Ein Transformator ist ein Gerät zur Übertragung elektrischer Energie zwischen zwei Teilen eines Stromkreises, das eine Isolierung schafft und gleichzeitig Strom und Spannung ändert. Transformatoren sind ein wesentlicher Bestandteil der meisten elektrischen Systeme. Leistungstransformatoren werden insbesondere dann eingesetzt, wenn ein hoher Wirkungsgrad bei der Stromübertragung erwartet wird. Je nach Anwendungsfall kann das Gerät kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Volllast betrieben werden.

Kleintransformatoren, die in kommerziellen elektrischen Geräten verwendet werden, können aus zwei verschiedenen Kernformen bestehen: ei oder quadratische Form und Ringkernform. Ringkerntransformatoren sind elektrische Bauteile, die aus Kupferdraht bestehen, der um einen zylindrischen Kern gewickelt ist. In der Vergangenheit wurde die EI-Kernform bevorzugt. Allerdings werden Ringkerntransformatoren aufgrund ihrer einzigartigen Form und ihrer Vorteile bei Anwendungen, die eine geringe Leistung erfordern, immer dominanter.



Aufbau von Ringkerntransformatoren

Eisenkern: Der Kern eines gewöhnlichen Transformators besteht aus übereinander gestapelten Siliziumstahlblechen. Der Kern eines Ringkerntransformators besteht aus gewickeltem Siliziumstahlband. Seine Funktion besteht darin, in der Primärspule unter der Einwirkung von Wechselstrom einen magnetischen Wechselstrom zu erzeugen. Der magnetische Wechselstrom im Kern induziert das elektrische Potenzial in der Sekundärspule, so dass eine Niederspannungsstromversorgung entsteht. Der Eisenkern ist der Hauptkörper, der die Umwandlung von elektrischer, magnetischer und elektrischer Energie vollzieht.

Wicklung: Im Allgemeinen aus isolierten flachen oder runden Kupferdrähten, die auf einen Wickelform gewickelt sind. Er enthält Primär- und Sekundärwicklungen (Hoch- und Niederspannung). Die Funktion der Primärwicklung besteht darin, einen Teil der Primärseite des Transformators zur Vervollständigung des Erregungsprozesses einzuführen und den anderen Teil der Sekundärwicklung mit elektrischer Energie zu füllen. Die Sekundärwicklung hat die Aufgabe, die magnetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und diese zu übertragen. Die Wicklungen werden in der Regel nach einem bestimmten Schema angeschlossen.

Körperisolierung: Dies beinhaltet Primär- und Sekundärisolierung, Isolierung zwischen den Windungen, Kernisolierung und Isolierung zwischen den Schalen. Die verwendeten Materialien sind Pappe, Epoxidharz, verschiedene Isoliermaterialien und Transformatorenöl. Transformatorenöl hat nicht nur eine gute Isolierwirkung, sondern trägt auch dazu bei, die Wärme aus dem Transformator abzuleiten und den Kern und die Spulen zu kühlen.


Ein Transformator ist ein Gerät zur Übertragung elektrischer Energie zwischen zwei Teilen eines Stromkreises, das eine Isolierung schafft und gleichzeitig Strom und Spannung ändert. Transformatoren sind ein wesentlicher Bestandteil der meisten elektrischen Systeme. Leistungstransformatoren werden insbesondere dann eingesetzt, wenn ein hoher Wirkungsgrad bei der Stromübertragung erwartet wird. Je nach Anwendungsfall kann das Gerät kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Volllast betrieben werden.

Kleintransformatoren, die in kommerziellen elektrischen Geräten verwendet werden, können aus zwei verschiedenen Kernformen bestehen: ei oder quadratische Form und Ringkernform. Ringkerntransformatoren sind elektrische Bauteile, die aus Kupferdraht bestehen, der um einen zylindrischen Kern gewickelt ist. In der Vergangenheit wurde die EI-Kernform bevorzugt. Allerdings werden Ringkerntransformatoren aufgrund ihrer einzigartigen Form und ihrer Vorteile bei Anwendungen, die eine geringe Leistung erfordern, immer dominanter.



Aufbau von Ringkerntransformatoren

Eisenkern: Der Kern eines gewöhnlichen Transformators besteht aus übereinander gestapelten Siliziumstahlblechen. Der Kern eines Ringkerntransformators besteht aus gewickeltem Siliziumstahlband. Seine Funktion besteht darin, in der Primärspule unter der Einwirkung von Wechselstrom einen magnetischen Wechselstrom zu erzeugen. Der magnetische Wechselstrom im Kern induziert das elektrische Potenzial in der Sekundärspule, so dass eine Niederspannungsstromversorgung entsteht. Der Eisenkern ist der Hauptkörper, der die Umwandlung von elektrischer, magnetischer und elektrischer Energie vollzieht.

Wicklung: Im Allgemeinen aus isolierten flachen oder runden Kupferdrähten, die auf einen Wickelform gewickelt sind. Er enthält Primär- und Sekundärwicklungen (Hoch- und Niederspannung). Die Funktion der Primärwicklung besteht darin, einen Teil der Primärseite des Transformators zur Vervollständigung des Erregungsprozesses einzuführen und den anderen Teil der Sekundärwicklung mit elektrischer Energie zu füllen. Die Sekundärwicklung hat die Aufgabe, die magnetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und diese zu übertragen. Die Wicklungen werden in der Regel nach einem bestimmten Schema angeschlossen.

Körperisolierung: Dies beinhaltet Primär- und Sekundärisolierung, Isolierung zwischen den Windungen, Kernisolierung und Isolierung zwischen den Schalen. Die verwendeten Materialien sind Pappe, Epoxidharz, verschiedene Isoliermaterialien und Transformatorenöl. Transformatorenöl hat nicht nur eine gute Isolierwirkung, sondern trägt auch dazu bei, die Wärme aus dem Transformator abzuleiten und den Kern und die Spulen zu kühlen.



Der Kern des Ringkerntransformators besteht aus hochwertigem, kaltgewalztem Siliziumstahlblech (die Blechdicke liegt in der Regel unter 0,35 mm), das nahtlos gewalzt wird, so dass seine Kernleistung besser ist als die des herkömmlichen gestapelten Blechkerns. Die Wicklung des Ringkerntransformators ist gleichmäßig auf den Kern gewickelt, und die Richtung der von der Wicklung erzeugten magnetischen Linien stimmt fast genau mit dem magnetischen Kreis des Kerns überein, wodurch die Erregungsenergie und der Kernverlust im Vergleich zum laminierten Typ um 25 % reduziert werden.

Funktionsprinzip

Transformatoren beruhen auf elektromagnetischer Induktion. Der Physiker Michael Faraday entdeckte 1831 die elektromagnetische Induktion, als er feststellte, dass die Stärke eines elektrischen Stroms proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des Magneten und der Anzahl der Windungen der Spule ist.

Transformatoren machen sich dieses proportionale Verhältnis zunutze. Ringkerntransformatoren funktionieren nach demselben Prinzip wie Transformatoren, nämlich nach den Prinzipien der elektrisch-magnetischen und magnetisch-elektrischen Umwandlung. Die unten abgebildete Schaltung dient zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips eines Transformators. Wenn die Wechselspannung U1 an beiden Enden der Primärwicklung L1 (die Anzahl der Windungen ist N1) des Transformators anliegt, fließt der Wechselstrom I1 durch L1, der sofort ein Magnetfeld erzeugt, dessen magnetische Induktionslinien entlang eines gut leitenden Kerns mit der Sekundärwicklung L2 (die Anzahl der Windungen ist N2) gekoppelt sind, wobei L2 sofort ein induziertes elektrisches Potential erzeugt, das einer Stromversorgung entspricht. Da L2 mit der Last R als geschlossener Stromkreis verbunden ist, fließt am Ausgang von L2 ein Wechselstrom I2 durch die Last R. Die Spannung an R ist U2.



Die Ausgangsspannung wird erzeugt, wenn das Magnetfeld die Sekundärwicklung durchläuft. Die Höhe der erzeugten Spannung hängt von der Anzahl der Sekundärwicklungen zu den Primärwicklungen ab. Bei einem Verhältnis von 2:1 wird sie halbiert, bei einem Verhältnis von 1:2 wird sie verdoppelt.

Vorteile von Ringkerntransformatoren

1. Hohe Effizienz

Die einzigartige Form dieser Transformatoren ermöglicht die Verwendung kürzerer Wicklungen, was zu geringeren Verlusten und damit zu einer höheren Systemeffizienz führt. Da Ringkerntransformatoren einen höheren Wirkungsgrad haben als andere Leistungstransformatoren, erzeugen sie im Betrieb weniger Wärme, was sich in niedrigeren Betriebstemperaturen niederschlägt. Dies wiederum reduziert den Bedarf an Kühlgeräten.

Der Kern hat keinen Luftspalt, der Laminierungsfaktor kann bis zu 95 % oder mehr betragen, die Permeabilität des Kerns kann 1,5 bis 1,8 T erreichen (laminierte Kerne können nur 1,2 bis 1,4 T standhalten), der elektrische Wirkungsgrad beträgt bis zu 95 % oder mehr und der Leerlaufstrom ist nur 10 % desjenigen des laminierten Typs.

2. Niedrigere Betriebstemperatur

Da der Eisenverlust 1,1 W/kg erreichen kann, ist der Eisenverlust sehr gering, wenn der Temperaturanstieg des Kerns sehr niedrig ist. Die Wärmeableitung der Wicklung ist sehr gut, wenn die Kerntemperatur niedrig ist, so dass der Temperaturanstieg des Transformators sehr gering ist.

3. Kompaktere Größe, geringeres Gewicht

Beim Ringkerntransformator sind alle Wicklungen symmetrisch über den gesamten Kern verteilt, was zu sehr kurzen Leitungslängen führt. Da der magnetische Fluss in die gleiche Richtung wie das Rollen des Kerns gerichtet ist, werden erhebliche Einsparungen bei Größe und Gewicht erzielt und die magnetische Flussdichte erhöht.

Aufgrund der geringeren Größe und des geringeren Gewichts sind Ringkerntransformatoren ideal für kompakte elektrische Produkte. Darüber hinaus kann STEPPERONLINE Transformatoren speziell für die räumlichen Gegebenheiten des Kunden konzipieren.

4. Geringere magnetische Streufelder und EMI-Strahlung

Der Ringkerntransformator hat keinen Luftspalt und die Wicklungen sind gleichmäßig um den Ringkern gewickelt, was zu einer geringen magnetischen Streuung und EMI-Strahlung führt. Die Primär- und Sekundärwicklungen, die den Kern abdecken, wirken als Abschirmung gegen die erzeugten Magnetfelder und schützen so die empfindlichen elektronischen Geräte in der Umgebung während des Transformatorbetriebs. Ringkerntransformatoren können in hochempfindlichen elektronischen Geräten ohne zusätzliche Abschirmung eingesetzt werden, z. B. in Schwachstromverstärkern und medizinischen Geräten.

Ringkerntransformatoren haben keinerlei Auswirkungen auf die Umwelt und den menschlichen Körper, was sie zu einer gesunden Energiequelle macht.

5. Weniger Vibrationsgeräusche

Die Konstruktion von Ringkerntransformatoren trägt zur Unterdrückung hörbarer Geräusche bei. Die Kerne sind dicht gewickelt, punktgeschweißt, geglüht und mit Epoxidharz beschichtet oder mit Mylarband isoliert. Die gleichmäßige Wicklung des Kerns hinterlässt keine Luftspalten, so dass es keine losen Teile für Vibrationen gibt, was letztlich zu weniger magnetostriktionsbedingtem Brummen führt.

6. Dimensionale Flexibilität

Ringkerntransformatoren bieten ein hohes Maß an Flexibilität bei den Größenverhältnissen im Vergleich zu herkömmlichen laminierten Transformatoren. Die Längen-, Breiten- und Höhenverhältnisse des Ringkerns können leicht verändert werden, um eine Form zu entwerfen, die den gewünschten Größen entspricht.

7. Einfachere Installation

Der Ringkerntransformator ist einfach zu installieren. In den meisten Fällen sind nur eine Metallzentrierscheibe und Montageschrauben oder -bolzen erforderlich, so dass die Installation schnell und einfach ist.

Andere beliebte Befestigungsmethoden sind:

- Kunstharzverguss mit Messingeinsätzen oder Durchgangslöchern

- Drucklose Montageplatte

- Vollständig gekapselt in einem Kunststoff- oder Metallgehäuse

- PCB-Montage (Durchgangsbohrung)

- DIN-Schienen-Montage

8. Energieeinsparung

Ringkerne haben sehr geringe Eisenverluste, typischerweise 1,1 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz. Diese geringen Eisenverluste führen zu sehr niedrigen Magnetisierungsströmen und damit zu einem niedrigen Energieverbrauch im Standby-Modus. Die geringeren Leerlaufverluste sparen im Standby-Modus noch mehr Energie.


Anwendungen von Ringkerntransformatoren

Ringkerntransformatoren werden häufig in elektronischen Anwendungen als Hilfsmittel zum Herab- und Heraufsetzen von Spannungen eingesetzt. Das Gerät kann auch verwendet werden, um elektronische Geräte von Streuspannungsquellen zu isolieren. Es gibt eine große Vielfalt an Transformatoren, die unterschiedliche Anwendungen erfüllen können. Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die verschiedenen derzeit verfügbaren Ringkerntransformatoranwendungen gegeben.

Schrittmotorindustrie: hauptsächlich für ein- und mehrphasige Schrittmotoren und AC-Servomotoren.

Maschinenindustrie: hauptsächlich für die Industrie, z. B. für die Steuerung von Werkzeugmaschinen, CNC-Maschinen, usw.

Audio-/Videogeräte: hauptsächlich für Audiosysteme, Audioverstärker usw. verwendet.

Medizinische Industrie: für medizinische Testinstrumente verwendet, um die Rolle der Sicherheit Isolierung zu spielen.

Instrumentenindustrie: wird bei verschiedenen Testinstrumenten und -geräten verwendet.

Industrie für erneuerbare Energien: Einsatz in Solarwechselrichtern, in der Regel zur Spannungserhöhung.

Vernebelungs- und Befeuchtungsindustrie: wird hauptsächlich zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit eingesetzt, z. B. in landwirtschaftlichen Gewächshäusern und im Gemüseanbau.

Elektrische Steuerung: zum Beispiel für Strom- und Spannungswandler. Hochpräzise und stabile Transformatoren können mit dem Toroidal-Transformator-Verfahren hergestellt werden.

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