Transformator-Kern
Bei der Herstellung eines Transformators versuchen die Hersteller, eine maximale magnetische Kopplung zwischen den beiden Induktivitäten zu erreichen. Die magnetische Kopplung kann durch die Verwendung von ferromagnetischem Material oder Eisenpulver als Magnetkern um ein Vielfaches erhöht werden. Ein Paar, das um einen ferromagnetischen Kern gewickelt ist, hat einen besseren Kopplungskoeffizienten als ein Luftkerntransformator. Die Verwendung ferromagnetischer Kerne hat jedoch ihre eigenen Grenzen. Ferromagnetische Kerne haben einige Energieverluste aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen und sind auch durch ihre Stromtragfähigkeit begrenzt. Zusätzlich zu diesen Einschränkungen begrenzt die Wahl des Kernmaterials auch den Frequenzbereich des Transformators. Je nach Art des verwendeten Kerns werden Transformatoren wie folgt klassifiziert:Transformatoren aus laminiertem Eisen: Diese Transformatoren haben Siliziumstahl als Kernmaterial. Siliziumstahl wird auch als Transformatoreisen oder einfach Eisen bezeichnet. Siliziumstahl wird schichtweise laminiert, um Verluste durch Wirbelströme und Hysterese zu vermeiden. Wirbelströme sind kreisförmige Ströme, die magnetisiert in magnetischen Materialien fließen. Wirbelströme bewirken, dass der Kern Energie in Form von Wärme verliert. Hysterese ist die Tendenz eines magnetischen Kerns, schwankenden magnetischen Fluss zu akzeptieren. Aufgrund von Hysterese und Wirbelstromverlusten sind diese Transformatoren nur für 60 Hz-Frequenzen und andere tiefe Frequenzen im Audiobereich geeignet. Wenn die Frequenz über einige Kilohertz ansteigt, steigen die internen Verluste des Kerns über die mögliche Grenze hinaus.
Ferritkerne: Ferritkerne haben eine hohe Permeabilität und benötigen weniger Spulendrehungen. Bei Frequenzen oberhalb von wenigen Megahertz zeigen solche Kerne jedoch erhebliche Energieverluste aufgrund von Wirbelströmen und Hysterese. Deshalb eignen sich diese Transformatoren für Audiofrequenzen bis zu mehreren Megahertz.
Pulvereisenkerne: Eisenpulver hat auch eine höhere Permeabilität und geringere Verluste als Ferritkerne aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen. Mit zunehmender Frequenz sinkt der Bedarf an hoher Permeabilität. Transformatoren mit Eisenpulverkernen eignen sich für sehr hohe Frequenzen bis 100 MHz. Da bei sehr hohen Frequenzen oberhalb von 100 MHz keine hohe Permeabilität erreicht werden muss, sind Luftkerntransformatoren aufgrund ihrer höheren Energieeffizienz besser geeignet.
Luftkerntransformator: In einem Luftkerntransformator sind sowohl die Primär- als auch die Sekundärspule um ein diamagnetisches Material gewickelt. Die magnetische Kopplung in einem solchen Transformator erfolgt durch die Luft. In einem solchen Transformator ist nicht nur die Induktivität beider Spulen niedrig, sondern auch die gegenseitige Induktivität ist sehr niedrig, so dass die magnetische Kopplung zwischen den Spulen sehr klein ist. Diese Transformatoren verlieren keine Energie durch Hysterese oder Wirbelströme und sind auch in der Lage, große Ströme zu regeln. Dieser Transformatorentyp eignet sich für Hochspannungsanwendungen, bei denen die Energieeffizienz im Vordergrund steht, wie z. B. Verteiltransformatoren. Diese eignen sich auch für ultrahohe HF-Anwendungen über 100 MHz. Bei hohen Hochfrequenzen ist der erforderliche Induktivitätswert gering, was mit Luftkerninduktivitäten leicht erreicht werden kann.