Kernverluste

Kernverluste bezeichnen die in magnetischen Kernen von elektrischen Bauelementen wie Transformatoren oder Spulen auftretenden Wärmeverluste, die durch wechselnde Magnetfelder verursacht werden. Sie bestehen überwiegend aus Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten und werden durch Materialeigenschaften, Geometrie und Betriebsbedingungen bestimmt.

Hystereseverluste entstehen durch die irreversiblen Prozesse der Domainwandbewegung und Magnetisierungsumkehr im ferromagnetischen Material, wodurch in jedem Zyklus Energie in Wärme umgewandelt wird. Die Verluste hängen von der Frequenz des Wechselfelds und der maximalen Flussdichte ab und steigen mit der Fläche der B-H-Schleife. Materialien mit geringer Hysterese neigen zu geringeren Verlusten.

Wirbelstromverluste entstehen durch induzierte Ströme innerhalb des Kernmaterials, die sich als Wärme darstellen. Sie wachsen mit dem Quadrat der Frequenz, dem Quadrat der Flussdichte und mit der Leitfähigkeit des Materials. Eine effektive Reduktion erfolgt durch Laminieren des Kerns (dünne, isolierte Schichten) oder durch den Einsatz ferritischer oder amorpher Werkstoffe mit geringerer Leitfähigkeit.

Zusätzliche Verluste entstehen durch Streufelder und mechanische Vibration, treten aber meist in geringerem Ausmaß auf als Hysterese- und Wirbelstromverluste. Die Kernverluste werden häufig in W/kg oder W/m³ angegeben und hängen stark von Temperatur, Materialzusammensetzung, Bauform und Betriebsbedingungen ab.

Zur Reduktion der Kernverluste werden spezielle Werkstoffe eingesetzt, z. B. laminiertes elektrisches Stahlblech, grain-oriented oder hoch- bzw. amorphe Werkstoffe, sowie ferritkerne. Die Gestaltung von Laminationsdicke, Isolationsschicht und Kerngeometrie hat einen großen Einfluss auf die Verlustleistungen.