Transformatoren direkt vom Hersteller

Transformatoren, auch bekannt als Übertrager oder Spannungswandler, sind elektrische Geräte, die dafür sorgen, dass Wechselspannungen oder Wechselströme von einem Spannungsniveau auf ein anderes umgewandelt werden. Ein Transformator funktioniert durch elektromagnetische Induktion und spielt eine zentrale Rolle in der Stromversorgung.

1. Spannungsumwandlung
   • Transformatoren wandeln hohe Spannungen, die für den Transport von elektrischer Energie genutzt werden, in niedrigere Spannungen um, die für den Einsatz in Haushalten und Betrieben sicher sind. Dies macht sie unverzichtbar für das Stromnetz.
2. Isolation
   • Übertrager dienen auch dazu, elektrische Systeme zu isolieren, was die Sicherheit erhöht. Sie verhindern, dass Störungen oder Fehler von einem Teil des Systems auf andere Teile übergreifen.
3. Leistungsverteilung
   • Spannungswandler ermöglichen die effiziente Verteilung elektrischer Energie über grosse Entfernungen, indem sie Energieverluste minimieren. Ohne Transformatoren wäre eine zuverlässige Stromversorgung nicht möglich.
4. Signalübertragung
   • In der Kommunikationstechnik werden Transformatoren eingesetzt, um Signalpegel anzupassen und Signalwege zu entkoppeln.

Der Transformator, oft auch als Trafo, Stromwandler oder Leistungswandler bezeichnet, ist entscheidend dafür, dass elektrische Energie sicher und effizient genutzt werden kann.

Ein Transformator besteht aus mehreren grundlegenden Bauteilen, die zusammenarbeiten, um die Umwandlung von elektrischer Energie von einem Spannungsniveau auf ein anderes zu ermöglichen. Hier ist eine einfache Erklärung, wie die Bauteile eines Transformators zusammenarbeiten und wie er funktioniert.

1. Primärwicklung
   • Die Primärwicklung ist eine Spule aus Draht, die an die Eingangswechselspannung angeschlossen ist. Wenn Wechselstrom durch die Primärwicklung fliesst, erzeugt er ein sich änderndes Magnetfeld.
2. Kern
   • Der Kern besteht in der Regel aus ferromagnetischem Material (wie Eisen), das die magnetischen Flusslinien konzentriert und leitet. Der Kern verstärkt das Magnetfeld, das von der Primärwicklung erzeugt wird, und sorgt dafür, dass das Magnetfeld effizient zu den Sekundärwicklungen übertragen wird.
3. Sekundärwicklung
   • Die Sekundärwicklung ist eine weitere Spule aus Draht, die das Magnetfeld, das vom Kern geleitet wird, empfängt. Durch die elektromagnetische Induktion wird in der Sekundärwicklung eine Spannung erzeugt, die vom ursprünglichen Spannungsniveau abhängt. Je nachdem, wie viele Windungen die Sekundärwicklung im Vergleich zur Primärwicklung hat, kann die Spannung erhöht (Step-up-Transformator) oder verringert (Step-down-Transformator) werden.
4. Funktionsweise
   • Magnetische Kopplung: Wenn die Primärwicklung mit Wechselstrom gespeist wird, erzeugt sie ein sich änderndes Magnetfeld. Dieses Magnetfeld wird durch den Kern geführt und erreicht die Sekundärwicklung.
   • Induktion: In der Sekundärwicklung erzeugt das sich ändernde Magnetfeld eine Spannung. Diese Spannung ist proportional zur Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung und der Primärwicklung. Wenn die Sekundärwicklung mehr Windungen hat als die Primärwicklung, wird die Ausgangsspannung höher sein (Step-up). Hat sie weniger Windungen, wird die Spannung niedriger sein (Step-down).
   • Energieübertragung: Die elektrische Energie wird so von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen, ohne dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Seiten besteht. Dies ermöglicht die Umwandlung der Spannung und gewährleistet gleichzeitig die Isolation zwischen den beiden Stromkreisen.
5. Zusammenarbeit der Bauteile
   • Die Primärwicklung erzeugt das Magnetfeld.
   • Der Kern leitet dieses Magnetfeld zur Sekundärwicklung.
   • Die Sekundärwicklung wandelt das Magnetfeld wieder in elektrische Energie um, allerdings mit einer anderen Spannung, die von den Wicklungszahlen abhängt.

Durch diese Zusammenarbeit der Bauteile kann ein Transformator Wechselspannungen effizient umwandeln, was ihn zu einem unverzichtbaren Bauteil in Stromnetzen und elektronischen Geräten macht.

Es gibt verschiedene Arten von Transformatoren, die je nach Anwendung und Anforderungen eingesetzt werden. Hier sind einige der häufigsten Arten von Transformatoren:

1. Leistungstransformatoren
   • Diese Transformatoren werden in Stromübertragungs- und Verteilungssystemen eingesetzt, um die Spannung von Hochspannungsleitungen auf die für den Verbrauch geeignete Niederspannung zu reduzieren. Sie werden in Kraftwerken, Umspannwerken und an verschiedenen Stellen im Stromnetz eingesetzt.
2. Verteilungstransformatoren
   • Diese Transformatoren werden verwendet, um die Spannung von Stromleitungen auf das für den Verbrauch in Gebäuden oder Industrieanlagen geeignete Niveau zu reduzieren. Sie finden Anwendung in Verteilungssystemen, um den Strom an Haushalte, Büros und Industrieanlagen zu liefern.
3. Schalttransformatoren
   • Diese Transformatoren werden in elektronischen Schaltungen verwendet, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern. Sie finden Anwendung in Geräten wie Computern, Fernsehern, Audioverstärkern und anderen elektronischen Geräten.
4. Trenntransformatoren
   • Diese Transformatoren werden verwendet, um die Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Systemen zu trennen und gleichzeitig die Spannung zu ändern. Sie werden in industriellen Anwendungen, Isolations- und Sicherheitsanwendungen eingesetzt.
5. Autotransformatoren
   • Diese Transformatoren haben nur eine einzige Wicklung, die sowohl als Primär- als auch als Sekundärwicklung dient. Sie werden verwendet, um Spannungen zu erhöhen oder zu verringern und finden Anwendung in Geräten wie Spannungsreglern, Lampen und Elektromotoren.
6. Drosseltransformatoren
   • Diese Transformatoren werden verwendet, um den Stromfluss in Schaltungen zu begrenzen und zu steuern. Sie finden Anwendung in elektronischen Schaltungen, insbesondere in Wechselrichtern, Gleichrichtern und Frequenzumrichtern.

Diese sind nur einige Beispiele für verschiedene Arten von Transformatoren und ihre Anwendungen. Es gibt jedoch viele weitere spezialisierte Transformatoren für spezifische Anwendungen wie Mess- und Instrumententransformatoren, Impulstransformatoren, Hochspannungstransformatoren usw.

Transformatoren werden in der Regel in mehreren Schritten hergestellt. Hier ist eine allgemeine Beschreibung des Herstellungsprozesses:

1. Wickeln der Spulen
   • Zuerst werden die Kupferdrähte um einen Kern gewickelt, um die Primär- und Sekundärspulen des Transformators herzustellen. Der Kern kann aus verschiedenen Materialien wie Eisen, Ferrit oder anderen magnetischen Materialien bestehen.
2. Isolierung
   • Um Kurzschlüsse zu verhindern, werden die Spulen mit isolierenden Materialien wie Papier, Kunststofffolien oder lackierten Drähten umwickelt.
3. Montage
   • Die gewickelten Spulen werden auf den Kern montiert und mit Hilfe von Schrauben oder anderen Befestigungselementen fixiert. Dieser Schritt kann auch die Montage von anderen Komponenten wie Kühlkörpern oder Gehäusen umfassen.
4. Test und Qualitätskontrolle
   • Nach der Montage werden die Transformatoren verschiedenen Tests unterzogen, um ihre elektrischen Eigenschaften zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie den erforderlichen Standards entsprechen.

Die Materialien, die bei der Herstellung von Transformatoren verwendet werden, variieren je nach Anwendung und spezifischen Anforderungen. Hier sind einige der häufig verwendeten Materialien:

1. Kernmaterialien
   • Eisen oder Stahl sind die gängigsten Materialien für Transformatorkerne aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften. Ferritkerne werden oft in Hochfrequenz- oder Schaltnetzteilen verwendet.
2. Wicklungsdraht
   • In den meisten Transformatoren wird Kupferdraht für die Spulen verwendet, aufgrund seiner guten Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit. Für Hochfrequenzanwendungen können auch spezielle Wicklungsdrahttypen wie Litzendraht verwendet werden.
3. Isolationsmaterialien
   • Isoliermaterialien wie Papier, Kunststofffolien, lackierte Drähte oder Isolierlacke werden verwendet, um die Spulen zu isolieren und Kurzschlüsse zu verhindern. Die Wahl des Isolationsmaterials hängt von den Anforderungen an Spannungsfestigkeit, Wärmebeständigkeit und anderen Faktoren ab.
4. Gehäusematerialien
   • Das Gehäuse des Transformators kann aus verschiedenen Materialien wie Metall, Kunststoff oder einer Kombination aus beiden bestehen, je nach den Anforderungen an die mechanische Festigkeit, den Schutz gegen Umwelteinflüsse und die Wärmeableitung.

Es ist wichtig zu beachten, dass die genauen Materialien von Transformatoren je nach Anwendung und Industrie variieren können.

Transformatoren spielen eine wichtige Rolle bei der Energiewandlung und -übertragung. Sie dienen dazu, die elektrische Spannung zu erhöhen oder zu verringern und somit die Energieeffizienz bei der Übertragung elektrischer Energie zu verbessern.

Bei der Übertragung von elektrischer Energie über grosse Entfernungen ist es effizienter, die Spannung zu erhöhen, da dadurch der Strom verringert wird. Transformatoren erhöhen die Spannung auf das Niveau der Hochspannungsleitungen, um den Stromfluss zu minimieren und den Energieverlust während der Übertragung zu reduzieren.

Bei der Verteilung der elektrischen Energie in Wohn- und Gewerbegebieten wird die Spannung dann wieder reduziert, um sie sicher und effizient in den Haushalten und Unternehmen nutzen zu können. Hier kommen Transformatoren in den Umspannwerken zum Einsatz.

Transformatoren bestehen aus Spulen, die eng miteinander gekoppelt sind. Durch die magnetische Induktion wird die Energie von einer Spule auf die andere übertragen und die Spannung entsprechend transformiert. Transformatoren spielen daher eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung und Übertragung von elektrischer Energie.

Die Transformatortechnologie ist ein Schlüsselelement in der elektrischen Energieübertragung und -verteilung. In den kommenden Jahren sind verschiedene Entwicklungen und Trends zu erwarten:

1. Effizienzsteigerung: Es wird erwartet, dass die Effizienz von Transformatoren weiter verbessert wird, um den Energieverlust während der Übertragung zu minimieren. Neue Materialien und Konstruktionsmethoden könnten dazu beitragen, den Wirkungsgrad zu erhöhen.

2. Smart Grids: Die zunehmende Integration erneuerbarer Energien erfordert intelligente Stromnetze, die eine effiziente Übertragung und Verteilung ermöglichen. Transformatoren werden eine wichtige Rolle bei der Integration dieser erneuerbaren Energiequellen spielen, indem sie die Spannung anpassen und den Stromfluss steuern.

3. Kompakte Transformatoren: Platz ist oft ein begrenzender Faktor in urbanen Gebieten. Daher wird erwartet, dass kompakte und platzsparende Transformatoren entwickelt werden, um den Raumbedarf zu reduzieren und die Flexibilität bei der Platzierung zu erhöhen.

4. Intelligente Transformatoren: Durch die Integration von Sensoren und Kommunikationstechnologien können Transformatoren in Echtzeit überwacht und gesteuert werden. Dies ermöglicht eine bessere Diagnose von Problemen, eine präventive Wartung und eine optimierte Leistung.

5. Verbesserte Isolierung: Die Isolierung von Transformatoren spielt eine wichtige Rolle bei der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems. Die Entwicklung von fortschrittlichen Isolationsmaterialien und -technologien wird erwartet, um die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit von Transformatoren zu verbessern.

6. Gewichtsreduktion: Transformatoren sind oft schwer, was den Transport und die Installation erschweren kann. Durch den Einsatz leichterer Materialien und fortschrittlicher Konstruktionstechniken könnte das Gewicht von Transformatoren reduziert werden, was die Handhabung erleichtert.

7. Elektronische Transformatoren: Traditionelle Transformatoren basieren auf elektromagnetischer Induktion. Es wird erwartet, dass elektronische Transformatoren an Bedeutung gewinnen, bei denen Halbleiterbauelemente verwendet werden, um die Spannung und den Stromfluss zu steuern. Diese könnten kompakter, effizienter und präziser sein als herkömmliche Transformatoren.

Diese Entwicklungen und Trends werden dazu beitragen, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Flexibilität der Transformatortechnologie zu verbessern und eine nachhaltigere Energieübertragung und -verteilung zu ermöglichen.

Transformatoren Hersteller weltweit orientieren sich primär an IEC 60076 und IEEE C57. Diese Normen definieren Auslegung, Isolationskoordination, Temperaturanstieg, Prüfverfahren sowie Kurzschlussfestigkeit.

Ergänzend gelten regionale Vorgaben wie EN 50588 für Verlustklassen. Technische Unterschiede ergeben sich bei Kühlarten, Stufenschaltern und Prüfsequenzen.

Die Hochspannungstransformatoren Anwendung erfordert abgestufte Isolationssysteme nach IEC 60071 mit BIL-Werten (Basic Insulation Level) zwischen 75 kV und 1550 kV, abhängig von der Nennspannung. Verwendet werden Öl-Papier, SF₆-Gas oder Feststoffisolierungen mit definierten Kriech- und Luftstrecken.

Kritisch ist die Beherrschung transienter Überspannungen durch Schalthandlungen oder Blitzeinschläge. Die Isolationskoordination berücksichtigt statistisch auftretende Überspannungen und definiert Schutzpegel mittels Überspannungsableitern. Teilentladungsmessungen nach IEC 60270 validieren die Isolationsgüte, wobei Grenzwerte

Die Energieumwandlung im Transformator basiert auf der elektrodynamischen Kopplung über ein magnetisches Wechselfeld, wobei elektrische Energie primärseitig in magnetische Flussdichte $B$ und sekundärseitig zurückgeführt wird. Zur Minimierung der Eisenverluste werden hochpermeable, kornorientierte Elektrobleche eingesetzt, die durch ihre isolierende Beschichtung Wirbelstromverluste (Eddy Currents) bei hohen Frequenzen unterdrücken und die magnetische Hysterese optimieren.

Zusätzlich limitieren ohmsche Verluste in der Kupferwicklung sowie Streuinduktivitäten den Wirkungsgrad des Energietransfers. Durch eine präzise Wicklungsgeometrie und die Berücksichtigung von Skin- sowie Proximity-Effekten stellen Ingenieure sicher, dass der Kopplungsgrad maximiert wird, um auch unter transienten Lastbedingungen eine stabile Spannungsübersetzung und minimale thermische Dissipation zu gewährleisten.

Beim Transformator wickeln korreliert die Streuinduktivität direkt mit der geometrischen Anordnung der Windungen und dem Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Durch eine ungleichmäßige Verteilung des Drahtes oder eine lockere Wickelweise entstehen magnetische Feldlinien, die nicht beide Spulen koppeln, was die Effizienz senkt und die Spannungsregelung bei Laständerungen negativ beeinflusst.

Um diese parasitären Effekte zu minimieren, setzen Ingenieure oft auf die Technik des Sandwich-Wickelns (Interleaving), bei der die Wicklungen in mehrere Schichten unterteilt und verschachtelt werden. Diese Methode reduziert die effektive Dicke des Wickelraums und optimiert das magnetische Kopplungsfeld, wodurch sowohl die Streuinduktivität als auch die Wicklungskapazitäten für Hochfrequenzanwendungen signifikant gesenkt werden können.

Primär findet die Anwendung dort statt, wo große elektrische Leistungen über weite Distanzen transportiert oder für industrielle Hochspannungsprozesse bereitgestellt werden müssen. Hochspannungstransformatoren werden verwendet, um in Umspannwerken die Generatorspannung von Kraftwerken auf Höchstspannungsniveau (bis 380 kV) zu transformieren, was den Leitungsstrom reduziert und somit die ohmschen Übertragungsverluste ($P = I^2 \cdot R$) im Stromnetz minimiert.

Darüber hinaus sind sie essenziell in der Schwerindustrie für den Betrieb von Lichtbogenöfen sowie in der Medizintechnik für Teilchenbeschleuniger und Röntgensysteme. In diesen Bereichen müssen die Transformatoren extreme Anforderungen an die Isolationsfestigkeit und das thermische Management erfüllen, wobei oft spezielle Isolieröle oder Gießharze eingesetzt werden, um die dielektrische Sicherheit und eine effiziente Wärmeabfuhr unter Dauerlast zu garantieren.

Beim Trafo wickeln ist die Isolierung zwischen den Lagen und Windungen entscheidend, um Teilentladungen und Windungsschlüsse bei hohen Feldstärkegradienten zu verhindern. Ingenieure müssen hierbei die Isolierstoffklasse (z. B. Klasse F oder H) auf die thermische Dauerbelastung abstimmen und Materialien wie Polyimid-Folien oder verstärkte Pressspan-Papiere einsetzen. Diese Barrieren gewährleisten die erforderliche Kriechstrecke und Luftstrecke gemäß DIN EN 61558, insbesondere bei Hochfrequenztransformatoren mit hoher transienter Belastung.

Zusätzlich spielt die Tränkung oder Vakuum-Verguss-Technik eine zentrale Rolle, um Lufteinschlüsse innerhalb der Wicklung zu eliminieren, welche die Koronafestigkeit herabsetzen würden. Die Kombination aus Lackdrahtisolierung und zusätzlicher Barriereisolation definiert die dielektrische Integrität des Systems. Eine präzise Auslegung der Trafo wickeln Isolierung unter Berücksichtigung des Füllfaktors ist daher essenziell, um die geforderte Prüfspannung zwischen Primär- und Sekundärkreis ohne thermische Engpässe (Hotspots) dauerhaft sicherzustellen.

Beispiele für Hochspannungstransformatoren sind Röntgentransformatoren (50-150 kV), Zündtransformatoren (2-15 kV), Prüftransformatoren (bis 500 kV) und Mikrowellentransformatoren (2-4 kV). Sie unterscheiden sich grundlegend von Niederspannungstypen.

Während Klein-, Spar-, Trenn-, Sicherheits- und Ringkerntransformatoren im Bereich 1 kV. Besonderheiten: extreme Isolationsanforderungen (Öl, SF6, Vakuum), Corona-Schutz, Überschlagfestigkeit. Übersetzungsverhältnis oft 1:100 bis 1:1000 statt 1:1 bis 1:10.

ROTIMA ist kein klassischer Transformatoren Hersteller in der Schweiz für Energie- oder Hochleistungstrafos, sondern ein Anbieter von kundenspezifischen Transformatoren und induktiven Bauelementen für elektronische und industrielle Anwendungen.

Im Schweizer Umfeld agiert ROTIMA als Entwicklungs-, Fertigungs- und Distributionspartner für spezialisierte Transformatorlösungen in Klein- und Mittelserien und ergänzt damit klassische Hersteller im Bereich der Leistungselektronik.

ROTIMA bietet Ingenieuren in der Schweiz Zugang zu kundenspezifischen Transformatoren, die für industrielle Steuerungen, Leistungselektronik und Automatisierung optimiert sind. Die Transformatoren werden von spezialisierten Herstellern bezogen und auf elektrische Parameter, Temperatur- und Belastungsanforderungen geprüft.


Zusätzlich übernimmt ROTIMA die technische Beratung, Auswahl geeigneter Bauformen und Varianten sowie die Integration in bestehende Systeme. Damit agiert das Unternehmen als Bindeglied zwischen Herstellertechnologie und praxisgerechter Anwendung für anspruchsvolle industrielle Projekte.