Warum treten bei einem Transformator Kernverluste auf?

Kernverluste treten in einem Transformator hauptsächlich aus zwei Gründen auf: Hystereseverlust und Wirbelstromverlust. Hystereseverlust entsteht, weil das Kernmaterial (typischerweise aus Siliziumstahl) wiederholten Magnetisierungs- und Entmagnetisierungszyklen unterliegt, während der Wechselstrom durch die Transformatorwicklungen fließt. Bei jedem Zyklus wird aufgrund der inhärenten magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials Energie als Wärme abgegeben, was zu Hystereseverlusten führt. Wirbelstromverluste hingegen entstehen durch die Bildung von Umlaufströmen (Wirbelströmen) innerhalb des Kernmaterials selbst. Diese Ströme induzieren eine Widerstandserwärmung und tragen so zu zusätzlichen Energieverlusten bei.

Die beiden Ursachen für Leistungsverluste im Kern eines Transformators sind Hystereseverluste und Wirbelstromverluste. Ein Hystereseverlust tritt auf, weil das Kernmaterial eine Verzögerung der Magnetisierung aufweist, wenn es magnetischen Wechselfeldern ausgesetzt wird. Diese Verzögerung führt bei jedem magnetischen Zyklus zu einer Energiedissipation in Form von Wärme. Wirbelstromverluste hingegen entstehen durch die Zirkulation von Strömen im Kernmaterial, die durch das sich ändernde Magnetfeld induziert werden. Diese Ströme stoßen im Kernmaterial auf Widerstand, was zu einer weiteren Energiedissipation in Form von Wärme führt.

Kernverluste in einem Transformator werden als konstante Verluste bezeichnet, da sie unabhängig von der Belastung des Transformators relativ konstant bleiben. Diese Verluste hängen hauptsächlich von den magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials und der Betriebsfrequenz ab. Im Gegensatz dazu variieren die Kupferverluste (oder Wicklungsverluste) mit dem durch die Transformatorwicklungen fließenden Laststrom. Kupferverluste resultieren aus dem Widerstand der in den Wicklungen verwendeten Kupferleiter und nehmen mit steigendem Laststrom zu. Diese Unterscheidung zwischen konstanten Kernverlusten und variablen Kupferverlusten ist für die Transformatorkonstruktion und Effizienzberechnungen von wesentlicher Bedeutung.

Kernverluste und Kupferverluste sind zwei verschiedene Arten von Verlusten in einem Transformator. Kernverlust bezieht sich insbesondere auf die Energie, die aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen als Wärme im Transformatorkern abgegeben wird. Es handelt sich um einen inhärenten Verlust, der während des Transformatorbetriebs unabhängig von den Lastbedingungen kontinuierlich auftritt. Kupferverluste, auch Wicklungsverluste oder I²R-Verluste genannt, beziehen sich auf die Energie, die aufgrund des Widerstands der Kupferleiter als Wärme in den Transformatorwicklungen abgegeben wird. Kupferverluste variieren mit dem Quadrat des Laststroms und tragen zur Verringerung des Gesamtwirkungsgrads des Transformators bei.

Der Kernverlust eines Transformators bezieht sich auf die Leistung, die aufgrund von Hysterese- und Wirbelstromverlusten als Wärme im Transformatorkern abgegeben wird. Hystereseverluste treten auf, weil das Kernmaterial magnetische Umkehrungen erfährt, wenn der Wechselstrom durch die Wicklungen fließt, was zu einer Energiedissipation führt. Wirbelstromverluste entstehen durch zirkulierende Ströme, die durch das sich ändernde Magnetfeld im Kernmaterial induziert werden. Zusammen stellen diese Verluste die Energie dar, die nicht auf die Last übertragen, sondern im Kern des Transformators in Wärme umgewandelt wird, was sich auf dessen Gesamteffizienz und Leistung auswirkt.

Recent Updates

Related Posts