Umwandlungsverlusten

Umwandlungsverlusten bezeichnet man energy losses that occur when energy is converted from one form to another in technical systems. Sie entstehen durch irreversibilitäten im Material, in Bauteilen und in der Steuerung und führen dazu, dass die eingesetzte Energie nicht in nützliche Form abgegeben wird. Die Verluste werden oft als Verlustleistung angegeben und verringern die Effizienz eines Systems.

In elektrischen Maschinen wie Transformatoren und Motoren ergeben sich die wichtigsten Verlustarten aus Kernverlusten, Kupferverlusten und mechanischen Verlusten. Kernverluste entstehen durch Hysterese im magnetischen Material und durch Wirbelströme, bedingt durch äußere Felder und Frequenz. Kupferverluste entstehen durch den Widerstand der Wicklungen bei Stromfluss. Mechanische Verluste umfassen Reibung, Lager- und Dichtungsverluste sowie Windage. Je nach Bauweise können zusätzlich Streuverluste durch Leckströme auftreten.

Bei Leistungselektronik treten Umwandlungsverluste vor allem durch Schaltverluste, Leitungslastenverluste und Verluste in Halbleiterbauelementen auf. Schaltverluste entstehen während des Übergangs von Ein- zu ausgeschaltetem Zustand, Konduktionsverluste durch den Reihenwiderstand der Bauelemente, sowie Verluste durch Freilauf- oder Reparaturpfade. In thermischen oder chemischen Umwandlungsprozessen können Wärmeverluste, Reaktionsverluste oder Leckverluste auftreten.

Die Verlustleistung P_v ergibt sich aus P_v = P_in − P_out, und der Wirkungsgrad η = P_out / P_in. Verluste hängen von Last, Temperatur, Frequenz und Material ab. Strategien zu ihrer Reduktion umfassen den Einsatz besserer Materialien, Laminierung, effektive Kühlung, optimierte Geometrien, verbesserte Steuerungstechnik und fortschrittliche Halbleitertechnologie. Umwandlungsverlusten sind zentrale Einflussgrößen für Effizienz und Betriebskosten moderner Energiesysteme.