Was ist der größte Verlust im Transformator?

Der größte Verlust in einem Transformator ist typischerweise der Kernverlust, auch Eisenverlust genannt. Dies geschieht aufgrund des magnetischen Wechselfelds im Transformatorkern, das Hysterese und Wirbelstromverluste verursacht. Hystereseverluste resultieren aus der Verzögerung zwischen dem Magnetfeld und der Magnetisierung des Kernmaterials, während Wirbelstromverluste auf zirkulierende Ströme zurückzuführen sind, die im Kern induziert werden. Diese Verluste hängen mit den Materialeigenschaften des Kerns und der Betriebsfrequenz zusammen.

Der maximale Verlust bei Transformatoren ist in der Regel der Kupferverlust, auch Wicklungsverlust genannt. Aufgrund des Widerstands der Wicklungen entsteht Kupferverlust, wodurch beim Stromfluss durch sie Wärme entsteht. Dieser Verlust ist proportional zum Quadrat des Stroms und des Widerstands der Wicklungen, d. h. er steigt bei höheren Lastbedingungen deutlich an. Bei den meisten praktischen Transformatoren übersteigt der Kupferverlust unter Volllastbedingungen tendenziell den Kernverlust.

Die beiden Hauptverluste in einem Transformator sind Kernverluste (Eisenverluste) und Kupferverluste (Wicklungsverluste). Wie bereits erwähnt, kommt es aufgrund magnetischer Effekte im Transformatorkern zu Kernverlusten, während in den Wicklungen aufgrund des elektrischen Widerstands Kupferverluste auftreten. Zusammengenommen bestimmen diese Verluste den Wirkungsgrad des Transformators. Die Bemühungen zu ihrer Minimierung konzentrieren sich auf die Auswahl geeigneter Kernmaterialien und die Optimierung des Wicklungsdesigns.

Zu den vier Verlusten in Transformatoren gehören Kernverlust, Kupferverlust, Streuverlust und dielektrischer Verlust. Kernverluste bestehen aus Hysterese- und Wirbelstromverlusten im Kern. Aufgrund des Widerstands kommt es in den Wicklungen zu Kupferverlusten. Streuverluste entstehen durch Streuflüsse, die Ströme in nichtmagnetischen Teilen wie dem Tank und anderen Strukturkomponenten induzieren. In den Isoliermaterialien kommt es zu dielektrischen Verlusten, da das elektrische Wechselfeld dazu führt, dass kleine Ströme innerhalb der Isolierung fließen, was zu einer Energiedissipation führt.

Der Gesamtverlust eines Transformators ist die Summe aus Kernverlust, Kupferverlust, Streuverlust und dielektrischem Verlust. Kernverlust und Kupferverlust sind in der Regel die bedeutendsten Komponenten, wobei Streuverluste und dielektrische Verluste relativ geringer sind, aber dennoch wichtig für genaue Effizienzberechnungen sind. Der Gesamtverlust wirkt sich auf den Gesamtwirkungsgrad und die Leistung des Transformators aus und beeinflusst Faktoren wie Wärmeerzeugung, Betriebskosten und Zuverlässigkeit.