Inleiding tot Transformer Core-classificatie

1. Hoogfrequent type: ferrietkernen

Ferrietkernen worden gebruikt in hoogfrequente transformatoren. Het zijn keramische magneten met een spinelkristalstructuur, samengesteld uit ijzeroxide en andere tweewaardige metaalverbindingen, zoals kFe₂O₄ (waarbij 'k' andere metalen voorstelt). De metalen die momenteel algemeen worden gebruikt, zijn onder meer mangaan (Mn), zink (Zn), nikkel (Ni), magnesium (Mg) en koper (Cu).

Veel voorkomende combinaties zijn de mangaan-zink (MnZn) -serie, nikkel-zink (NiZn) -serie en magnesium-zink (MgZn) -serie. Deze materialen beschikken over hoge magnetische permeabiliteit en impedantie-eigenschappen, met een werkfrequentiebereik van 1 kHz tot meer dan 200 kHz.

2. Laagfrequent type: Lamineringen van siliciumstaal

Siliciumstaalplaten worden gebruikt in laagfrequente transformatoren. Ze zijn er in verschillende soorten en kunnen op twee manieren worden geclassificeerd:

• Volgens productieproces: A: gegloeid (zwarte platen) en N: niet-gegloeid (witte platen).

• Op vorm: EI-type, UI-type, C-type en vierkante (mondtype) kernen.

Siliciumstaalplaten van het vierkante type worden vaak gebruikt in transformatoren met hoog vermogen (doorgaans boven 500–1000 W). Ze bieden uitstekende isolatie, gemakkelijke warmteafvoer en een kort magnetisch pad. Een set bestaande uit twee platen van siliciumstaal van het C-type wordt een kern van het CD-type genoemd. Voor stroomtransformatoren gemaakt met kernen van het CD-type met hetzelfde dwarsdoorsnedeoppervlak, zorgt een groter venster voor een groter vermogen. Omdat spoelen aan beide zijden van de kern afzonderlijk kunnen worden geïnstalleerd, kunnen de totale windingen over twee spoelen worden verdeeld. Dit vermindert de gemiddelde draailengte per spoel en vermindert koperverliezen. Bovendien wordt door het wikkelen van twee symmetrische spoelen op afzonderlijke spoelen een perfecte symmetrie bereikt.

Een set bestaande uit vier C-type siliciumstaalplaten staat bekend als een ED-type kern. Transformatoren gemaakt met kernen van het ED-type hebben een korter, breder profiel vergeleken met transformatoren van het CD-type met hetzelfde vermogen. Omdat de spoelen in het midden van de kern zijn gemonteerd met een extern magnetisch pad, vertonen transformatoren van het ED-type een lage magnetische fluxlekkage en minimale interferentie. Omdat alle spoelen echter op één enkele, dikkere spoel zijn gewikkeld, is de gemiddelde draailengte langer, wat resulteert in hogere koperverliezen.

C-type kernen bieden uitstekende prestaties, waardoor de resulterende transformatoren compact, lichtgewicht en zeer efficiënt zijn. Vanuit assemblageperspectief vereisen C-type kernen zeer weinig componenten en bieden ze een grote veelzijdigheid, wat leidt tot een hoge productie-efficiëntie. Het productieproces voor siliciumstaalplaten van het C-type is echter complex en vereist gespecialiseerde apparatuur, waardoor de huidige productiekosten relatief hoog zijn.

E-type siliciumstaalplaten, ook bekend als shell-type kernen, hebben het belangrijkste voordeel dat ze zowel primaire als secundaire spoelen op dezelfde spoel plaatsen, wat een hoge vensterruimtefactor oplevert (Space Factor Km: de verhouding van het netto dwarsdoorsnedeoppervlak van de koperdraad tot het vensteroppervlak). De siliciumstaalplaten vormen een beschermend omhulsel rond de wikkelingen, waardoor mechanische schade wordt voorkomen. Ze bieden ook een groter warmtedissipatiegebied en verminderen de magnetische veldstraling. Dit ontwerp resulteert echter in een hogere primaire-naar-secundaire lekinductie en een grotere gevoeligheid voor externe magnetische veldinterferentie. Bovendien hebben transformatoren van het EI-type, vanwege de langere gemiddelde wikkelomtrek, meer koperdraad nodig voor hetzelfde aantal windingen en hetzelfde kerndoorsnede-oppervlak.

De meest voorkomende diktes voor siliciumstaalplaten zijn 0,35 mm en 0,5 mm.

Er zijn twee montagemethoden voor siliciumstaalplaten: interleaving en butting. Bij de interleaving-methode worden de openingen van de vellen aan beide zijden afgewisseld. Hoewel deze methode omslachtig is, minimaliseert deze de openingen en de magnetische weerstand tussen de platen, wat de magnetische flux helpt vergroten; daarom wordt het veel gebruikt in stroomtransformatoren. De butting-methode wordt vaak gebruikt in toepassingen met gelijkstroom (DC). Om verzadiging veroorzaakt door DC te voorkomen, moet er een opening tussen de platen worden gelaten. Bij deze methode worden de E-stukken en I-stukken aan weerszijden geplaatst en kan de opening ertussen worden aangepast met behulp van papieren vulstukken.

3. Spoeltypen

Kernen van het spoeltype zijn onderverdeeld in drie hoofdcategorieën:
A. Ringkern: gemaakt door O-vormige lamellen te stapelen of siliciumstalen strips te wikkelen. Het wikkelen van deze kernen is een behoorlijke uitdaging.
B. Staafkern: staafvormige magnetische kernen.
C. Trommelkern: Trommelvormige magnetische kernen.