Transformers direct from the manufacturer

＜b＞Transformers＜/b＞ are electrical components used to transfer electrical energy between inductively coupled windings. A ＜b＞transformer＜/b＞ operates using a time-varying magnetic field and therefore requires an alternating voltage or a switched voltage.＜br /＞\n＜br /＞\nDepending on its design, a transformer changes the voltage level, electrically isolates circuits, or transmits electrical signals. The terms ＜b＞“transmitter”＜/b＞ and ＜b＞“voltage converter”＜/b＞ are sometimes used interchangeably, but technically they do not always describe the same function. Transmitters are often used for signal transmission. The term “voltage converter” can also refer to electronic circuits that do not use a traditional magnetic transformer.＜br /＞

In the primary winding, the applied ＜b＞primary voltage＜/b＞ generates an alternating magnetic flux in the core. This magnetic flux passes through the secondary winding and induces a ＜b＞secondary voltage＜/b＞ there.＜br /＞\n＜br /＞\nThe ideal ＜b＞turns ratio＜/b＞ corresponds to the ratio of the number of turns. If the secondary winding has fewer turns than the primary winding, the voltage decreases. If there are more turns, it increases. The transmissible power is limited by the core cross-section, frequency, wire cross-section, cooling, and permissible temperature rise.＜br /＞\n＜br /＞\nIn actual operation, copper losses, core losses, and magnetic leakage fluxes occur. They cause voltage drops and heat generation. The ＜b＞no-load current＜/b＞ consists primarily of the ＜b＞magnetizing current＜/b＞ and the components required to cover the core losses.＜br /＞

The design depends on the protective function, voltage level, power rating, frequency, and installation conditions.＜br /＞\n＜ul＞＜li＞＜b＞Small transformers＜/b＞ power compact electronic devices, control systems, and circuit boards. ＜/li＞＜li＞＜b＞Step-down transformers＜/b＞ adjust voltages using a single winding. They do not provide galvanic isolation. ＜/li＞＜li＞＜b＞Isolating transformers＜/b＞ electrically isolate two circuits and are used for protection, testing, and low-interference power supplies. ＜/li＞＜li＞＜b＞Safety transformers＜/b＞ generate safety extra-low voltage for applications with heightened requirements for personal safety. ＜/li＞＜li＞＜b＞Toroidal transformers＜/b＞ feature a compact design and low external ＜b＞stray field＜/b＞, but can cause high inrush currents. ＜/li＞＜li＞＜b＞PCB transformers＜/b＞ and ＜b＞printed＜/b＞ circuit ＜b＞board transformers＜/b＞ are mounted directly onto printed circuit boards. ＜/li＞＜li＞＜b＞Line transformers＜/b＞ typically operate at line frequency and supply power to devices or control systems. ＜/li＞＜li＞＜b＞Planar transformers＜/b＞ use flat winding structures and are suitable for compact power electronics assemblies. ＜/li＞＜li＞＜b＞Pulse transformers＜/b＞ transmit short electrical pulses or control signals with galvanic isolation. ＜/li＞＜li＞＜b＞High-frequency transformers＜/b＞ and ＜b＞switching power supply transformers＜/b＞ operate at higher switching frequencies and require suitable ferrite materials. ＜/li＞＜/ul＞The term ＜b＞“power transformers”＜/b＞ is usually used for larger transformers used in power transmission. The product range documented on the ROTIMA website, however, focuses on transformers and winding materials for devices, electronics, and industrial applications.＜br /＞

A transformer essentially consists of a magnetic core, windings, insulation, terminals, and, if necessary, a housing or encapsulation. Laminated electrical steel is often used for designs operating at power-line frequencies. At higher frequencies, a ＜b＞ferrite core＜/b＞ is typically used. ＜br /＞\n＜br /＞\nThe windings are usually made of insulated copper wire. The wire diameter and winding configuration depend on the current, frequency, heat generation, and available winding space. At high frequencies, high-frequency stranded wire can reduce losses caused by current displacement.＜br /＞\n＜br /＞\nThe ＜b＞winding insulation＜/b＞ must be suitable for the operating voltage, test voltage, and temperature class. This includes enameled wires, insulating films, tapes, bobbin cores, and potting materials. For custom inductors, ROTIMA AG specifies a UL-listed insulation system with UL File E346192 and Class F. ＜br /＞

Die Auslegung beginnt mit Primärspannung, Sekundärspannung, Frequenz, Ausgangsstrom, Nennleistung und Betriebsart. Aus Spannung, Frequenz, Kernquerschnitt und zulässiger Flussdichte wird die erforderliche Windungszahl abgeleitet. Der Drahtquerschnitt folgt aus Strombelastung, zulässiger Stromdichte und thermischer Grenze.

Anschließend werden Kupferverluste und Kernverluste berechnet. Beide bestimmen den Wirkungsgrad und den erwarteten Temperaturanstieg. Zusätzlich müssen Spannungsregelung, Leerlaufstrom, Einschaltstrom, Kurzschlussverhalten und Isolation geprüft werden.

Für eine kundenspezifische Auslegung betrachtet unser Engineering außerdem Bauraum, Befestigung, Anschlusslage, Kühlung, Lastprofil und EMV Anforderungen. ROTIMA AG setzt nach eigenen Angaben 2D und 3D FEM Verfahren ein, um elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften zu simulieren und vor der Serienfreigabe zu validieren.

Gebräuchliche Kernformen sind EI-Kern, UI-Kern, M-Kern, Toroidkern und planare Kerne. Die Kernform beeinflusst Wickelraum, Bauhöhe, Montage, Streufeld, Materialverbrauch und Fertigungsaufwand.

EI Kerne sind weit verbreitet und wirtschaftlich herstellbar. UI Kerne bieten konstruktive Freiheiten bei Wicklung und Montage. M Kerne ermöglichen kompakte Transformatoren und können als offene, vergossene oder streuarme Ausführung gefertigt werden. Ein Toroidkern bildet einen geschlossenen magnetischen Kreis und wird für Ringkerntransformatoren verwendet.

Planare Kerne werden mit flachen Wicklungen kombiniert. Sie eignen sich besonders für geringe Bauhöhen und höhere Frequenzen. Die Auswahl darf nicht nur anhand der Abmessungen erfolgen, da Kernmaterial, Luftspalt, Sättigungsgrenze und Verlustverhalten ebenfalls berücksichtigt werden müssen.

Transformatorgeräusche entstehen hauptsächlich durch periodische Formänderungen des magnetisierten Kernmaterials und durch mechanische Kräfte zwischen Wicklungen und Blechen. Bei Netzfrequenz tritt das hörbare Grundgeräusch häufig mit der doppelten Netzfrequenz auf.

Eine zu hohe Flussdichte, Gleichspannungsanteile im Netz, lockere Kernpakete oder mechanische Resonanzen können das Brummen verstärken. Auch Überlastung oder eine ungeeignete Befestigung übertragen Schwingungen auf das Gehäuse.

Eine fachgerechte Auslegung, ein stabil aufgebauter Kern, geeignete Befestigung und Vakuumimprägnierung können die mechanische Bewegung reduzieren. Vollständig geräuschlos sind magnetische Bauteile unter realen Betriebsbedingungen jedoch nicht grundsätzlich.

Die anzuwendende Norm hängt von Transformatorart, Spannung, Leistung, Einsatzgebiet und Absatzmarkt ab. Für Transformatoren kleiner und mittlerer Leistung ist die Normenreihe EN IEC 61558 häufig relevant. Sie enthält allgemeine Anforderungen und besondere Teile für unterschiedliche Schutzfunktionen und Anwendungen.

ROTIMA AG nennt für Entwicklung und Berechnung unter anderem EN 61558, UL 5085 und IEC 60076. Für Werkstoffe und Isolationssysteme werden außerdem UL 94, IEC 60216 und IEC 60085 angegeben.

IEC 60076 betrifft Leistungstransformatoren und deren Prüfung. UL 5085 behandelt Niederspannungstransformatoren für den nordamerikanischen Markt. Welche Norm verbindlich ist, muss im Projekt anhand des vorgesehenen Produkts und der späteren Zulassung festgelegt werden.

Der Wirkungsgrad von Trafos ist das Verhältnis der abgegebenen Wirkleistung zur aufgenommenen Wirkleistung. Er hängt stark von Leistung, Bauart, Frequenz, Kernmaterial und Belastung ab. Ein pauschaler Wert ist deshalb technisch nicht belastbar.

Bei geringer Belastung dominieren die weitgehend lastunabhängigen Kernverluste. Mit zunehmendem Strom steigen die Kupferverluste quadratisch an. Der höchste Wirkungsgrad liegt daher meist in einem bestimmten Bereich unterhalb oder nahe der Nennlast.

Für die Projektauslegung betrachtet ROTIMA AG nicht nur einen Spitzenwert. Unsere Ingenieure bewerten den realen Lastzyklus, die Leerlaufzeiten, die Umgebungstemperatur und die zulässige Erwärmung. So lässt sich vermeiden, dass ein überdimensionierter Transformator dauerhaft unnötige Leerlaufverluste verursacht oder ein zu kleiner Trafo thermisch überlastet wird.

Die IP Schutzart beschreibt den Schutz eines Gehäuses gegen Berührung, Fremdkörper und Wasser. Offene Transformatoren besitzen ohne zusätzliches Gehäuse keine mit einer gekapselten Baugruppe vergleichbare Schutzwirkung. Durch Gehäuse, Tränkung oder Verguss kann der Schutz erhöht werden.

ROTIMA AG nennt für kundenspezifische Wickelgüter Vakuumtränkung und vollvergossene Baugruppen bis zu erhöhten IP Anforderungen. Eine konkrete IP Schutzart darf erst nach konstruktiver Auslegung und entsprechender Validierung angegeben werden.

Temperaturklassen und Isolationsklassen legen fest, für welche thermische Beanspruchung ein Isolationssystem geeignet ist. Häufige Klassen sind A, E, B, F und H. Sie entsprechen unterschiedlichen zulässigen Grenztemperaturen. ROTIMA AG dokumentiert ein UL gelistetes Isolationssystem der Klasse F. Die tatsächlich zulässige Betriebstemperatur hängt zusätzlich von Umgebungstemperatur, Temperaturanstieg und vorgesehener Lebensdauer ab.

The testing of a transformer depends on its design and the applicable standard. Typical tests include the turns ratio, no-load voltage, ＜b＞no-load current＜/b＞, winding resistance, insulation resistance, dielectric strength, and electrical safety.＜br /＞＜br /＞Under load, the output voltage, temperature rise, and losses are tested. Depending on the application, short-circuit testing, surge voltage testing, partial discharge measurement, or measurements of the magnetic stray field may also be performed.＜br /＞＜br /＞Our validation process may include electrical measurements, thermal tests, and documented test reports. ROTIMA AG also performs X-ray analyses to inspect hidden solder joints, layer structures, and potential casting defects. The specific test sequence is determined based on the product specification and the applicable standard.＜br /＞