Transformatorkern: Materialien, Struktur, Verluste und Leistung

DerTransformatorkernist einer der Schlüsselbestandteile jedes Transformators. Es sieht vielleicht aus wie ein ziemlich einfacher Stapel Stahl, aber in seinem Inneren ist einiges los.

Der Kern stellt den magnetischen Pfad zwischen der Primär- und Sekundärwicklung bereit. Wenn der Transformator mit Strom versorgt wird, wandert der magnetische Fluss durch diesen Pfad und ermöglicht die Übertragung elektrischer Energie von einer Wicklung zur anderen.

Dabei kommt es nicht nur auf die verwendete Stahlsorte an. Kerngeometrie, Laminierungsdicke, Verbindungsdesign, Schnittqualität, Klemmkraft, Isolierung, Erdung und sogar die Art und Weise, wie der Kern während der Herstellung gehandhabt wird, können sich auf den endgültigen Transformator auswirken.

Diese Details stehen in direktem Zusammenhang mitTransformator-Leerlaufverlust, Leerlaufstrom, Einschaltstrom, Vibration, Transformatorgeräusch, Wirkungsgrad und Lebensdauer.

FürYawei-TransformatorDaher wird das Design des Transformatorkerns als wichtiger Teil des gesamten Transformatordesigns betrachtet und nicht als etwas, das separat betrachtet werden kann.

Übersicht über den Transformatorkern

Der Hauptzweck eines Transformatorkerns besteht darin, einen Pfad mit geringer Reluktanz für den magnetischen Fluss bereitzustellen.

Wenn an die Primärwicklung Wechselspannung angelegt wird, entsteht im Kern ein magnetisches Wechselfeld. Der magnetische Fluss verbindet dann die Sekundärwicklung und induziert darin eine Spannung.

Das klingt einfach genug. Die Herausforderung besteht darin, diesen magnetischen Pfad effizient zu gestalten.

Ein guter Transformatorkern muss die magnetischen Verluste niedrig halten und gleichzeitig eine ausreichende mechanische Festigkeit bieten und die erforderlichen Abmessungen einhalten. Den Kern zu vergrößern ist nicht immer die Lösung. Ein größerer Kern verringert möglicherweise die magnetische Flussdichte, bedeutet aber auch mehr Stahl, mehr Gewicht, größere Abmessungen und höhere Herstellungskosten.

Das Design des Transformatorkerns ist also wirklich ein Balanceaktmagnetische Leistung, Effizienz, mechanische Festigkeit, Kühlung, Größe und Kosten.

Transformatorkernmaterialien

Das Kernmaterial hat einen großen Einfluss auf die Effizienz des Transformators. Es beeinflusstkein-Lastverlust, kein-Laststrom, magnetische Flussdichte und Transformatorrauschen.

Unterschiedliche Transformatoranwendungen erfordern unterschiedliche magnetische Materialien.

Warm-gewalzte magnetische Stahlbleche

In früheren Transformatorkonstruktionen wurde häufig warmgewalzter Magnetstahl verwendet. Es wird durch einen Hochtemperatur-Walzprozess hergestellt und weist im Allgemeinen höhere magnetische Verluste auf als der Elektrostahl, der in modernen Hochleistungstransformatoren verwendet wird.

Aus diesem Grund ist warmgewalzter Magnetstahl heute in modernen Leistungs- und Verteilungstransformatorkernen weniger verbreitet.

Es ist immer noch in älteren Transformatoren und bestimmten Anwendungen zu finden, bei denen die Leistungsanforderungen unterschiedlich sind. Für verlustarme moderne Transformatoren werden jedoch normalerweise andere Materialien bevorzugt.

Kalt-gewalzte, korn-orientierte magnetische Stahlbleche

Kalt-gewalzte kornorientierte-magnetische Stahlbleche, allgemein bekannt als CRGO-Stahl, wird häufig in modernen Transformatorkernen verwendet.

Die Körner im Stahl sind hauptsächlich entlang der Walzrichtung ausgerichtet. Dadurch erhält das Material hervorragende magnetische Eigenschaften in dieser Richtung. Wenn das Material richtig geschnitten, gestapelt und zusammengesetzt wird, kann es einen geringen Kernverlust und einen relativ niedrigen Magnetisierungsstrom liefern.

Einige seiner wichtigen Eigenschaften sind unten aufgeführt.

Hier gibt es einen wichtigen Punkt:Guter CRGO-Stahl bedeutet nicht automatisch einen verlustarmen Transformatorkern.

Ebenso wichtig ist der Herstellungsprozess. Schneiden, Gratkontrolle, Stapelung, Kernverbindungskonstruktion, mechanische Beanspruchung, Klemmdruck und Isolationsqualität können sich alle auf den fertigen Kern auswirken.

Mit anderen Worten: Das Material gibt dem Hersteller einen guten Ausgangspunkt, aber der Herstellungsprozess bestimmt, wie viel von diesem Potenzial tatsächlich ausgeschöpft wird.

Amorphe Legierungsmaterialien

Amorphe Legierungist ein weiteres Kernmaterial, das insbesondere in verlustarmen Verteilungstransformatoren verwendet wird.

Im Gegensatz zu herkömmlichem kornorientiertem Elektrostahl weist eine amorphe Legierung eine nicht{1}kristalline Struktur auf. Es wird normalerweise als sehr dünnes Metallband geliefert und seine magnetischen Eigenschaften können zu sehr geringen Leerlaufverlusten führen.

Dies macht amorphe Legierungen attraktiv für Transformatoren, die kontinuierlich unter Strom stehen.

Selbst wenn ein Transformator nur eine sehr geringe Last trägt, verbraucht sein Kern dennoch Energie. Über Tausende von Betriebsstunden hinweg kann die Reduzierung dieses konstanten Leerlaufverlusts einen spürbaren Unterschied machen.

Der Nachteil? Amorphe Legierungen sind relativ empfindlich. Es erfordert sorgfältige Handhabung, Schneiden, Formen und Zusammenbauen, um Schäden am Material zu vermeiden.

Transformatorkernstruktur

Transformatorkerne werden üblicherweise in drei Haupttypen unterteilt:

Transformatorkern vom Kern--Typ, Transformatorkern vom Schalen--Typ und gewickelter Kern.

Jede Struktur hat ihre eigenen Vorteile und Herstellungsanforderungen. Die Wahl hängt von der Transformatorkapazität, dem Spannungsniveau, der Anwendung, den mechanischen Anforderungen und dem Gesamtdesign ab.

Kern-Typ Transformatorkern

DerKern-Typ Transformatorkernwird häufig in Leistungstransformatoren und Verteilungstransformatoren verwendet.

In einem typischen drei{0}}Phasendesign besteht der Kern aus drei Hauptsäulen, die durch obere und untere Joche verbunden sind. Die Wicklungen werden um die Kernschenkel gelegt.

Dadurch entsteht ein relativ direkter Magnetkreis und eine praktische Anordnung für viele Transformatoranwendungen.

Kern-Typ-Transformator-Kernlaminierungsdiagramm

Ein Transformatorkern besteht nicht aus einem massiven Stahlblock.

Stattdessen besteht es aus vielen dünnen magnetischen Stahlblechen oder Laminaten. Die Lamellen sind elektrisch voneinander isoliert und so gestapelt, dass der erforderliche Magnetkreis entsteht.

Besonders wichtig sind die Kerngelenke. Moderne Transformatorkerne werden häufig verwendetGehrungsverbindungen oder abgestufte -Überlappungsverbindungenum den Fluss des magnetischen Flusses zu verbessern.

Eine schlecht konstruierte oder schlecht montierte Verbindung kann zu einer lokalen Flusskonzentration führen und den Kernverlust erhöhen. Auch wenn das Gelenk wie ein kleines Detail aussieht, kann es einen überraschend großen Einfluss auf die Leistung haben.

Kern-Transformator-Kernklemmkomponenten vom Typ

Der Kern muss während Transport, Installation, Normalbetrieb und Kurzschlussbedingungen mechanisch stabil bleiben.

Zu den Kernspannkomponenten können Spannbalken, Druckplatten, Zugstangen, Stützstrukturen und Isolierteile gehören.

Der Klemmdruck muss sorgfältig kontrolliert werden.

Zu geringer Druck kann dazu führen, dass sich die Lamellen bewegen oder vibrieren. Zu viel Druck kann zu mechanischer Belastung des Magnetstahls führen und möglicherweise den Kernverlust erhöhen.

Es nützt nichts, einfach alles so weit wie möglich zu verschärfen. Es kommt auf einen gleichmäßigen und kontrollierten Druck an.

Kern-Transformatorkern-Verbindungsplatten vom Typ

KernankerplattenVerstärken Sie die Klemmstruktur und tragen Sie dazu bei, die entworfene Geometrie des Kerns beizubehalten.

Sie tragen auch dazu bei, mechanische Kräfte durch die Kernbaugruppe zu verteilen.

Dies wird mit zunehmender Transformatorkapazität immer wichtiger. Während eines Kurzschlusses können starke elektromagnetische Kräfte auf die Wicklungen und umgebenden Strukturen einwirken, sodass das aktive Teil eine ausreichende mechanische Unterstützung benötigt.

Core-Typ Transformer Core Column Binding Straps

Um die Kernsäulen herum können Bindebänder verwendet werden, um die Lamellen zusammenzuhalten und Bewegungen einzuschränken.

Sie verbessern die mechanische Stabilität, müssen jedoch sorgfältig angewendet werden. Übermäßiger Druck durch Bindebänder kann zu Spannungen im Elektroband führen.

Da mechanische Belastung die magnetischen Eigenschaften des Materials verändern kann, kann eine schlechte Kontrolle hier zu höheren Werten führenTransformator kein-Lastverlust.

Kern-Typ Transformatorkernisolierung

Zwischen den einzelnen Lamellen ist eine elektrische Isolierung erforderlich.

Normalerweise wird auf die Oberfläche des Magnetstahls eine dünne Isolierschicht aufgetragen. Seine Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass erhebliche Zirkulationsströme von einer Lamelle zur anderen gelangen.

Wenn die Isolierung beim Schneiden, Transportieren, Stapeln oder Zusammenbauen beschädigt wird, können zusätzliche Wirbelstromverluste auftreten.

Deshalb müssen Bereiche wie Schnittkanten, Kernverbindungen, Klemmstellen und Erdungsstellen besonders beachtet werden.

Kern-Typ Transformatorkern-Kühlölkanäle

In einem Öltransformator-muss die vom Kern und den Wicklungen erzeugte Wärme auf das Isolieröl übertragen und dann über das Kühlsystem abgeführt werden.

Bei Bedarf sind Ölkanäle in das Design des aktiven-Teils integriert. Sie tragen dazu bei, dass das Öl in den wärmeerzeugenden Bereichen zirkuliert und die Wärme ableitet.

Kernkühlung und Wicklungskühlung hängen eng zusammen. Ein gutes Transformatordesign betrachtet daher den internen Ölfluss als ein gesamtes thermisches System, anstatt jede Komponente einzeln zu behandeln.

Kern-Typ Transformatorkernerdung

Der Transformatorkern wird normalerweise an einem dafür vorgesehenen Punkt geerdet.

Der Zweck besteht darin, den Kern auf einem definierten elektrischen Potenzial zu halten und unerwünschte elektrostatische Aufladungen zu verhindern.

Im Allgemeinen sollte der Kern vorhanden seinein absichtlicher Erdungspunkt.

Wenn mehrere ungewollte Erdungspfade vorhanden sind, können diese geschlossene Leiterschleifen bilden. Diese Schleifen können zirkulierende Ströme durch die Kernstruktur fließen lassen und so zusätzliche Erwärmung erzeugen.

Das ist ein kleines Detail, das zu einem ernsthaften Problem werden kann, wenn man es übersieht.

Shell-Typ Transformer Core

In einemTransformatorkern vom Typ Shell-Der Magnetkern umgibt einen größeren Teil der Wicklungen.

Sein Magnetkreis unterscheidet sich von dem eines herkömmlichen Kerntransformators. Die Schalenkonstruktion kann eine starke mechanische Unterstützung für die Wicklungen bieten und wird in bestimmten Leistungstransformator- und Spezialtransformatoranwendungen verwendet.

Shell-Transformator-Kernlaminierungsdiagramm vom Typ

Die Bleche sind so angeordnet, dass der Kern eine magnetische Struktur um die Wicklungsbaugruppe bildet.

Die genaue Form hängt von der Spannung, Kapazität, Frequenz, Wicklungskonfiguration und den mechanischen Anforderungen des Transformators ab.

Wie bei einem Kerntransformator sind eine genaue Laminierungsausrichtung und sorgfältig gestaltete Verbindungen wichtig. Schlechte Stapelung, falsche Verbindungsabmessungen oder übermäßige mechanische Belastung können den magnetischen Widerstand und den Kernverlust erhöhen.

Transformatorkern-Klemmkomponenten vom Typ Shell-

Manteltransformatoren-benötigen sorgfältig konstruierte Klemmkomponenten, um den Kern und die Wicklungen in ihren vorgesehenen Positionen zu halten.

Das Spannsystem muss ausreichend mechanische Festigkeit bieten, um elektromagnetischen Kräften standzuhalten und gleichzeitig unnötige Belastungen des Magnetmaterials zu vermeiden.

Auch hier ist kontrolliertes Spannen das Ziel. Mehr Druck bedeutet nicht automatisch bessere Leistung.

Shell-Transformator-Kern-Ölkanäle und Laminierungsisolierung

Bei Öl-Transformatoren mit Mantelgehäuse- tragen Ölkanäle zur Zirkulation des Kühlöls um wärmeerzeugende Komponenten bei.

Gleichzeitig muss die Isolierung zwischen den Kernblechen intakt bleiben.

Wenn die Laminatisolierung beschädigt ist, können sich zwischen benachbarten Blechen Zirkulationsströme entwickeln, die den Kernverlust erhöhen und möglicherweise zu zusätzlicher Erwärmung führen.

Wundkern

A Wundkernwird hergestellt, indem ein schmaler Streifen magnetischen Materials kontinuierlich in einen geschlossenen Magnetkreis gewickelt wird.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen gestapelten Kern folgt das magnetische Material einem kontinuierlichen Wicklungspfad. Dadurch kann die Anzahl herkömmlicher Kernverbindungen reduziert und ein effizienter Magnetkreis bereitgestellt werden.

Gewickelte Kerne werden häufig in Verteiltransformatoren und kompakten Transformatorkonstruktionen verwendet.

Einphasig gewickelter Kern

A einphasig gewickelter Kernwird im Allgemeinen durch Aufwickeln von magnetischem Stahl in eine geschlossene Form hergestellt, oft rechteckig oder abgerundet.

Anschließend wird die Wicklung um den Kern herum montiert.

Wenn der Kern präzise gefertigt ist, kann sein relativ kontinuierlicher magnetischer Pfad dazu beitragen, niedrige Leerlaufverluste und kompakte Transformatorabmessungen zu erreichen.

Drei-Phasengewickelter Kern

A drei-phasengewickelter Kernist für die Bereitstellung von drei Magnetkreisen für den dreiphasigen Transformatorbetrieb ausgelegt.

Es kann eine kompakte Struktur und eine gute magnetische Leistung bieten. Der Herstellungsprozess muss jedoch sehr präzise sein, da die drei Phasen eine konsistente Geometrie und magnetische Eigenschaften beibehalten müssen.

Leistungsparameter des Transformatorkerns

Die Leistung eines Transformatorkerns wird normalerweise anhand mehrerer wichtiger Parameter bewertet. Darunter,kein-Lastverlust und kein-Laststromsind besonders wichtig.

Dabei spielen Kernmaterial, magnetische Flussdichte, Laminierungsdesign, Kernverbindungen, mechanische Beanspruchung und Fertigungsqualität eine Rolle.

Kein-Lastverlust des Transformatorkerns

Kein-Lastverlust des Transformatorkernsbezieht sich hauptsächlich auf die vom Magnetkern verbrauchte Leistung, wenn der Transformator mit Strom versorgt wird, die Sekundärseite jedoch keine Last liefert.

Die beiden Hauptkomponenten sind Hystereseverlust und Wirbelstromverlust.

Im Gegensatz zu Lastverlusten tritt -kein Lastverlust auf, solange der Transformator mit Strom versorgt wird. Dies macht es besonders wichtig für Transformatoren, die im Dauerbetrieb arbeiten.

Beispielsweise sieht ein kleiner Unterschied im Leerlaufverlust auf einem Datenblatt möglicherweise nicht beeindruckend aus. Doch über viele Jahre Dauerbetrieb kann der kumulierte Energieverbrauch erheblich sein.

Kein-Laststrom des Transformatorkerns

Kein-Ladestromist der Strom, den ein Transformator zieht, wenn seine Sekundärwicklung offen ist.

Ein Teil dieses Stroms ist der Magnetisierungsstrom, der zum Aufbau des magnetischen Flusses im Kern erforderlich ist.

Ein Kern aus hochpermeablem Magnetstahl kann dazu beitragen, den Magnetisierungsstrom zu reduzieren. Die tatsächliche Wellenform des Leerlaufstroms wird jedoch durch die nichtlinearen magnetischen Eigenschaften des Kerns beeinflusst.

Magnetische Sättigung, Flussdichte, Materialeigenschaften und Kerndesign können das Endergebnis beeinflussen.

Herstellung von Transformatorkernen: Einfluss auf die Leerlaufleistung

Hier wird es interessant.

Für zwei Transformatorkerne kann die gleiche magnetische Stahlsorte verwendet werden, sie weisen jedoch dennoch eine unterschiedliche Leerlaufleistung auf. Warum? Denn die Fertigung hat großen Einfluss auf den fertigen Kern.

Schneiden, Stanzen, Stapeln, Verbindungsmontage, Handhabung, Klemmen und Isolierbehandlung können die magnetischen Eigenschaften des Endprodukts verändern.

Einfluss magnetischer Stahlblechverformung und mechanischer Beanspruchung auf die Leerlaufleistung

Elektroband ist empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung.

Biegen, Stöße, übermäßiger Druck oder grobe Handhabung können die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigen. In manchen Fällen ist die Folge ein höherer Kernverlust und ein höherer Magnetisierungsstrom.

Daher muss mit Kernblechen vorsichtig umgegangen werden, insbesondere im Bereich von Ecken und Stößen.

Grate und Isolationsschäden an Kernblechen und keine -Lastleistung

Entlang der Kanten von geschnittenen oder gestanzten Kernblechen können Grate entstehen.

Bei zu großen Graten kann es zu elektrischem Kontakt benachbarter Lamellen kommen. Dies kann die interlaminare Isolierung schwächen und die Umlaufströme erhöhen.

Das gleiche Problem kann auftreten, wenn die Isolierbeschichtung des Stahls beschädigt ist.

Aus diesem Grund sind Schnittgenauigkeit und Gratkontrolle wichtige Bestandteile der Transformatorkernfertigung.

Einfluss des Kernstanzens auf den Leerlaufverlust

Beim Stanzen und Schneiden kann es zu mechanischen Spannungen an den bearbeiteten Kanten kommen.

Wenn der Prozess nicht gut kontrolliert wird, kann der beanspruchte Bereich größer werden und die magnetischen Eigenschaften des Materials können sich verschlechtern.

Präzises Schneiden trägt dazu bei, diesen Effekt zu reduzieren und sorgt dafür, dass der fertige Kern gleichmäßiger wird.

Einfluss der Kernverbindungsgröße auf den Leerlaufverlust-

Kernverbindungen verdienen besondere Aufmerksamkeit, da es sich hierbei um Bereiche handelt, in denen der magnetische Fluss weniger gleichmäßig werden kann.

Wenn die Verbindung schlecht konstruiert, falsch dimensioniert oder ungenau montiert ist, kann es zu einer lokalen Flusskonzentration kommen. Dies kann sowohl lokale Verluste als auch allgemeine Leerlaufverluste erhöhen.

Fugenabmessungen, Überlappung, Ausrichtung und Oberflächenbeschaffenheit spielen eine Rolle.

Einfluss des Transformatorkerndesigns auf Leerlaufverluste

Das Design des Transformatorkerns hat einen direkten Einfluss darauf, wie effizient der Magnetfluss durch den Kern fließt.

Das Ziel besteht darin, einen Magnetkreis mit geringer Reluktanz zu schaffen und gleichzeitig die magnetische Flussdichte in einem geeigneten Bereich zu halten.

Ein gutes Design ist nicht unbedingt das mit dem geringsten Stahlanteil. Es ist diejenige, die das richtige Gleichgewicht zwischen Verlust, Abmessungen, Gewicht, Lärm, Effizienz und Kosten bietet.

Einfluss der Kernlaminierung auf den Leerlaufverlust

Dünne Laminierungen tragen dazu bei, Wirbelstromverluste zu reduzieren, da sie die Größe der zirkulierenden Strompfade begrenzen.

Allerdings ist dünnerer Stahl auch anfälliger für Handhabungs- und Stapelprobleme. Es kann leichter beschädigt oder verformt werden.

Die Wahl der Laminierungsdicke hängt also sowohl von der elektrischen Leistung als auch von der Herstellung ab.

Anzahl der Laminierungen pro Laminierung und keine-Lastleistung

Die Anzahl und Anordnung der Lamellen beeinflusst die Kontinuität des magnetischen Pfades.

Wenn die Blätter schlecht ausgerichtet sind, können kleine Lücken und Unregelmäßigkeiten auftreten. Diese erhöhen den magnetischen Widerstand und können die Leerlaufleistung beeinträchtigen.

Eine genaue Stapelung trägt dazu bei, die vorgesehene Querschnittsfläche und die magnetischen Eigenschaften beizubehalten.

Kein-Lastverlust bei ineinandergreifenden und abgestuften Verbindungen

Ineinandergreifende Verbindungen und abgestufte -Überlappungsverbindungenwerden üblicherweise zur Verbesserung der magnetischen Flussverteilung an Kernverbindungen verwendet.

Im Vergleich zu einfachen Stoßverbindungen können richtig gestaltete Stufenverbindungen die lokale Flusskonzentration verringern und die Leerlaufleistung verbessern.

Natürlich hängt das Ergebnis nicht nur von der Gelenkgeometrie ab. Auch Stahlsorte, Flussdichte, Schnittgenauigkeit, Stapelqualität und mechanische Beanspruchung spielen eine Rolle.

Einfluss der Kernquerschnittsform-auf den Leerlaufverlust

Der Kernquerschnitt-beeinflusst die magnetische Flussverteilung sowie die effiziente Nutzung des verfügbaren Stahls.

Viele Transformatorkerne verwenden einen mehrstufigen Querschnitt-, der annähernd eine Kreisform um die Wicklung herum aufweist. Dieser Ansatz kann eine gute magnetische Leistung liefern, ohne den Herstellungsprozess unnötig zu verkomplizieren.

Ein gut{{0}optimierter Kernquerschnitt- trägt dazu bei, die lokale Flusskonzentration zu reduzieren und unterstützt die gewünschte Effizienz.

Verlustkoeffizient von Korn-orientierten magnetischen Stahlblechkernen

DerVerlustkoeffizient kornorientierter magnetischer Stahlblechkernebeschreibt die magnetischen Verlusteigenschaften des ausgewählten Elektrobandes unter festgelegten Testbedingungen.

Der Materialverlustwert des Herstellers sollte jedoch nicht als tatsächlicher garantierter Verlust eines fertigen Transformatorkerns angesehen werden.

Der fertige Kern wird durch den gesamten Herstellungsprozess beeinflusst.

Deshalb müssen Materialauswahl und Fertigungsqualität gemeinsam betrachtet werden.

Verbindungsgruppennummer und Kernnummer-Ladeleistung

DerNummer der Anschlussgruppe des Transformators, wie zum BeispielDyn11, Yyn0 oder Yd11, beschreibt die Wicklungsverbindungen und die Phasenverschiebung zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite.

Die Verbindungsgruppe verändert die grundlegenden magnetischen Eigenschaften des Kerns nicht direkt.

Allerdings beeinflussen die Wicklungskonfiguration und die Erregungsbedingungen den magnetischen Betriebszustand des Transformators. Bei drei-Phasentransformatoren müssen daher Kerndesign und Wicklungsanschluss gemeinsam betrachtet werden.

Die Verbindungsgruppe ist auch wichtig, wenn Transformatoren parallel betrieben werden. Für einen ordnungsgemäßen Parallelbetrieb sind kompatible Spannungsverhältnisse, Impedanz, Polarität und Phasenverschiebung erforderlich.

Einschaltstrom des Transformators

Einschaltstrom des Transformatorsist ein vorübergehender Stromstoß, der auftreten kann, wenn ein Transformator unter Spannung steht.

Der Transformatorkern ist an diesem Phänomen direkt beteiligt.

Bei der Erregung hängt der magnetische Fluss vom Schaltpunkt der Wechselspannungswellenform und dem im Kern verbleibenden Restfluss ab.

Bei ungünstigen Bedingungen kann der resultierende Fluss deutlich über seinem normalen Betriebswert liegen. Der Kern kann dann in die magnetische Sättigung gelangen, was einen sehr großen Magnetisierungsstrom verursacht.

Mehrere Faktoren beeinflussen den Einschaltstrom des Transformators:

Bei großen Transformatoren muss der Einschaltstrom beim Einrichten von Schutzsystemen sorgfältig berücksichtigt werden.

Beispielsweise muss der Differentialschutz eines Transformators einen vorübergehenden Magnetisierungseinschaltstoß von einem echten internen Fehler unterscheiden. Andernfalls könnte ein ansonsten fehlerfreier Transformator während der Einspeisung unnötigerweise abgeschaltet werden.

Transformatorgeräusch

Transformatorgeräuschist ein weiteres wichtiges Merkmal, das eine starke Beziehung zum Kern hat.

Das bekannte Brummgeräusch eines unter Spannung stehenden Transformators wird hauptsächlich mit verbundenMagnetostriktionund elektromagnetische Kräfte im Kern.

Allerdings ist der Kern nicht die einzig mögliche Schallquelle. Kühlventilatoren, Ölpumpen, Tankvibrationen, Wicklungsvibrationen und andere mechanische Komponenten können ebenfalls dazu beitragen.

Ursachen für Transformatorgeräusche

Die Hauptquelle des Kernrauschens ist die Magnetostriktion.

Wenn sich das Magnetfeld ändert, erfährt der Magnetstahl winzige Dimensionsänderungen. Diese Veränderungen treten im magnetischen Wechselfeld wiederholt auf und erzeugen mechanische Schwingungen.

Die Vibration kann dann auf die Kernspannstruktur, den Tank und andere Komponenten übertragen werden.

Bei großen Transformatoren erfordert die Geräuschreduzierung daher mehr als nur die Auswahl eines geräuscharmen Magnetstahls. Das magnetische und mechanische Design muss als Ganzes betrachtet werden.

Mehrere Faktoren, die den Geräuschpegel des Transformators beeinflussen

Das Transformatorgeräusch wird durch mehrere Faktoren beeinflusst, darunter die Art des Magnetstahls, die magnetische Flussdichte des Kerns, die Verbindungskonstruktion, die Klemmkraft, die Tankkonstruktion, die Kühlausrüstung und die Betriebsbedingungen.

Beziehung zwischen Transformatorrauschen und magnetischem Stahlblechtyp und magnetischer Kernflussdichte

Verschiedene magnetische Stahlmaterialien haben unterschiedliche Magnetostriktionseigenschaften.

Selbst wenn CRGO-Stahl verwendet wird, kann das Transformatorgeräusch je nach Stahlsorte, magnetischer Flussdichte, Kornorientierung, Kernverbindungsdesign und mechanischer Beanspruchung variieren.

Mit zunehmender magnetischer Flussdichte können sich Magnetostriktion und elektromagnetische Schwingungen im Allgemeinen stärker bemerkbar machen.

Dies ist einer der Gründe, warum Transformatorentwickler es vermeiden, den Kern einfach auf eine sehr hohe Flussdichte zu bringen. Ein aggressiveres magnetisches Design kann zwar etwas Material einsparen, aber auch den Kernverlust und die Geräuschentwicklung erhöhen.

Das endgültige Design muss eine sinnvolle Balance finden.

Zusammenhang zwischen Transformatorgeräusch und Kernklemmkraft

Kernklemmkrafthat auch einen deutlichen Einfluss auf das Transformatorgeräusch.

Wenn der Kern nicht fest genug eingespannt ist, können sich die Lamellen gegeneinander bewegen oder vibrieren. Dies kann die mechanischen Geräusche verstärken.

Aber übermäßiges Klemmen ist nicht unbedingt besser. Zu viel Druck kann mechanische Spannungen in den magnetischen Stahl einbringen, was möglicherweise den Kernverlust erhöht und das Magnetostriktionsverhalten verändert.

Ziel ist eine kontrollierte und gleichmäßige Spannung. Genug, um den Kern stabil zu halten, aber nicht so sehr, dass das magnetische Material unnötig beansprucht wird.

Warum die Qualität des Transformatorkerns wichtig ist

Der Kern wird leicht übersehen, da den Wicklungen in der Regel mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird, wenn es um die Konstruktion von Transformatoren geht.

Der Kern hat jedoch einen großen Einfluss auf die langfristige-Leistung des Transformators.

Ein richtig entworfener und hergestellter Kern kann zur Reduzierung beitragenTransformator kein-Lastverlust, senken den Magnetisierungsstrom, verbessern die Magnetflussverteilung, reduzieren Vibrationen, kontrollieren Transformatorgeräusche und unterstützen einen zuverlässigen Betrieb.

Wichtig ist, dass diese Faktoren zusammenwirken.

Ein hochwertiges CRGO-Stahlblech kann einen schlechten Schnitt nicht ausgleichen. Eine gut gestaltete Verbindung kann eine beschädigte Laminierisolierung nicht ausgleichen. Und ein mechanisch starker Kern kann immer noch eine schlechte Leistung erbringen, wenn er mit einer ungeeigneten magnetischen Flussdichte betrieben wird.

Der Transformatorkern muss als Gesamtsystem behandelt werden.

Abschluss

DerTransformatorkernist das magnetische Fundament eines Transformators und seine Qualität hat einen direkten Einfluss auf Effizienz, Zuverlässigkeit, Lärm und Betriebskosten.

Der Prozess beginnt mit der Auswahl des richtigen Materials, sei es kalt-gewalzter kornorientierter-Elektrostahl, eine amorphe Legierung oder ein anderes geeignetes magnetisches Material. Von da an werden Kerngeometrie, Laminierungsdicke, Verbindungskonstruktion, Schnittgenauigkeit, Stapelung, Klemmung, Isolierung, Erdung und Fertigungskontrolle wichtig.

FürTransformator kein-LastverlustDie Herstellungsdetails können genauso wichtig sein wie das Material selbst. Mechanische Beanspruchung, Grate, beschädigte Isolierung, schlechte Verbindungen und ungenaue Stapelung können die Leistung eines ansonsten qualitativ hochwertigen Kerns beeinträchtigen.

Gleiches gilt fürTransformatorgeräusche. Magnetische Flussdichte, Magnetostriktion, Kernmaterial, Verbindungsdesign und Klemmkraft interagieren miteinander. Lärmschutz ist daher eine Kombination aus magnetischem Design und mechanischem Design.

BeiYawei-TransformatorDas Design des Transformatorkerns wird als Teil des gesamten Transformatorentwicklungsprozesses betrachtet. Durch die Abstimmung von Kernmaterialien, magnetischem Design, Herstellungsmethoden, mechanischer Konstruktion, Kühlanforderungen und der tatsächlichen Anwendung kann ein Transformator geringere Verluste, kontrollierte Geräuschentwicklung, stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer erreichen.

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