Der Wirkungsgrad von Transformatoren ändert sich typischerweise mit den Lastbedingungen. Das Verständnis dieses Zusammenhangs ist entscheidend für die Optimierung der Energieübertragung und die Minimierung von Verlusten in elektrischen Systemen. Im Allgemeinen steigt der Wirkungsgrad des Transformators mit der Last bis zu einem bestimmten Punkt. Bei niedrigen Lasten kann der Transformator aufgrund von Kernverlusten und Leerlaufstromverlusten, die unabhängig von der Last relativ konstant bleiben, unter seinem optimalen Wirkungsgrad arbeiten. Wenn die Last innerhalb der Nennkapazität des Transformators zunimmt, verbessert sich der Wirkungsgrad, da ein größerer Teil der Eingangsleistung zum Ausgang übertragen wird.
Der Wirkungsgrad steigt nicht linear mit der Belastung, sondern folgt einer charakteristischen Kurve. Bei geringer Last weist der Transformator möglicherweise einen geringeren Wirkungsgrad auf, da die Verluste (z. B. Kernverluste und Kupferverluste) einen erheblichen Prozentsatz der Eingangsleistung ausmachen. Mit steigender Last bleiben die Verluste relativ konstant, aber die an die Last abgegebene Leistung steigt, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Ab einem bestimmten Punkt, der sich normalerweise der Volllast oder der Nennkapazität des Transformators nähert, kann der Wirkungsgrad jedoch aufgrund von Faktoren wie Sättigungseffekten im Kern oder erhöhten Kupferverlusten bei höheren Strömen ein Plateau erreichen oder sogar leicht abnehmen.
Wenn die Last in einem Transformator zunimmt, beeinflussen mehrere Effekte seinen Betrieb. Erstens verbessert sich die Spannungsregelung tendenziell mit zunehmender Last, was bedeutet, dass der Transformator unter wechselnden Lastbedingungen näher an seiner Nennausgangsspannung bleiben kann. Dies ist von Vorteil, um einen stabilen Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen. Zweitens steigt die an die Last gelieferte Leistung mit dem Laststrom, wodurch sich die Gesamteffizienz der Energieübertragung von der Primär- zur Sekundärwicklung verbessert. Eine übermäßige Belastung, die über die Nennkapazität des Transformators hinausgeht, kann jedoch zu Überhitzung, vermindertem Wirkungsgrad und möglichen Schäden an den Transformatorwicklungen führen.
Der Wirkungsgrad steigt mit dem Lastwiderstand in einem Transformator, vor allem weil bei höheren Lastwiderständen ohmsche Verluste (Kupferverluste) dominieren. Diese Verluste sind proportional zum Quadrat des Laststroms. Mit zunehmendem Lastwiderstand nimmt der Laststrom ab, wodurch sich die Kupferverluste verringern. Diese Reduzierung der Verluste trägt zu einem höheren Wirkungsgrad bei, da weniger Leistung als Wärme in den Wicklungen verloren geht. Daher sind Transformatoren so konzipiert, dass sie effizient arbeiten, wenn die Lastimpedanz mit der Nennimpedanz des Transformators übereinstimmt, wodurch eine maximale Leistungsübertragung und minimale Energieverluste gewährleistet werden.
Der Wirkungsgrad eines Transformators steigt aufgrund mehrerer Faktoren als Funktion des Laststroms. Anfänglich kann der Transformator bei niedrigeren Lastströmen aufgrund fester Verluste wie Kernverluste und Leerlaufstromverluste unterhalb des Spitzenwirkungsgrads arbeiten. Mit zunehmendem Laststrom wird ein größerer Anteil der Eingangsleistung in nutzbare Ausgangsleistung umgewandelt, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt. Dieser Zusammenhang ist wichtig, da die Verluste (sowohl Kernverluste als auch Kupferverluste) relativ konstant bleiben, die an die Last gelieferte Ausgangsleistung jedoch mit dem Laststrom zunimmt. Daher sind Transformatoren so konzipiert, dass sie bei verschiedenen Lastströmen effizient arbeiten, die Energieübertragung optimieren und Verschwendung minimieren.