Transformatorspulen werden aus Kupferleitern gewickelt, hauptsächlich in Form von Runddraht und rechteckigem Band. Der Wirkungsgrad eines Transformators hängt entscheidend von der Reinheit des Kupfers und der Art und Weise ab, wie die Spulen darin montiert und verpackt werden. Spulen sollten so angeordnet sein, dass unnötige induzierte Ströme minimiert werden. Auch der Leerraum um und zwischen den Leitern muss auf ein möglichst kleines Maß reduziert werden.
Obwohl hochreines Kupfer seit vielen Jahren verfügbar ist, Eine Reihe neuerer Innovationen in der Art und Weise, wie Kupfer hergestellt wird, haben das Transformatordesign und die Fertigungsprofis erheblich verbessertProzesse und Leistung.
Die Kupferdrähte und -bänder für die Transformatorenherstellung werden aus Walzdraht hergestellt, einem grundlegenden Halbfabrikat, das heute durch Hochgeschwindigkeits-Stranggießen und Walzen von geschmolzenem Kupfer hergestellt wird. Die kontinuierliche Verarbeitung in Kombination mit neuen Handhabungstechniken hat es den Lieferanten ermöglicht, Drähte und Bänder in viel größeren Längen anzubieten, als dies bisher möglich war. Dadurch konnte die Transformatorenfertigung automatisiert werden und die Schweißverbindungen, die in der Vergangenheit gelegentlich zu einer kürzeren Lebensdauer der Transformatoren beigetragen haben, wurden eliminiert.
Eine geniale Möglichkeit, Verluste durch induzierte Ströme zu minimieren, besteht darin, die Leiter innerhalb der Spule zu drehen.und zwar so, dass ein ständiger enger Kontakt zwischen benachbarten Streifen vermieden wird. Für den Transformatorhersteller ist es schwierig und teuer, dies in kleinem Maßstab durch den Bau einzelner Transformatoren zu erreichen, aber Kupferhalbfabrikanten haben ein Produkt entwickelt, einen kontinuierlich transponierten Leiter (CTC), der direkt an die Fabrik geliefert werden kann.
CTC bietet eine fertig isolierte und dicht gepackte Leiteranordnung für den Aufbau von Transformatorspulen.Das Verpacken und Umsetzen der einzelnen Leiter erfolgt auf speziell konstruierten Inline-Maschinen. Kupferbänder werden von einer großen Trommeldrehmaschine entnommen, die 20 oder mehr einzelne Bandrollen verarbeiten kann. Der Kopf der Maschine stapelt die Streifen zu Stapeln mit einer Tiefe von zwei und einer Höhe von bis zu 42 mm und vertauscht die oberen und unteren Streifen kontinuierlich, um den Leiterkontakt zu minimieren.
Die für die Transformatorenherstellung verwendeten Kupferdrähte und -bänder sind mit einer Beschichtung aus duroplastischem Lack, Papier oder synthetischen Materialien isoliert.Es ist wichtig, dass das Dämmmaterial so dünn und effizient wie möglich ist, um unnötige Platzverschwendung zu vermeiden. Obwohl die von einem Leistungstransformator verarbeiteten Spannungen hoch sind, können die Spannungsunterschiede zwischen benachbarten Schichten in der Spule recht gering sein.
Eine weitere Innovation bei der Herstellung kompakter Niederspannungsspulen in kleineren Verteiltransformatoren ist die Verwendung von breitem Kupferblech anstelle von Draht als Rohmaterial. Die Blechproduktion ist ein anspruchsvoller Prozess, der große, sehr präzise Maschinen erfordert, um Bleche mit einer Breite von bis zu 800 mm, einer Dicke zwischen 0,05 und 3 mm und mit einer hochwertigen Oberflächen- und Kantenbearbeitung zu walzen.
Aufgrund der Notwendigkeit, die Anzahl der Windungen in einer Transformatorspule zu berechnen und diese an die Abmessungen des Transformators und den Strom anzupassen, den die Spule führen muss, haben Transformatorhersteller schon immer eine große Auswahl an Kupferdraht- und -streifengrößen gefordert. Bis vor Kurzem war dies ein herausforderndes Problem für den Kupferhalbzeuger. Er musste eine große Auswahl an Matrizen mit sich führen, um Streifen auf die erforderliche Größe zu ziehen. Der Transformatorenhersteller benötigt schnelle Lieferungen, oft in relativ kleinen Mengen, aber keine Bestellung gleicht der anderen, und es ist unwirtschaftlich, fertiges Material auf Lager zu halten.
Mithilfe einer neuen Technologie wird nun Transformatorband durch Kaltwalzen von Kupferwalzdraht auf die erforderliche Größe hergestellt, anstatt ihn durch Matrizen zu ziehen.Walzdraht in Größen bis zu 25 mm wird inline auf Abmessungen zwischen 2 x 1 mm und 25 x 3 mm gewalzt. Durch computergesteuerte Formwalzen wird eine große Vielfalt an Kantenprofilen zur Verbesserung der technischen Leistung und zur Vermeidung von Schäden an Isoliermaterialien bereitgestellt. Transformatorherstellern kann ein schneller Lieferservice angeboten werden, und es besteht nicht mehr die Notwendigkeit, große Lagerbestände an Matrizen vorrätig zu haben oder abgenutzte Matrizen auszutauschen.
Die Überwachung und Qualitätskontrolle erfolgt inline unter Verwendung einer Technologie, die ursprünglich für das Walzen von Metallen in großen Mengen entwickelt wurde. Kupferproduzenten und Halbfabrikate entwickeln weiterhin neue Produkte und Dienstleistungen, um die Effizienz und Zuverlässigkeit von Transformatoren zu verbessern. Dazu gehören Härte, Konsistenz der Zugfestigkeit, Oberflächenqualität und Aussehen. Sie arbeiten auch in Bereichen wie Kupferreinheit und Email-Isoliersystemen. Manchmal werden Innovationen, die für andere Endmärkte entwickelt wurden, beispielsweise für Elektronik-Leiterrahmen oder die Luft- und Raumfahrt, für die Transformatorenfertigung adaptiert.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. August 2024