In Transformatoren wird ein Kern verwendet, um die Effizienz der Übertragung elektrischer Energie zwischen Stromkreisen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus zu verbessern. Der Kern besteht typischerweise aus ferromagnetischem Material wie Eisen oder Stahl und erfüllt mehrere wichtige Funktionen. Erstens sorgt es für einen geschlossenen Magnetkreis, der den von den Transformatorwicklungen erzeugten Magnetfluss konzentriert und lenkt. Diese Konzentration des magnetischen Flusses ermöglicht eine effiziente Spannungsinduktion in der Sekundärwicklung relativ zur Primärwicklung. Darüber hinaus verringert der Kern den magnetischen Widerstand, also den Widerstand gegen den magnetischen Fluss in einem Material, wodurch der Kopplungskoeffizient zwischen den Wicklungen erhöht und die Gesamteffizienz des Transformators verbessert wird.
Ein Luftkerntransformator hingegen verwendet ein nichtmagnetisches Kernmaterial, typischerweise Luft oder andere nichtmagnetische Materialien. Der Hauptgrund für die Verwendung eines Luftkerns in Transformatoren besteht darin, magnetische Verluste zu vermeiden, die mit ferromagnetischen Materialien wie Eisen oder Stahl verbunden sind. Luftkerne werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Minimierung von Energieverlusten aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise in Hochfrequenztransformatoren, die in Hochfrequenzschaltungen (RF) verwendet werden, oder in Anwendungen, bei denen eine präzise Steuerung der magnetischen Eigenschaften erforderlich ist. Luftkerntransformatoren können bei höheren Frequenzen betrieben werden und können im Vergleich zu Transformatoren mit Magnetkernen in bestimmten Frequenzbereichen eine bessere Leistung hinsichtlich Effizienz und Genauigkeit erzielen.
Der Stahlkern in einem Transformator dient im Wesentlichen dazu, einen hochdurchlässigen Weg für den magnetischen Fluss bereitzustellen. Stahl, insbesondere laminierter Siliziumstahl, wird aufgrund seiner hohen magnetischen Permeabilität und geringen magnetischen Verluste ausgewählt. Durch die Verwendung eines Stahlkerns können Transformatoren elektrische Energie effizient von der Primär- zur Sekundärwicklung übertragen, indem sie den magnetischen Fluss durch den Kern konzentrieren und leiten. Diese Konzentration minimiert Energieverluste aufgrund magnetischer Hysterese und Wirbelströme, wodurch Stahlkerntransformatoren effizienter und für verschiedene Stromverteilungs- und Übertragungsanwendungen geeignet werden, bei denen die Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung ist.
Unter einem Stufenkerntransformator versteht man eine Transformatorkernkonstruktion, bei der der Magnetkern in einer Stufen- oder Schichtkonfiguration aufgebaut ist. Dieses Design ist besonders nützlich bei Hochspannungs- und Hochleistungstransformatoren, wo es eine bessere Kontrolle über die Magnetflussverteilung ermöglicht und Verluste reduziert. Durch die Abstufung des Kerns können Hersteller das Design optimieren, um den Streufluss zu minimieren und den Gesamtwirkungsgrad des Transformators zu verbessern. Stufenkerntransformatoren werden häufig in Stromverteilungssystemen, Umspannwerken und industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen Zuverlässigkeit, Effizienz und Leistung unter wechselnden Lastbedingungen von größter Bedeutung sind.
Die Funktion eines Kerntransformators liegt im Gegensatz zu einem Manteltransformator in seiner Kernkonfiguration. Bei einem Kerntransformator umgeben Wicklungen den Magnetkern, wodurch ein geschlossener Magnetkreis für eine effiziente Energieübertragung entsteht. Die Kernkonfiguration ermöglicht ein kompaktes Design mit einem hohen magnetischen Kopplungskoeffizienten zwischen der Primär- und Sekundärwicklung, was zu besseren Effizienz- und Leistungseigenschaften führt. Kerntransformatoren werden häufig in Stromverteilungsnetzen, Stromnetzen und verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine zuverlässige und effiziente Spannungsumwandlung für die Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen mit minimalen Verlusten unerlässlich ist.