Alles, was Sie über Transformatorkerne wissen müssen (die Grundlagen!)

GNEE-Stahl Siliziumstahl für Transformatoren

Ein wesentlicher Bestandteil jedes Stromnetzes sind seine elektrischen Transformatoren. Wie der Name schon sagt, ist die Rolle vonTransformatorkernebesteht darin, die Eingangsspannung in eine gewünschte Ausgangsspannung umzuwandeln oder zu „transformieren“. Die Energie kann auf höhere Spannungen erhöht oder auf niedrigere Spannungen reduziert werden. Ein Beispiel dafür, dass der Energieverbrauch erhöht werden muss, ist der Transport über weite Strecken, da dies die Effizienz erhöht.
Wenn die Energie dann von den Stromleitungen in Wohnhäuser fließt, wird sie heruntergeregelt, bevor sie in den Unterbrecherkasten gelangt. Um diese Aufgaben zu erfüllen, können elektrische Transformatoren so groß wie Gebäude oder so klein wie Mobiltelefone sein.

Verschiedene Teile eines elektrischen Transformators bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Wicklungen bestehen meist aus Kupfer oder Aluminium, während die Bleche aus Stahl, häufig Siliziumstahl, bestehen. Kerne können unter anderem auch aus Eisen, amorphen Metallen und Ferritkeramik bestehen.

Über Transformers: The Core

Das Zentrum eines Transformators wird Kern genannt. Dabei fließt der Strom durch eine Primärwicklung und erzeugt einen magnetischen Fluss. Wenn das Magnetfeld die Sekundärwicklung durchschneidet, nimmt die Sekundärwicklung die Spannung auf. Die Leistung wird im Verhältnis zur Anzahl der Windungen jeder Wicklung erhöht oder verringert. Mehr Windungen an der Sekundärwicklung und die Spannung steigen. Weniger Umdrehungen, und es nimmt ab.

Die beiden Haupttypen von Transformatorkernen sind der Manteltyp und der Kerntyp. Bei Schalenkernen umgeben die Kerne die Wicklung. Im Gegensatz dazu wird der Kerntyp durch die den Kern umgebenden Wicklungen charakterisiert, wie in der Grafik unten zu sehen ist.

Kerntypkonfigurationen werden für Hochspannungs-/Hochleistungsanforderungen verwendet. Obwohl ihre Leistungsverluste tendenziell höher sind, sind die Wicklungen im Kerntyp leicht verfügbar und daher ist die Wartung einfacher als bei Manteltransformatoren. Da bei Kerntransformatoren die Wicklungen auf separaten Schenkeln angeordnet sind, wird bei der Herstellung von Kerntransformatoren schließlich mehr Kupfer benötigt.

Andererseits werden Schalenkerne für Anwendungen mit geringerer Leistung verwendet. Sie haben weniger Energieverluste, aber die Wartung ist schwieriger, weil die Wicklungen schwerer zu erreichen sind. Die bessere Energieeindämmung ist darauf zurückzuführen, dass die Wicklungen näher beieinander liegen und der magnetische Fluss einen geschlossenen Weg um die Spulen hat, auf dem er sich fortbewegen kann. Im Gegensatz zum Kerntransformator ermöglichen Manteltransformatoren eine natürliche Kühlung. Auch die mechanische Festigkeit von Manteltransformatoren ist höher.

Die Kopplung bzw. elektromagnetische Verbindung zwischen den beiden Wicklungen muss gut aufgebaut sein, um Verluste zu vermeiden. Darüber hinaus sollten die Stahlschichten, aus denen die Struktur des Kerns besteht, möglichst durchlässig sein, um den magnetischen Fluss von einer Wicklung zur anderen zu leiten. Durch das Stapeln dünner Laminatschichten anstelle eines Kerns aus einem massiven Stück werden Wirbelströme und Erwärmung reduziert.

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