V súlade s neustálym pokrokom materiálov železných jadier sa rôzne výrobné závody tiež zaviazali zlepšovať štruktúru železných jadier transformátorov, aby sa lepšie využil výkon vylepšených materiálov železných jadier a tam, kde je to možné, ďalej eliminovali straty v železnom jadre spôsobené štrukturálnymi dôvodmi. Na prvý pohľad, jadro transformátora vyrobené pred 30 rokmi nemusí mať významný rozdiel od jadra transformátora vyrábaného dnes, ale v skutočnosti medzi nimi môže byť veľa jemných, ale veľmi dôležitých rozdielov.
Aby sa plne využil vnútorný priestor kruhového vinutia, pásy z elektrooceľovej ocele sú naskladané do stĺpca jadra s prierezom čo najbližšie k kruhovému tvaru. Miera, do akej sa prierez jadra zo stupňovitého železa-približuje kruhovému prierezu-, závisí výlučne od počtu pásov z elektrooceľovej ocele rôznych šírok dostupných vo výrobnom závode. Menšie jadrá distribučných transformátorov môžu obsahovať iba 7 typov šírok plechov; Počet šírok železných jadier pre generátorové transformátory s väčšou kapacitou môže dosiahnuť 11 alebo viac. Teoreticky môže miera plnenia železného jadrového kruhu dosiahnuť viac ako 93 % až 95 % pre dva typy množstiev šírky plechu uvedené vyššie. V skutočnosti z dôvodu snahy výrobcov o štandardizovaný dizajn pre požadovanú laminovanú šírku všetkých špecifikácií železných jadier transformátorov alebo preto, že šírka pásov z elektrooceľovej ocele, ktorú si môžu kúpiť, je pevná, to obmedzuje každého výrobcu v používaní štandardnej laminovanej šírky, ktorú môžu poskytnúť dodávatelia pásov z elektrotechnickej ocele (zvyčajne sa táto séria laminovanej šírky pohybuje v prírastkoch po 10 mm). Preto je skutočný koeficient využitia železného jadra o niečo menší ako teoretický koeficient využitia a štandardná šírka pásu z elektrooceľovej ocele nemôže dosiahnuť ideálny prierez železného jadra pre akýkoľvek priemer železného jadra.
Za normálnych okolností má každý výrobca transformátorov štandardnú sériu prierezov železného jadra-. Tieto prierezy železného jadra-sú bežne označované ako základné rozmery železného jadra a každý prierez železného jadra-je identifikovaný maximálnou šírkou plechu vyjadrenou v milimetroch. Maximálna šírka každej sekcie železného jadra môže začínať od 200 mm pre menšie železné jadrá distribučného transformátora (každých 25 mm) a končiť na približne 1 m pre železné jadrá transformátora generátora s maximálnou kapacitou. Všetky šírky pásov z elektrotechnickej ocele je možné dodať vo forme kotúčov. Kruhový stĺp železného jadra je spoločným konštrukčným znakom všetkých železných jadier transformátorov, ale celková štruktúra železného jadra sa značne líši v závislosti od tvaru transformátora.
Doteraz najbežnejšie používanou štruktúrnou formou z nich je trojfázové železné jadro s tromi stĺpmi. Pretože súčet fázových veličín troj-fázového magnetického toku generovaného vyváženým troj-fázovým napäťovým systémom je v každom okamihu rovný nule, nie je potrebné, aby bočný stĺp dodával spätný magnetický tok v trojfázovom železnom jadre a prierez- stĺpca jadra a železného strmeňa môže byť rovnaký. Táto štruktúra je použiteľná iba pre železné jadro trojfázových transformátorov. V prípade jednofázových transformátorov musí železné jadro obsahovať stĺpec jadra na spätný magnetický tok. Železné jadro, ktoré tvorí obvod magnetického toku, má rôzne formy. Všetky tieto konštrukčné formy železného jadra majú svoje výhody a nevýhody. Aj keď v niektorých krajinách veľké prepojovacie transformátory alebo autotransformátory príležitostne používajú jednofázové{13}štruktúry, vo všeobecnosti sa v trojfázových{15}systémoch používajú iba jednofázové generátorové transformátory. Hlavný dôvod používania jednofázových transformátorov v trojfázových systémoch je obmedzený prepravnými podmienkami, pretože veľké generátorové transformátory môžu byť príliš ťažké na prepravu ako celok ako trojfázové transformátory.
Štruktúra päťstĺpového železného jadra znižuje výšku železného strmeňa pridaním bočných stĺpikov mimo stĺpikov jadra nastaveného vinutia, aby sa vytvoril obvod magnetického toku. V extrémnych prípadoch môže byť výška železného strmeňa trojfázovej päťstĺpovej konštrukcie železného jadra iba polovicou výšky železného strmeňa trojfázovej trojstĺpovej konštrukcie železného jadra. Preto je efekt zníženia výšky železného strmeňa stále veľmi významný. "Náklady" na zvýšenie bočných stĺpov sú výrazné zvýšenie veľkosti a straty železného jadra. Samozrejme, ak to prepravná výška umožňuje, nie je potrebné znížiť výšku päťstĺpového železného strmeňa na polovicu šírky jadrovej dosky. Ak je plocha prierezu železného strmeňa väčšia ako polovica plochy prierezu stĺpa jadra, hustota magnetického toku v železnom strmeni sa zníži, čím sa zníži jednotková strata jadra v železnom strmene. Navyše v porovnaní so železnými strmeňmi s prierezovou plochou 1/2 stĺpca jadra bude zníženie straty jadra spôsobené znížením strát jadra vo väčších prierezoch železného strmeňa väčšie ako zvýšenie strát jadra spôsobené zvýšením hmotnosti železného strmeňa, čo bude mať za následok zníženie celkovej straty jadra. Ak sú úspory nákladov zo zníženia celkovej straty železného jadra väčšie ako zvýšenie nákladov spôsobené nárastom materiálov, potom sa prijatie tejto konštrukčnej formy stále oplatí. Ďalším možným scenárom použitia trojfázovej päťstĺpcovej konštrukcie železného jadra je požiadavka, aby hodnota impedancie nulového sledu fáz transformátora bola ekvivalentná hodnote impedancie kladného sledu fáz.
Prvým krokom pri výrobe železného jadra je výroba jednotlivých laminácií železného jadra. V súčasnosti väčšina výrobcov transformátorov nakupuje materiály zo železného jadra, ktoré sa v závodoch na výrobu ocele režú na pásy z elektrooceľovej ocele štandardnej šírky. Práca, ktorú musia výrobcovia transformátorov urobiť, je preto len narezať pásy z elektrotechnickej ocele na železné jadrové lamely požadovanej dĺžky. Zlepšenie výrobného procesu laminácií železných jadier je jednou z oblastí, kde závody na výrobu železných jadier prešli v posledných rokoch výraznými zmenami.
Veľkosť jednotkovej straty oceľového pásu so železným jadrom do značnej miery závisí od vlastností materiálu oceľového pásu a úrovne jeho vnútorného mechanického napätia. Preto je potrebné minimalizovať spracovanie a manipuláciu s oceľovým pásom vo výrobnom procese železného jadra. Samozrejme, rezaniu pásov z elektrotechnickej ocele sa nedá vyhnúť a na ich okrajoch sa počas procesu rezania nevyhnutne vytvárajú otrepy. Otrepy na okraji oceľového pásu môžu spôsobiť elektrický kontakt medzi oceľovými plechmi a vytvoriť dráhu prúdu. Až do konca osemdesiatych rokov britská norma BS601 „Oceľové dosky a pásy pre magnetické obvody elektrických zariadení“ špecifikovala prípustné hodnoty pre otrepy na okrajoch pásov z elektrotechnickej ocele, čo zvyčajne znamenalo, že okrajové otrepy oceľového pásu sa museli odstrániť brúsením. Proces brúsenia otrepov môže poškodiť izoláciu laminátu a toto poškodenie izolácie si vyžaduje použitie dodatočnej izolácie na opravu. Všetky tieto operácie vyžadujú manipuláciu s lamelami železného jadra, najmä proces leštenia okrajových otrepov, ktorý zvyšuje úroveň mechanického namáhania vo vnútri lamiel železného jadra, čo si vyžaduje proces žíhania.
Moderné rezacie zariadenia môžu veľmi zmenšiť otrepy okrajov vznikajúce počas procesu rezania pásov elektrotechnickej ocele, čo tiež do určitej miery ťaží zo zlepšenia charakteristík samotného materiálu pásu z elektrooceľovej ocele. V 70-tych rokoch BS601 stanovil, že typická povolená hodnota výšky okrajových otrepov generovaných rezaním za studena -valcovaných pásov z elektrooceľovej ocele s orientovaným zrnom pomocou vysoko-kvalitného „tradičného“ zariadenia na spracovanie nástrojovej ocele bola 0,05 mm. Pomocou technológie brúsenia je možné výšku týchto otrepov znížiť na 0,025 mm. Pri použití rezných nástrojov z uhlíkovej ocele na rezanie pásov z elektrooceľovej ocele HiB môže byť výška vytváraných otrepov na hranách menšia ako 0,02 mm. Preto je teraz možné vynechať dva procesy dodatočnej izolácie a žíhania oceľových plechov.
Tu je potrebné ďalej diskutovať o otázke izolácie laminácií železného jadra. BS601 špecifikuje kvalitu izolácie laminácií železného jadra, to znamená, že merania izolačného odporu sa vykonávajú na vzorkách laminácií železného jadra v špecifikovanom počte opakovaní. Spomedzi nich by 80 % výsledkov meraní malo byť väčších ako 2 Ω a 5 % výsledkov meraní by malo byť väčších ako 5 Ω. Funkciou laminovanej izolácie je zabrániť cirkulácii vírivých prúdov vo vnútri železného jadra. Zabránenie cirkulácie prúdu však nezabráni generovaniu indukovaného napätia. Veľkosť indukovaného napätia je priamo úmerná šírke zásobníka. A ľudia si zvykli veriť, že ak izolácia lamiel spĺňa požiadavky normy BS601 pre železné jadro s hrúbkou pod 640 mm, indukované napätie v nich generované je prijateľné. Pri železných jadrách s laminovanou šírkou väčšou ako 640 mm je možné prierez stĺpika jadra rozdeliť na niekoľko častí tak, aby maximálna laminovaná šírka každej časti bola 640 mm, alebo je možné na laminovanie aplikovať dodatočnú izolačnú úpravu. Zvyčajne je potrebné rozdeliť veľké časti železného jadra na niekoľko častí, aby sa zabezpečili priechody chladiaceho oleja. Z hľadiska splnenia požiadaviek laminovanej izolácie teda rozdelenie prierezu železného jadra na niekoľko častí zvyčajne neprináša dodatočné ekonomické straty.
Treba poznamenať, že niektorí výrobcovia už dlho veria, že požiadavka BS601 na hodnotu izolačného odporu 2 Ω nie je striktná. Keď plánujú použiť ďalšie izolačné vrstvy na laminát, nie je potrebné opäť dodržiavať normy BS. Normy BS je potrebné dodržiavať až vtedy, keď odpadne dodatočná izolačná vrstva na lamináte. Ďalšou otázkou je, ako stanoviť predpisy pre zvyšných 20 % meraní izolačného odporu. Teoreticky môžu byť tieto merania 20 % izolačného odporu nulové a tento výsledok merania závisí od procesu kontroly izolačného povlaku, ktorý môže byť tiež umiestnený len v určitej oblasti pásu elektrotechnickej ocele. Na základe tejto situácie mnohí známi-výrobcovia transformátorov vydali svoje vlastné špecifikácie. Podľa týchto špecifikácií by body s 20 % nízkym izolačným odporom mali byť vo vrstvenej vzorke rozmiestnené náhodne. To znamená, že ak je všetkých 20 % bodov s nízkym izolačným odporom rozmiestnených v rovnakej oblasti vzorky, pás z elektrotechnickej ocele je neprijateľný. Mnohé pásy z elektrooceľovej ocele, ktoré sa dnes vyrábajú, majú vysokokvalitné{15}}izolačné nátery, ktoré sú súčasťou opatrení na zníženie jednotkových strát železných jadier. Pri použití tohto typu pásu z elektrotechnickej ocele zvyčajne nie je potrebné brať do úvahy veľkosť železného jadra a používať dodatočné izolačné nátery a výsledky merania izolačného odporu sú takmer vždy oveľa lepšie ako minimálny štandard špecifikovaný v starom BS601.
Jednou z nevýhod pásu z elektrooceľovej ocele s orientovaným zrnom je to, že akýkoľvek faktor, ktorý vyžaduje, aby sa magnetický tok odchýlil od smeru valcovania oceľového pásu za studena, povedie k zvýšeniu straty v železnom jadre, čo je obzvlášť výrazné pre pás z elektrooceľovej ocele HiB. Tieto faktory zahŕňajú dierovanie otvorov v oceľovom páse so železným jadrom a nevyhnutnú zmenu smeru magnetického toku v hornej a dolnej polohe stĺpa so železným jadrom. Treba poznamenať, že významným výsledkom posledného faktora je, že straty v štruktúre tenkého a vysokého železného jadra sú nižšie ako straty v štruktúre krátkeho a hrubého železného jadra s rovnakou hmotnosťou a hustotou magnetického toku, pretože prvý typ konštrukcie železného jadra vyžaduje menší magnetický tok odchyľujúci sa od smeru valcovania za studena. Vzťah medzi stratou železného jadra po montáži a súčinom hmotnosti železného jadra a jeho jednotkovej straty sa nazýva procesný koeficient železného jadra. Pre železné jadrá vyrobené z dobre{4}}navrhnutých pásov z elektrooceľovej ocele s orientovaným zrnom je procesný koeficient železného jadra približne 1,15. Termín "koeficient spracovania železného jadra" sa používa na opis vyššie uvedených dvoch typov štruktúr železného jadra, menovite štruktúry s vysokým a tenkým železným jadrom majú lepšie (tj nižšie) procesné koeficienty železného jadra ako štruktúry s krátkym a hrubým železným jadrom.
Aby sa znížil stupeň odchýlky magnetického toku od smeru valcovania oceľového pásu na spoji stĺpa jadra a železného strmeňa, rohy lamiel železného jadra sú vo všeobecnosti rezané pod uhlom 45 stupňov. Lamely železného jadra na týchto diagonálnych spojoch sa musia prekrývať, aby magnetický tok mohol prechádzať cez priľahlý povrch oceľového pásu namiesto toho, aby prechádzal vzduchovou medzerou umiestnenou na dráhe magnetického toku. Samozrejme, pre pásy z elektrooceľovej ocele valcované za tepla- (bez orientácie zrna) nie je potrebné používať diagonálne spoje v laminovaných rohoch. Bežne používanou konštrukčnou formou pre železné jadrá z oceľových pásov valcovaných za tepla{5}} je použitie oceľových skrutiek, ktoré prechádzajú stĺpikom jadra a železného strmeňa na upnutie, aby sa vytvorila kompletná konštrukcia železného jadra. Pri použití pásov z elektrooceľovej ocele s orientovaným zrnom si ľudia uvedomili problém porúch magnetického toku spôsobených perforáciou skrutky na stĺpe železného jadra a zmenšenie účinného prierezu vedie aj k zbytočnému zväčšeniu priemeru stĺpa železného jadra. Preto majú dizajnéri tendenciu eliminovať priechodnú skrutku a namiesto toho použiť oceľové pásy (s medzerami na elektroizoláciu) alebo pásy zo sklenených vlákien na viazanie stĺpov železného jadra. V štruktúre železného jadra viazania oceľového pásu by mala byť elektrická izolačná medzera umiestnená na viazacom oceľovom páse, aby sa zabránilo prúdeniu prúdu vo vnútri viazacieho oceľového pásu. Okrem toho by mal byť viazací oceľový pás izolovaný od lamiel so železným jadrom, aby sa zabránilo skratovaniu viazacieho oceľového pásu na každej vrstve na okraji lamiel. Z rovnakého hľadiska musí byť upínacia skrutka železného jadra tiež účinne izolovaná v mieste, kde prechádza jadrom a železným strmeňom. Horné a dolné železné strmene železného jadra však stále musia byť upnuté skrutkami, pretože hlavnú konštrukčnú pevnosť transformátora zabezpečuje železné strmene a jeho oceľové svorky.
Koncom 70-tych rokov 20. storočia, kvôli rastúcemu ekonomickému tlaku, bola nútená znížiť straty, najmä straty v železnom jadre, ktoré by existovali hneď po zapnutí transformátora, čo viedlo konštruktérov a výrobcov transformátorov k tendencii prijať úplne upínaciu konštrukciu zviazaného železného jadra bez skrutiek. Ďalšou nevýhodou dierovania lamiel so železným jadrom je to, že je v rozpore s požiadavkou na minimalizáciu množstva spracovania laminovania železného jadra (aby sa zabránilo zvyšovaniu strát materiálu), ako je uvedené vyššie. Vyššie uvedené dva faktory v kombinácii so znížením hmotnosti zvyškového materiálu na okrajoch a rohoch železného jadra spôsobeného zrušením otvorov pre skrutky viedli dizajnérov k tomu, aby uprednostnili použitie konštrukcií železného jadra bez otvorov pre upínacie skrutky.
Moderné pásy z elektrotechnickej ocele majú vysokú orientáciu zrna, čo zvyšuje význam zvýšenia strát spôsobených odchýlkou magnetického toku od smeru valcovania oceľového pásu za studena. Preto je výrobca transformátora ochotný vynaložiť maximálne úsilie, aby úplne eliminoval otvory pre upínacie skrutky v stĺpe jadra a železnom strmene. V železnom jadre veľkých transformátorov, aby sa zabezpečilo, že sa neobetuje príliš veľa konštrukčnej pevnosti, odstránenie otvorov pre upínacie skrutky výrazne zvyšuje zložitosť konštrukcie železného jadra.
