Hauptfunktionen von Transformatorkernen

Hauptfunktionen von Transformatorkernen:

Da Transformatoren immer mit Wechselstrom (AC) betrieben werden, kommt es aufgrund der Magnetisierung durch den Wechselstrom nicht nur im Widerstand der Wicklungen zu Leistungsverlusten, sondern auch im Kern. Der Transformatorkern besteht aus zwei Teilen: den Kernschenkeln (oder Kernsäulen) und den Jochen. Auf den Kernschenkeln sind die Wicklungen (Spulen) montiert, während die Joche zur Vervollständigung des Magnetkreises dienen. Um Hysterese- und Wirbelstromverluste im Kern zu reduzieren, wird dieser typischerweise durch Stapeln von Siliziumstahlblechen nach bestimmten Regeln zusammengebaut. Diese Platten enthalten etwa 5 % Silizium, haben eine Dicke von 0,35 bis 0,50 mm und sind beidseitig mit Isolierlack von 0,01 bis 0,13 mm Dicke beschichtet.

Der Hystereseverlust ist der Eisenverlust, der während des Magnetisierungsprozesses aufgrund des Phänomens der magnetischen Hysterese entsteht. Die Größe dieses Verlusts ist proportional zur Fläche, die von der Hystereseschleife des Materials umschlossen wird. Da Siliziumstahl eine schmale Hystereseschleife aufweist, führt die Verwendung von Siliziumstahl für den Transformatorkern zu relativ geringen Hystereseverlusten, was den Grad der Erwärmung deutlich reduziert. Darüber hinaus trägt die laminierte (Blech-)Struktur des Kerns dazu bei, eine andere Art von Eisenverlust zu minimieren – Wirbelstromverluste. Wenn der Transformator in Betrieb ist, erzeugt der Wechselstrom in den Wicklungen naturgemäß einen magnetischen Wechselfluss. Dieser sich ändernde magnetische Fluss induziert einen Strom im Kern. Dieser induzierte Strom zirkuliert in Ebenen senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses, daher der Name „Wirbelstrom“. Wirbelstromverluste führen auch zu einer Erwärmung des Kerns. Um Wirbelstromverluste zu reduzieren, ist der Transformatorkern aus gegeneinander isolierten Siliziumstahlblechen gestapelt. Dadurch werden die Wirbelströme gezwungen, durch schmale, längliche Pfade mit kleineren Querschnittsflächen zu fließen, wodurch der elektrische Widerstand entlang des Wirbelstrompfads erhöht wird. Gleichzeitig erhöht der Siliziumanteil im Stahl den spezifischen Widerstand des Materials, was ebenfalls zur Reduzierung von Wirbelströmen beiträgt.