Einführung in die Materialien von Transformatorkernen

Einführung in Transformatorkernmaterialien

Der Transformatorkern besteht aus Siliziumstahlblechen. Um den Leistungsverlust (Wärmeerzeugung) innerhalb des Kerns zu reduzieren, wird dieser durch Stapeln von Siliziumstahlblechen mit einer Dicke von 0,23 bis 0,5 mm aufgebaut. Die in Transformatoren verwendeten Siliziumstahlbleche haben einen sehr hohen Siliziumgehalt. Beide Seiten jedes Blattes sind mit Isolierlack beschichtet, der die gestapelten Blätter voneinander isoliert. Die Dicke dieses Isolierlacks beträgt nur wenige Mikrometer (μm).

Kaltgewalzte Stahlbleche werden heutzutage häufig in Leistungstransformatoren verwendet. Im Vergleich zu den bisher verwendeten warmgewalzten Stahlblechen reduzieren sie bei gleicher Leistung (Leistung) das Gewicht und die Abmessungen des Transformators deutlich. Dies liegt daran, dass kaltgewalzte Stahlbleche eine sehr hohe magnetische Permeabilität aufweisen, wenn sie entlang der Walzrichtung magnetisiert werden.

Siliziumstahlbleche gehören zur Kategorie der weichmagnetischen Werkstoffe. Magnetische Materialien besitzen Anisotropie und verschiedene unterschiedliche Eigenschaften. Das bedeutet, dass sie eine oder mehrere Richtungen mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften haben. Wenn entlang dieser Richtungen bis zur Sättigung magnetisiert wird, ist die erforderliche Energie minimal; Daher werden diese Richtungen „leichte Magnetisierungsachsen“ genannt. Die zur Sättigung des Materials in anderen Richtungen erforderliche Energie übersteigt die der leichten Achsen. Daher ist es bei der Verwendung verschiedener magnetischer Materialien wichtig, auf deren spezifische magnetische Ausrichtung zu achten. Verschiedene magnetische Materialien weisen deutliche Vorteile in ihrer magnetischen Leistung auf.

Siliziumstahlbleche sind eines der Schlüsselmaterialien für die Herstellung von Transformatoren und ihre Leistung wirkt sich direkt auf die Gesamtleistung und die geometrischen Abmessungen des Transformators aus. Zunächst müssen die Eigenschaften der Siliziumstahlbleche klar definiert und anschließend der Kernschenkeldurchmesser, die Querschnittsfläche und die Jochquerschnittsfläche bestimmt werden. Die endgültigen Spezifikationen des Kerns werden nach Abschluss der Wicklungsberechnungen festgelegt.

Zu den in Kernen verwendeten Siliziumstahlblechen gehören warmgewalzte Typen (z. B. DR315-50, DR290-50) und kaltgewalzte Typen. Ersteres hat eine schlechtere Leistung und einen höheren spezifischen Verlust (Verlust pro Einheit), während letzteres eine bessere Leistung und einen geringeren spezifischen Verlust bietet, was es zur bevorzugten Wahl für verlustarme Transformatoren macht. Moderne verlustarme Transformatoren verwenden hochwertige, kornorientierte kaltgewalzte Siliziumstahlbleche.