation ermöglicht.

Andere beliebte Befestigungsmethoden sind:

• Harzkernverguss mit Messingeinsätzen oder Durchgangsbohrung
• Drucklose Montageplatten
• Vollständige Kapselung in Kunststoff- oder Metallgehäusen
• PCB-Montage (Durchgangsbohrung)
• Montage auf DIN-Schiene

Ringkerntransformator Anwendungsbereiche

Ringkerntransformatoren können nach einer breiten Palette von Spezifikationen für zahlreiche Anwendungen entworfen und hergestellt werden. Nachfolgend finden Sie einige typische Anwendungsbereiche sowie Beispiele, die Talema für diese Anwendungen hergestellt hat.

High-End-Audiosysteme

Wechselrichter und Ladegeräte

Maschinen zum Schweißen

Elektromechanische Prüfung

HVAC-Systeme für Lokomotiven

Dreiphasiger Industriestrom