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2024-04-01T09:39:10Z

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[[Datei:Kern und Ringkerntrafo 100VA.JPG|thumb|Links: Kern aus aufgewickeltem Blech, rechts: kompletter Ringkerntrafo mit den am
Kern aufgebrachten Wicklungen]]
Ein '''Ringkerntransformator''' ({{EnS|''toroidal transformer''}}) ist eine besondere Bauform eines [[Transformator]]s, dessen [[Magnetkern|Kern]] in Form eines [[Ringkern]]es aus Werkstoffen wie [[Weicheisen]] oder speziellen [[keramisch]]en Werkstoffen, den [[Ferrite]]n, besteht. Über den Ringkern sind, elektrisch isoliert, die [[Netztransformator #Wicklungen|Wicklungen]] angebracht. Die einzelnen Windungen sind üblicherweise gleichmäßig über den gesamten Umfang des Ringes verteilt.

== Anwendungen ==
Ringkerntransformatoren werden u. a. im Bereich von kleineren Netztransformatoren in [[Netzteil #Trafonetzteil|Netzteilen]] mit [[Scheinleistung]]en in der Größenordnung von einigen 10 [[Voltampere|VA]] bis zu einigen 10 kVA eingesetzt.

Eine weitere beispielhafte Anwendung sind [[Impulstransformator]]en im Bereich der [[Datenübertragung]], wo Ringkerntransformatoren auf der physikalischen Ebene bei [[Twisted-Pair-Kabel]]n verwendet werden, beispielsweise im Rahmen von [[Ethernet]].

Auch [[Stromwandler]]-Transformatoren sind aus Ringkernen gebaut.

== Allgemeines ==
=== Vorteile ===
[[Datei:Trafomess-1kvaRKTR-Leerl-1.png|miniatur|Spannung, Leerlaufstrom und Ummagnetisierungsleistung eines Ringkerntrafos mit 1 kVA [[Nennleistung]]]]
Da der Kern die Form eines Ringes aufweist und die den ganzen Kern überdeckenden Wicklungen dicht übereinander gepackt mit deshalb guter [[Induktive Kopplung|magnetischer Kopplung]] auf den Ring angeordnet sind, ist der [[Streufluss|magnetische Streufluss]] im Vergleich zu anderen Kernbauformen bauartbedingt gering. Der [[Luftspalt (Magnetismus)|Luftspalt]] im Kern, welcher zur Minimierung des [[magnetischer Widerstand|magnetischen Widerstandes]] möglichst klein sein sollte, ist, bedingt durch die Kernform, praktisch nicht vorhanden, was sich im geringen [[Leerlaufstrom]] und einer fast senkrecht verlaufenden und schmalen [[Hysteresekurve]] zeigt.

==== Leerlaufstrom ====
Der Leerlaufstrom von Ringkerntransformatoren ist im Vergleich zu Transformatoren mit eckigen Kernen gleicher [[Elektrische Leistung|Leistung]] ca. um den Faktor 40 geringer. Der Stromverlauf ist im nebenstehenden Bild dargestellt, wobei der Leerlaufstrom bei einem 1 kVA-Trafo mit nur 0,026 A<sub>eff.</sub> klein ist. (Der Strom ist in stark vergrößertem Maßstab dargestellt, damit man den Verlauf bezüglich der [[Elektrische Spannung|Spannung]] gut sehen kann.)

=== Nachteile ===
[[Datei:Toroidní-transformátor.jpg|thumb|Handelsüblicher Ringkerntransformator mit 100 VA Leistung]]
Diese Vorteile werden im Vergleich zu eckigen Eisenkernen (E- oder U-Kerne) durch eine aufwändigere [[Spulenwickeltechnik #Ringkernwickeltechnik|Ringkernwickeltechnik]] erkauft. Dabei wird der [[elektrischer Leiter|elektrische Leiter]], üblicherweise in Form von [[Kupferlackdraht]], mit speziellen Wickelmaschinen auf den Ringkern abgewickelt. Kleinere Ringkerne, wie sie u. a. bei Impulstransformatoren zur Datenübertragung eingesetzt werden, werden auch in Handarbeit bewickelt.

==== Einschaltstrom ====
Ringkerntransformatoren jeder Größe verursachen beim Einschalten hohe Stromspitzen ([[Einschaltstrom]]) von bis zum 80fachen ihres [[Nennstrom]]es, weil ihr Kern aufgrund der hohen [[Magnetische Permeabilität|Permeabilität]] beim Einschalten leichter als bei anderen Transformatoren in die [[Ferromagnetismus #Sättigung|magnetische Sättigung]] geraten kann. Die Permeabilität ist deshalb so hoch, weil die Hysteresekurve des Kernes aufgrund seiner Luftspaltfreiheit nicht geschert (gekippt) ist. Die maximale [[Remanenz]] stellt sich immer dann ein, wenn zum Ende einer [[Halbwelle]] ausgeschaltet wird. [[Leitungsschutzschalter|Haushalts-Netzsicherungen]] können beim Einschalten von Ringkerntransformatoren ab einer Leistung von ca. 300 VA ausgelöst werden.

Diese Stromspitzen lassen sich durch [[Sanftanlauf]]geräte oder [[Transformatorschaltrelais]] ganz vermeiden oder mit [[Sanftanlauf#Mit Heißleiter (NTC)|Einschaltstrombegrenzern]] (NTC) soweit verringern, dass Sicherungen nicht auslösen. Letztere benötigen jedoch eine Abkühlpause von 1–2 Minuten, die im technischen Gebrauch oft nicht gegeben ist.

== Aufbau ==
=== Kernmaterial ===
Das Material für die Ringkerne wird für niederfrequente Anwendungen im Bereich der [[Netzfrequenz]] aus an der Oberfläche elektrisch isoliertem Blechstreifen aus Weicheisen hergestellt, welche ringförmig zu einem spiralförmig geschichteten Ringkern geformt wird. Die Schichtung ist, wie auch bei anderen Kernbauformen, zur Minimierung der [[Wirbelstrom|Wirbelströme]] im Kern notwendig.

Für höhere Frequenzen werden elektrisch [[Nichtleiter|nichtleitende]] keramische Werkstoffe eingesetzt, wie Ferrite oder [[Sintern|sintermetallurgisch]] aus [[ferromagnetisch]]en Pulvern gepresste Kerne.

=== Isolierung ===
Elektrische getrennte Wickelkammern auf einen Trägerkörper, wie sie beispielsweise bei [[Trenntransformator]]en mit erhöhten Sicherheitsanforderungen an die elektrische Isolierung notwendig sind, sind bei Ringkerntransformatoren zwar prinzipiell machbar, aber nicht sinnvoll, weil damit die Vorteile der sehr direkten Kopplung der Sekundär- an die [[Primärspule]] verloren ginge.

Die Isolierung der einzelnen Wicklungen untereinander wird genauso gut durch eingelegte Kunststofffolien, früher auch [[Ölpapier]], sichergestellt, so dass damit auch Ringkern-Trenntransformatoren mit erhöhten Sicherheitsanforderungen herstellbar sind. Deren Gewichtsvorteil gegenüber Trenntransformatoren mit eckigen Kernen beträgt bis zu 40 %, bei vergleichbaren technischen Daten.

=== Befestigung ===
Befestigt werden größere Ringkerntransformatoren mit Montageschrauben, welche den Transformator zentrisch in seiner Position fixieren und die Montage auf einer Basisplatte erlauben, oder sie werden mittels einer [[Mutter (Technik)|Mutter]] im Mitteloch[[Gießharz|verguß]] auf eine Bodenplatte geschraubt. Große Ringkerntransformatoren, derzeit bis zu 150 kVA Leistung hergestellt, werden auch voll vergossen und haben dann mehrere Befestigungsmuttern eingegossen.

== Literatur ==
*{{Literatur
|Autor = Irving M. Gottlieb
|Titel = Practical Transformer Handbook for Electronics, Radio and Communications Engineers
|Verlag = Newnes | Jahr = 1998 | ISBN = 978-0-75063992-7 }}

== Weblinks ==
{{commonscat|Toroidal transformers}}
{{Wiktionary}}

[[Kategorie:Transformator]]

Ringkerntransformator - Versionsgeschichte

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