Transformatorverluste

Transformatorverluste sind die Einbußen an elektrischer Leistung, die beim Betrieb eines Transformators gegenüber der nutzbaren Ausgangsleistung auftreten. Sie erhöhen die Eingangsleistung, ohne dass die übertragene Nutzleistung steigt. Vereinfacht lassen sie sich in Kernverluste und Kupferverluste unterteilen, ergänzt durch geringe Streuverluste in Bauteilen. Die Verluste hängen von Last, Frequenz, Temperatur und dem verwendeten Werkstoff ab und bestimmen maßgeblich den Wirkungsgrad eines Transformators.

Kernverluste entstehen im Eisenkern durch magnetische Umwandlungen und setzen sich aus Hysterese- und Wirbelstromverlusten zusammen. Hystereseverluste steigen mit Frequenz und Flussdichte (typisch f·B^n, n ca. 1,6–2). Wirbelstromverluste resultieren aus Wirbelströmen in Laminierungen und erhöhen sich mit Frequenz, Material und Dicke der Bleche. Dünne, gut isolierte Bleche reduzieren diese Verluste deutlich.

Kupferverluste (I^2R-Verluste) entstehen durch den Widerstand der Wicklungen und steigen mit dem Quadrat des Betriebsstroms; Temperaturerhöhung erhöht den Widerstand. Zusätzlich verursachen Streuverluste durch Leckflussanteile weitere Verluste in Wicklungen und Gehäuse. Insgesamt dominieren Kupferverluste die Lastverluste eines Transformators.

Der Wirkungsgrad moderner Großtransformatoren liegt typischerweise bei 98 Prozent oder höher im Betriebsbereich, abhängig von Last und Kühlung. Zur Verlustsenkung werden sorgfältige Materialwahl, gute Wicklungsführung, verbesserte Kühlung und eine verlustoptimierte Auslegung von Kern und Wicklungen eingesetzt.