Ein Transformator ist eine grundlegende Komponente in elektronischen Schaltungen, die die Spannung nach oben oder unten wandelt. Dies wird durch zwei Kupferdrahtwicklungen, die Primär- und Sekundärspule, um einen durchgehenden Magneten, den sogenannten Kern, erreicht. Transformatorverluste beziehen sich auf die elektrische Energie, die beim Hoch- oder Heruntersetzen der Spannung verloren geht.
Eine andere Sichtweise ist, dass bei einer Elektronik, die bei normalen Betriebstemperaturen läuft, nichts ohne Kosten ist. Die in die Primärwicklung des Transformators eingespeiste Leistung kommt in der Sekundärwicklung immer niedriger heraus. Die Primärspule berührt die Sekundärspule nicht physisch, wie man es bei anderen Arten von elektrischen Verbindungen erwarten würde. Die Verbindung erfolgt eigentlich durch das Magnetfeld und dessen Wechselwirkung mit Elektronen. Diese Verbindung wird als Induktion bezeichnet, was sinnvoll ist, da das Magnetfeld den Strom induziert oder bewirkt, dass sich der Strom von der Primärspule zur Sekundärspule bewegt.
Transformatorverluste sind ein direktes Ergebnis der magnetischen Induktion und können mathematisch vorhergesagt werden. Um dies zu verstehen, kann man sich überlegen, wie ein Magnetfeld aussieht. Wenn Eisenspäne auf ein steifes Stück Papier gestreut werden, das über einen Magneten gelegt wird, bilden sich die Eisenspäne zu geschwungenen Linien. In Transformatoren geht Elektrizität verloren, weil die gekrümmten magnetischen Linien einen Teil der Energie ins Freie und in die umgebenden Materialien leiten und nicht direkt in die Sekundärspule.
Wenn die Leute zum ersten Mal mit Transformatorverlusten vertraut gemacht werden, könnte die Reaktion sein, dass Transformatoren zu ineffizient sind, um etwas zu bewirken. Die technische Herausforderung besteht jedoch darin, die Transformatorverluste auf ein Maß zu reduzieren, das für den Rest der Schaltung unwichtig ist. Transformatoren variieren in der Größe von sehr kleinen, die auf Computer-Motherboards zu finden sind, bis zu sehr großen Transformatoren, die in Industriekraftwerken verwendet werden. Die großen Transformatoren können es sich leisten, mehr Energie zu verlieren als ihre kleineren Pendants.
Wärmeenergie ist ein wichtiges Ergebnis von Transformatorverlusten. Die verlorenen Elektronen interagieren mit Materialien um sie herum, einschließlich einiger Gase in der Luft, und von dort kommt die Wärme. Wird die Wärme nicht schnell genug abgeführt, kann der Transformator platzen und bei größeren Modellen explodieren. Ein Knallen und Explodieren kann auch auftreten, wenn eine relativ große elektrische Leistungsspitze in die Primärspule gedrückt wird. Aus diesem Grund muss zuerst die Mathematik durchgeführt werden, um die Betriebsgrenzen eines bestimmten Transformatordesigns zu bestimmen.