Was macht einen guten Ringkerntransformator aus?

Auswahl des Kernmaterials

Im Allgemeinen wird der Preis eines Transformators durch seinen Kern und das Kupfer bestimmt, wobei alle anderen Materialien nur 10~15% zum Preis beitragen. Die Preise für Kupfer werden im Allgemeinen von der Londoner Metallbörse (LME) festgelegt, aber die Kosten für den Kern können je nach Materialauswahl stark variieren

Einige Billighersteller (viele mit Sitz in China) können die Preise senken, indem sie für ihre Transformatorkerne recycelten Stahl (Güteklasse B) verwenden. Dieses billigere Kernmaterial geht jedoch auf Kosten einer geringeren Zuverlässigkeit und Leistung.

Hochleistungskerne werden aus einem kontinuierlichen Band aus hochwertigem, neuem Stahl hergestellt, so dass keine Luftspalten, losen Stahlbleche oder Lamellen entstehen, die Vibrationen verursachen könnten. Die Verwendung von neuem Material ermöglicht es den Ingenieuren auch, Transformatoren mit einem von den Werken festgelegten magnetischen Induktionspunkt zu konstruieren, wodurch die mit den Transformatoren verbundenen Verluste reduziert werden.

Geringes Rauschen und hoher Wirkungsgrad sind zwei beliebte Gründe für die Wahl von Ringkerntransformatoren. Talema hat spezielle Fertigungstechniken entwickelt, um die leisesten Kerne zu liefern, ohne die üblichen Nachteile wie höhere Verluste und größere Abmessungen.

Auswahl des Magnetdrahtes

Der in elektrischen Geräten verwendete Wickeldraht wird im Allgemeinen als Magnetdraht bezeichnet. Sowohl Aluminium als auch Kupfer werden für diesen Zweck verwendet, aber Kupfer wird in Ringkerntransformatoren aufgrund seiner Strombelastbarkeit, seiner Kosten, seiner Größe und seiner elektrischen und thermischen Eigenschaften im Allgemeinen bevorzugt.

Die Wicklungen eines Ringkerntransformators sind über die gesamte Oberfläche des Transformators freigelegt, so dass die Abwärme der Kupferwicklungen optimal abgeführt werden kann. Dies ermöglicht es dem Konstrukteur oft, einen etwas kleineren Drahtquerschnitt zu verwenden, als es sonst ratsam wäre - ohne die angegebene Temperaturanstiegsgrenze zu überschreiten -, wenn die Lastregelung und der Wirkungsgrad dies zulassen.

Zweifach beschichteter Lackdraht ist auch wichtig, um das Risiko eines Kurzschlusses zu verringern, nachdem der Draht um den Kern gewickelt wurde.

Wickeltechniken

Auch der Wickelvorgang des Ringkerntransformators ist besonders wichtig. Die Konstruktion der Wicklung kann die Streuinduktivität stark beeinflussen, so dass bei bestimmten Leckstromanwendungen besondere Sorgfalt geboten ist.

Die Wicklung des Lackdrahtes muss gleichmäßig angeordnet und nivelliert sein, und die Wickelstärke der Maschine muss richtig eingestellt sein, um eine Perforation des Lackdrahtes beim Wickeln zu vermeiden. So kann der Lackdraht den Ringkern gleichmäßig umschließen, ohne dass die Gefahr eines Kurzschlusses besteht.

Technik der Bankenabwicklung

Bei einer Reihenwicklung ist die Spule so gewickelt, dass Teile der Gesamtwicklung in einer Reihe von tortenförmigen Windungen gewickelt sind. Segmente um den Toroid. Nachdem die gewünschte ungerade Anzahl von Segmenten in einer Richtung (im Uhrzeigersinn) gewickelt wurde, wird die nachfolgende gerade Anzahl von Segmenten in der anderen Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) gewickelt. Dies wird so lange wiederholt, bis die Wicklung vollständig ist. Durch die Reihenwicklung wird der maximale Spannungsgradient von Windung zu Windung bzw. die Belastung der Leiterisolierung erheblich reduziert. Dies bietet Schutz gegen Spannungsspitzen, die in jeder Anwendung sehr häufig auftreten.

Technik der Isolierung der Wicklungen

Bei der Zwischenwicklungsisolierung wird eine Mylar-Isolierschicht in der Mitte einer einzelnen Primärwicklung oder zwischen einzelnen Wicklungen in einer Doppelprimärkonfiguration angebracht.

Auswahl geeigneter Dämmstoffe

Das Isoliermaterial des Ringkerntransformators bestimmt seine Sicherheit und Lebensdauer. Je besser das Isoliermaterial ist, desto höher ist die Stoßfestigkeit. Eine ordnungsgemäße Isolierung verringert die Möglichkeit von Kurzschlüssen und Leckagen erheblich, was eine sehr lange Lebensdauer des Transformators ermöglicht.

Im Allgemeinen müssen alle Transformatoren internationalen Sicherheitsnormen entsprechen, wie z. B. denen der Underwriters Laboratories (UL) und der International Electrotechnical Commission (IEC). In diesen Sicherheitsnormen sind Isolationsdaten für die Trockenisolierung auf Kunststoffbasis festgelegt, die zwischen Primär- und Sekundärwicklungen in Ringkerntransformatoren verwendet wird, z. B. die Mindestgesamtdicke der Isolierung (DTI), die Mindestanzahl der Kunststofffolienschichten und die Mindestkriechstrecke entlang der Oberfläche des Isoliermaterials.

Ringkerntransformatoren müssen an verschiedenen Stellen oder in verschiedenen Bauphasen isoliert werden. In den internationalen Sicherheitsnormen sind Mindestanforderungen an die Gesamtdicke der Isolierung sowie die Anzahl der Isolierschichten und die erforderliche Kriechstrecke festgelegt. Die Isolierung erfolgt zwischen dem Ringkern und der ersten Wicklung (Masseisolierung), zwischen den aufeinanderfolgenden Wicklungen (Zwischenwicklungsisolierung) und an der Außenseite der letzten Wicklung (äußere Umhüllung).

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

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

Die ersten beiden Methoden der Kernisolierung eignen sich nicht für die Isolierung auf einer Wicklung, da eine Wicklung der hohen Aushärtetemperatur nicht standhalten kann und die Größe und Form von Wicklungen so unterschiedlich ist, dass keine standardisierten Kappen verwendet werden können. Die Isolierung auf Wicklungen erfolgt daher fast ausschließlich durch das Aufwickeln eines schmalen Kunststoffstreifens in der Mitte des Ringkerns in überlappender Weise.

Imprägnierung

Transformatoren mit geringer Nennleistung und kleinem Drahtdurchmesser können imprägniert werden, um eine längere Lebensdauer zu erreichen und Kurzschlüsse zu vermeiden. Bei speziellen Anwendungen, z. B. im Audiobereich, wird der Ringkern oft imprägniert, um hörbares Brummen zu unterdrücken.

Leitungsdrähte und Muffen

Wie die Isolierung müssen auch die Zuleitungsdrähte und Muffen den internationalen Sicherheitsnormen entsprechen. Talema verwendet in der Regel Leitungsdrähte der UL-Kategorie AVLV2 mit einem Minimum von 300 V und Muffen der UL-Kategorie YDPU2/UZFT2 mit einem Minimum von 300 V Schläuchen. Beide werden gemäß den Normen EN61558, UL5085, UL60601-1 und UL62368 ausgewählt. Zuleitungsdrähte und Ummantelungsmaterial höherer Spannungs-/Temperaturkategorien werden bei Transformatoren höherer Isolationsklassen (Klasse B und F) verwendet.

Elektrostatische Abschirmung

Elektrostatische Abschirmungen werden manchmal zu Ringkerntransformatoren hinzugefügt, um elektrostatische Störungen aus dem Stromnetz herauszufiltern und im Falle eines Ausfalls der Hauptisolierung zur Erde abzuleiten. Die Abschirmung besteht aus einer mit Polyester isolierten Kupferschichtwicklung, die in der Regel zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen gewickelt wird. Es gibt zwei Bauweisen: außen geschlossen und außen offen.

Magnetische Abschirmung

Ringkerntransformatoren haben bereits von Natur aus geringe magnetische Streufelder. Wenn eine weitere Reduzierung erforderlich ist, können die Transformatoren mit einer zusätzlichen magnetischen Abschirmung geliefert werden. Diese Abschirmung besteht aus einem dünnen Blech aus kornorientiertem Siliziumstahl, das in mehreren Lagen eng um den Umfang des Ringkerntransformators gewickelt und mit einer äußeren Umwicklung befestigt ist.

Verguss oder Verkapselung

Thermoplastisches Material wird zum Vergießen oder Verkapseln verwendet und bietet einen hervorragenden Schutz gegen Stöße und Vibrationen. Das Vergussmaterial kann auf Wunsch auch wärmeleitend sein.

Schlussfolgerung

Die Gesamtqualität einer Ringkerntransformator wird durch viele Designentscheidungen bestimmt. Wie bei jedem technischen Bauteil sind die Kosten eine Funktion der Qualität der Materialien und der Konstruktionstechniken. Die Konstruktionsingenieure von Talema verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung kundenspezifischer Magnete und helfen Ihnen gerne bei der Spezifikation von Komponenten für Ihr nächstes Projekt. Kontakt heute!