Der größte Verlust in einem Transformator ist typischerweise der Kupferverlust, auch bekannt als I²R-Verlust. Diese Art von Verlust entsteht durch den Widerstand der Transformatorwicklungen gegenüber dem Stromfluss. Wenn Strom durch die Wicklungen fließt, verursacht der Widerstand eine Erwärmung proportional zum Quadrat des Stroms (I²) multipliziert mit dem Widerstand (R). Kupferverluste machen einen erheblichen Teil der Gesamtverluste in einem Transformator aus, insbesondere unter Volllastbedingungen, wo der Stromfluss am höchsten ist.
Der maximale Verlust bei Transformatoren ist häufig der Kernverlust, der sowohl Hystereseverluste als auch Wirbelstromverluste umfasst. Hystereseverlust entsteht, weil die magnetischen Materialien im Transformatorkern (typischerweise Siliziumstahl) einen Energieverlust erleiden, da sie sich als Reaktion auf den Wechselstrom wiederholt magnetisieren und entmagnetisieren. Wirbelstromverluste hingegen resultieren aus Strömen, die aufgrund des sich ändernden Magnetfelds im Kernmaterial induziert werden. Zusammengenommen können diese Kernverluste erheblich sein, insbesondere bei großen Transformatoren, die mit höheren Frequenzen betrieben werden.
Bei Transformatoren treten vier Hauptarten von Verlusten auf: Kupferverluste (I²R-Verluste), Kernverluste (einschließlich Hysterese- und Wirbelstromverluste), Streulastverluste und dielektrische Verluste. Aufgrund des elektrischen Widerstands kommt es in den Wicklungen zu Kupferverlusten. Kernverluste beziehen sich auf die Energie, die aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen im Kernmaterial verloren geht. Streulastverluste umfassen Verluste in Strukturelementen, Streuflüsse und mechanische Vibrationen. Beim dielektrischen Verlust handelt es sich um eine Energiedissipation in den im Transformator verwendeten Isoliermaterialien.
Der Gesamtverlust eines Transformators umfasst alle genannten Verluste: Kupferverlust, Kernverlust (Hysterese und Wirbelstrom), Streulastverlust und dielektrischer Verlust. Diese Verluste verringern insgesamt die Effizienz des Transformators, da ein Teil der eingegebenen elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird, anstatt als elektrische Nutzleistung an die Last übertragen zu werden. Die Minimierung dieser Verluste ist entscheidend für die Verbesserung der Effizienz und Zuverlässigkeit des Transformatorbetriebs, insbesondere bei Anwendungen, bei denen Energieeinsparung und Kosteneffizienz im Vordergrund stehen.
Im Transformatorbetrieb werden typischerweise sechs Verluste berücksichtigt: Kupferverlust (I²R), Kernverlust (Hysterese und Wirbelstrom), Streulastverlust, dielektrischer Verlust, Lastverlust und Leerlaufverlust. Der Lastverlust bezieht sich auf die Kupfer- und Streulastverluste, die unter Lastbedingungen auftreten, während der Leerlaufverlust Kern- und Streulastverluste umfasst, wenn der Transformator im Leerlauf, aber unter Spannung steht. Diese Verluste tragen zur allgemeinen Ineffizienz von Transformatoren bei und werden durch Designoptimierung, Materialauswahl und Betriebsstrategien zur Verbesserung von Leistung und Zuverlässigkeit gemanagt.
