Als wichtiger Akteur bei der Steigerung der Energieeffizienz von Transformatoren CHH Power CHH Power legt großen Wert darauf, die beiden Hauptursachen für Transformatorverluste – Eisen- und Kupferverluste – zu verstehen und zu minimieren. Diese Verluste reduzieren nicht nur den Wirkungsgrad des Transformators, sondern führen auch zu Kernerwärmung und Temperaturanstieg, was sich direkt auf die Betriebsstabilität und Lebensdauer auswirkt. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung der Ursachen dieser Verluste sowie die gezielten Optimierungsstrategien von CHH Power.
1. Wirbelströme und Eisenverluste: Kernbedingte Energiedissipation
Wird die Primärwicklung eines Transformators mit Strom versorgt, erzeugt der Wechselstrom in der Spule einen magnetischen Fluss, der im Eisenkern zirkuliert. Da der Eisenkern leitfähig ist, induziert dieser sich ändernde magnetische Fluss eine elektromotorische Kraft (EMK) in der Ebene senkrecht zu den Magnetfeldlinien.
- WirbelstrombildungDie induzierte EMK erzeugt einen geschlossenen Stromkreis im Querschnitt des Eisenkerns. Der Strom fließt spiralförmig, ähnlich einem Wirbel – daher der Name „Wirbelstrom“.
- EisenverlustgenerierungWirbelströme stoßen beim Durchfließen des Eisenkerns auf Widerstand und wandeln dabei elektrische Energie in Wärme um. Diese Wärmeabgabe wird als „Eisenverlust“ (oder Kernverlust) bezeichnet und bleibt während des Transformatorbetriebs unabhängig von der Last relativ konstant.
Um Eisenverluste zu minimieren, verwendet CHH Power laminiertes Hochsilizium Siliziumstahlbleche für die Kernfertigung. Jedes Blech ist mit einer Isolierschicht überzogen, um die Wirbelstromschleifen aufzubrechen, wodurch die Stromstärke deutlich reduziert und die Eisenverluste im Vergleich zu herkömmlichen massiven Eisenkernen um bis zu 40 % gesenkt werden.
2. Kupferverluste: Wicklungsbedingter Stromverbrauch
Transformatoren benötigen große Mengen Kupferdraht (oder hochleitfähige Legierungen) zum Wickeln ihrer Primär- und Sekundärwicklungen. Kupfer ist zwar ein ausgezeichneter Leiter, besitzt aber dennoch einen Eigenwiderstand.
- KupferverlustmechanismusWenn Strom durch die Kupferwicklungen fließt, wandelt der Widerstand einen Teil der elektrischen Energie in Wärme um. Diese Wärmeabgabe wird als „Kupferverlust“ bezeichnet und variiert quadratisch mit dem Laststrom – das heißt, sie steigt deutlich an, wenn der Transformator unter höherer Last betrieben wird.
CHH Power begegnet Kupferverlusten durch folgende Maßnahmen:
- Auswahl hochreine sauerstofffreie Kupferdrähte mit niedrigerem spezifischem Widerstand, wodurch der Eigenwiderstand im Vergleich zu Standardkupfer um 15 % reduziert wird.
- Optimierung des Wicklungsdesigns mittels computergestützter Simulation zur Minimierung der Drahtlänge und Verbesserung der Stromverteilung, wodurch die Energieverluste unter Volllastbedingungen weiter gesenkt werden.
3. Auswirkungen der Verluste: Temperaturanstieg und Effizienzverlust
Sowohl Eisen- als auch Kupferverluste tragen direkt zum Temperaturanstieg des Transformators bei, der ein entscheidender Faktor für seine Lebensdauer ist. Übermäßige Hitze kann die Alterung der Isolierung beschleunigen und das Risiko mechanischer Ausfälle erhöhen.
- EffizienzlückeAufgrund dieser unvermeidbaren Verluste ist die Ausgangsleistung des Transformators stets geringer als seine Eingangsleistung. Der Wirkungsgrad (Ausgangsleistung/Eingangsleistung × 100 %) ist ein wichtiger Leistungsindikator – die fortschrittlichen Transformatoren von CHH Power erreichen dank der oben beschriebenen Maßnahmen zur Verlustreduzierung Wirkungsgrade von über 99 % bei Großanlagen und 98.5 % bei Verteiltransformatoren.
Durch die Fokussierung auf Innovationen bei den Kernmaterialien und die Optimierung des Wicklungsdesigns kontrolliert CHH Power effektiv die Eisen- und Kupferverluste und gewährleistet so, dass die Transformatoren einen hohen Wirkungsgrad, einen geringen Temperaturanstieg und einen langfristig zuverlässigen Betrieb für Netzanwendungen gewährleisten.