Ein Transformator ist ein Gerät zur Übertragung elektrischer Energie zwischen zwei Teilen eines Stromkreises, das eine Isolierung schafft und gleichzeitig Strom und Spannung ändert. Der Transformator ist ein integraler Bestandteil der meisten elektrischen Systeme. Vor allem Leistungstransformatoren werden eingesetzt, wenn ein hoher Wirkungsgrad der Stromübertragung erwartet wird. Je nach Anwendungsfall können die Geräte kontinuierlich oder diskontinuierlich bei voller Leistung betrieben werden.
Kleintransformatoren, die in kommerziellen elektrischen Geräten verwendet werden, können aus zwei verschiedenen Kernformen bestehen. EI oder quadratische Form und toroidale Form. Ringkerntransformatoren sind elektrische Bauteile, die aus Kupferdrähten bestehen, die um einen zylindrischen Kern gewickelt sind. In der Vergangenheit war die EI-Kernform beliebter. Aufgrund ihrer einzigartigen Form und ihrer Vorteile setzen sich Ringkerntransformatoren jedoch immer mehr in Anwendungen durch, die eine geringe Leistung erfordern.
Aufbau von Ringkerntransformatoren
Kern: Der Kern eines gewöhnlichen Transformators besteht aus laminierten Siliziumstahlblechen. Der Kern von Ringkerntransformatoren besteht aus gewickeltem Siliziumstahlband. Seine Aufgabe besteht darin, unter der Einwirkung des Wechselstroms der Primärspule einen magnetischen Wechselstrom zu bilden, der durch den magnetischen Wechselstrom im Kern das elektrische Potential in der Sekundärspule induziert und so eine Niederspannungsstromversorgung bildet. Der Kern ist der Hauptteil, der die Umwandlung von elektrischer Energie, magnetischer Energie und elektrischer Energie ermöglicht.
Wicklung: Sie besteht im Allgemeinen aus isolierten flachen Kupferdrähten oder runden Kupferdrähten, die auf den Wickelkern gewickelt sind. Sie besteht aus zwei Gruppen von Primär- und Sekundärwicklungen (Hochspannung und Niederspannung). Die Aufgabe der Primärwicklung besteht darin, die ursprüngliche Seite des Transformators zum Teil in den Erregungsprozess einzubringen, zum anderen Teil die Sekundärwicklung mit elektrischer Energie zu füllen. Die Sekundärwicklung hat die Aufgabe, die magnetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und sie nach außen zu übertragen. Die Wicklungen werden in der Regel nach einer bestimmten Schaltungsart angeschlossen.
Gehäuseisolierung: Dazu gehören die Primär- und Sekundärisolierung, die Isolierung zwischen den Windungen, die Kernisolierung und die Isolierung zwischen den Schalen. Die verwendeten Materialien sind Pappe, Epoxidharz, verschiedene Isolierstoffe, Transformatorenöl usw. Transformatorenöl hat nicht nur eine gute Isolierwirkung, sondern kann auch die Wärmeableitung des Transformators unterstützen, um den Kern und die Spule zu kühlen.
Der Kern des Ringkerntransformators besteht aus hochwertigem, kaltgewalztem Siliziumstahlblech (die Blechdicke beträgt in der Regel 0,35 mm oder weniger) und ist nahtlos gewalzt, wodurch seine Kernleistung besser ist als die des traditionellen Kerns aus laminierten Blechen.Die Wicklungen des Ringkerntransformators sind gleichmäßig auf den Kern gewickelt, und die Richtung der von den Wicklungen erzeugten magnetischen Linien fällt fast genau mit dem magnetischen Kreis des Kerns zusammen, wodurch die Erregungsenergie und der Kernverlust im Vergleich zum laminierten Typ um 25 % reduziert werden.
Funktionsprinzip
Transformatoren beruhen auf der elektromagnetischen 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.
Der Transformator macht sich diese proportionale Beziehung zunutze. Das Funktionsprinzip des Ringkerntransformators ist dasselbe wie das des Transformators, beide funktionieren nach dem Prinzip der elektrisch-magnetischen und magnetisch-elektrischen Umwandlung. Die nachstehende Schaltung veranschaulicht das Funktionsprinzip eines Transformators. Wenn die Wechselspannung U1 an beide Enden der Primärwicklung L1 des Transformators (die Anzahl der Windungen ist N1) angelegt wird, fließt der Wechselstrom I1 durch L1, L1 erzeugt sofort ein Magnetfeld, die magnetischen Induktionslinien des Magnetfelds werden entlang eines gut leitenden Kerns an die Sekundärwicklung L2 (die Anzahl der Windungen ist N2) gekoppelt, L2 erzeugt sofort ein induziertes elektrisches Potenzial, zu diesem Zeitpunkt ist L2 gleichbedeutend mit einer Stromversorgung. Da L2 als geschlossener Stromkreis mit der Last R verbunden ist, fließt der von L2 abgegebene Wechselstrom I2 durch die Last R. Die Spannung an R ist U2.
Die Magnetfelder erzeugen eine Ausgangsspannung, wenn sie durch die Sekundärwicklung fließen. Die Höhe der erzeugten Spannung hängt von der Anzahl der Spulen in der Sekundärwicklung im Vergleich zur Primärwicklung ab. Bei einem Verhältnis von 2:1 halbiert sie sich, während sie sich bei einem Verhältnis von 1:2 verdoppelt.
Vorteile von Ringkerntransformatoren
1. Hoher Wirkungsgrad
Die einzigartige Form dieser Transformatoren ermöglicht die Verwendung kürzerer Spulen, was zu geringeren Verlusten und damit zu einem höheren Wirkungsgrad des Systems führt. Da Ringkerntransformatoren einen höheren Wirkungsgrad als andere Leistungstransformatoren haben, erzeugen sie während des Betriebs weniger Wärme, was sich in niedrigeren Betriebstemperaturen niederschlägt. Dies wiederum reduziert den Bedarf an Kühlaggregaten.
Der Kern hat keine Luftspalten, der Laminierungsfaktor kann bis zu 95% oder mehr betragen, die Kernpermeabilität kann 1,5~1,8T betragen (der laminierte Kern kann nur 1,2~1,4T aufnehmen), der elektrische Wirkungsgrad ist bis zu 95% oder mehr, der Leerlaufstrom beträgt nur 10% des laminierten Typs.
2. Niedrigere Betriebstemperatur
Da der Eisenverlust 1,1 W/kg beträgt, ist der Kerntemperaturanstieg gering, wenn der Eisenverlust sehr klein ist, und die Wärmeableitung der Wicklung in der unteren Temperatur des Kerns ist gut, so dass der Transformatortemperaturanstieg gering ist.
3. Kompaktere Größe, geringeres Gewicht
Alle Wicklungen eines Ringkerntransformators sind symmetrisch über den gesamten Kern verteilt, was zu sehr kurzen Drahtlängen führt. Da der magnetische Fluss in der gleichen Richtung wie die Walzrichtung des kornorientierten Kerns ausgerichtet ist, sind erhebliche Volumen- und Gewichtseinsparungen sowie eine höhere Flussdichte möglich.
Aufgrund der geringeren Größe und des geringeren Gewichts sind Ringkerntransformatoren ideal für kompakte elektrische Produkte. Darüber hinaus kann STEPPERONLINE einen Transformator speziell für die räumlichen Gegebenheiten des Kunden auslegen.
4. Geringeres magnetisches Streufeld & EMI-Emission
Der Kern des Ringkerntransformators hat keinen Luftspalt, die Wicklung ist gleichmäßig im ringförmigen Kern gewickelt, was zu geringen magnetischen Streufeldern und elektromagnetischer Abstrahlung führt. Die Primär- und Sekundärwicklungen, die den Kern abdecken, wirken als Abschirmung gegen das erzeugte Magnetfeld, wodurch empfindliche elektronische Geräte in der Nähe während des Betriebs vor dem Transformator geschützt werden. Ringkerntransformatoren können in hochempfindlichen elektronischen Geräten ohne zusätzliche Abschirmung eingesetzt werden, z. B. in Schwachstromverstärkern und medizinischen Geräten.
Die Auswirkungen von Ringkerntransformatoren auf die Umwelt und den menschlichen Körper sind völlig vernachlässigbar, was sie zu einer gesunden Energieversorgung macht.
5. Geringere Vibrationsgeräusche
Die Konstruktion von Ringkerntransformatoren trägt dazu bei, hörbare Geräusche zu unterdrücken. 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 keine losen Bleche vibrieren können, was letztlich zu weniger Brummen durch Magnetostriktion führt.
6. Maßliche Flexibilität
Ringkerntransformatoren bieten ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen laminierten Transformatoren. Die Längen-, Breiten- und Höhenverhältnisse von Ringkerntransformatoren können leicht geändert werden, um eine Form zu entwerfen, die den erforderlichen Abmessungen entspricht.
7. Leichtere Montage
Ringkerntransformatoren sind einfach zu installieren. In den meisten Fällen sind nur eine einzige metallische Zentrierscheibe und Befestigungsschrauben oder -bolzen erforderlich, die eine schnelle und einfache Installation ermöglichen.
Andere beliebte Montagemethoden sind:
- Kunstharzverguss mit Messingeinsätzen oder Durchgangsbohrung
- Drucklose Montageplatten
- Vollständige Verkapselung in Kunststoff- oder Metallgehäusen
- PCB-Montage (Durchgangsbohrung)
- DIN-Schienen-Montage
8. Energieeinsparung
Ringbandkerne 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 Standby-Energieverbrauch. Die geringeren Leerlaufverluste sorgen für weitere Energieeinsparungen im Standby-Betrieb.
Anwendungen von Ringkerntransformatoren
Ringkerntransformatoren werden häufig in elektronischen Anwendungen zum Herab- oder Heraufsetzen der Spannung eingesetzt. Das Gerät kann auch verwendet werden, um elektronische Geräte von Streuspannungsquellen zu isolieren. Es gibt eine Vielzahl von Transformatoren, so dass unterschiedliche Anwendungen möglich sind. Nachfolgend eine kurze Beschreibung der aktuellen Anwendungen verschiedener Ringkerntransformatoren:
Schrittmotorindustrie: hauptsächlich für ein- und mehrphasige Schrittmotoren und AC-Servomotoren verwendet.
Maschinenindustrie: hauptsächlich für die Industrie, z. B. für Werkzeugmaschinen, CNC-Maschinen usw.
Audio-/Videogeräte : hauptsächlich für Audiosysteme, Audioverstärker, usw.
Medizinische Industrie : in der medizinischen Testinstrumente verwendet, um die Rolle der Sicherheit Isolierung spielen.
Instrumentenindustrie : für verschiedene Testinstrumente und -geräte.
Industrie für erneuerbare Energien : Einsatz in Solarwechselrichtern, in der Regel zur Spannungserhöhung.
Zerstäubungsbefeuchtungsindustrie: hauptsächlich zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit, z. B. in landwirtschaftlichen Gewächshäusern und Gemüseanbaugebieten.
Elektrische Steuerung: zum Beispiel für Strom- und Spannungswandler. Mit dem Toroidal-Transformator-Verfahren können Transformatoren mit hoher Präzision und Stabilität hergestellt werden.
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