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Elektro- und Ingenieurrechner

Transformator-Wirkungsgrad-Rechner — Last, Eisen- und Kupferverluste

Berechnen Sie den Wirkungsgrad eines Transformators bei Teillast aus Nennleistung in kVA, Leistungsfaktor, Eisenverlust und Kupferverlust bei Volllast, mit Wirkungsgrad-Maximum und Szenarien von 25 bis 100 %.

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Keine versteckten Annahmen. Eingaben, Einheiten und der Rechenweg bleiben sichtbar, damit Sie die Berechnung überprüfen können.

Berechnetes Ergebnis

96,67 % Wirkungsgrad

Ausgangsleistung: 67,5 kW

Kupferverlust bei 75 % Last: 1,125 kW

Eisenverlust: 1,2 kW

Gesamtverlust: 2,325 kW

Eingangsleistung: 69,825 kW

Berechneter Punkt des maximalen Wirkungsgrads: 77,46 % Nennlast (69,71 kW bei eingegebenem PF), η ≈ 96,672 %.

Szenariovergleich – 25 % Last: 94,439 % η, 1,325 kW Verlust | 50 % Last: 96,36 % η, 1,7 kW Verlust | 75 % Last: 96,67 % η, 2,325 kW Verlust | 100 % Last: 96,567 % η, 3,2 kW Verlust

Modellgrenze: Eisen-/Leerlaufverlust wird bei Nennspannung/Nennfrequenz als konstant behandelt, und der Lastverlust skaliert mit dem Quadrat des Stroms. Für technische Entscheidungen Prüfzeugnis- bzw. Herstellerdaten zu den Verlusten verwenden.

Rechenweg anzeigen
  1. 1. Lastanteil x = 75 ÷ 100 = 0,75.
  2. 2. Ausgang = 100 kVA × 0,75 × PF 0,9 = 67,5 kW.
  3. 3. Kupferverlust = 2 kW × 0,75² = 1,125 kW.
  4. 4. η = 67.5 ÷ (67.5 + 1.2 + 1.125) × 100 = 96.6702%.
  5. 5. xₘₐₓ = √(1,200 ÷ 2,000) = 0.7746 (77.46%).
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Die Berechnung ohne versteckte Annahmen

Berechnen Sie den Betriebswirkungsgrad eines Transformators aus Verlustdaten, statt den Wirkungsgrad vom Typenschild zu übernehmen. Das Ergebnis trennt den konstanten Eisenverlust vom lastabhängigen Kupferverlust, zeigt den Punkt gleicher Verluste für den theoretischen maximalen Wirkungsgrad und vergleicht übliche Lastszenarien.

So verwendest du diesen Rechner

1

Geben Sie die Nennscheinleistung des Transformators in kVA ein.

2

Geben Sie die aktuelle Last als Prozentsatz der Nennleistung in kVA sowie den Leistungsfaktor der Last ein.

3

Geben Sie Leerlauf- bzw. Eisenverlust und Kupfer- bzw. Lastverlust bei Volllast aus verlässlichen Prüf- oder Herstellerdaten ein.

4

Lesen Sie den Betriebswirkungsgrad, die Abgabe- und Aufnahmeleistung sowie die getrennten Verluste ab.

5

Vergleichen Sie die berechnete Last für maximalen Wirkungsgrad mit dem Nennbereich auf dem Typenschild. Ein theoretischer Wert über 100 % ist keine Empfehlung, den Transformator zu überlasten.

Typische Einsatzbereiche

  • •Prüfung des erwarteten Wirkungsgrads bei einem gemessenen Lastpunkt.
  • •Vergleich von 25 %, 50 %, 75 % und 100 % Auslastung mit denselben Verlustdaten.
  • •Ermittlung des Lastanteils, bei dem der modellierte Kupferverlust gleich dem Eisenverlust ist.
  • •Erklärung, warum gering ausgelastete Verteiltransformatoren dennoch nennenswert Leerlaufenergie verbrauchen.

Beispiel: 100-kVA-Transformator bei 75 % Last

Bei 100 kVA, 75 % Last und cos φ 0,9 mit 1,2 kW Eisenverlust und 2,0 kW Kupferverlust bei Volllast: Abgabe = 67,5 kW, Kupferverlust = 1,125 kW, Gesamtverlust = 2,325 kW und Wirkungsgrad ≈ 96,67 %. Der Punkt gleicher Verluste liegt bei √(1200/2000) ≈ 77,46 % Last.

Was das Ergebnis nicht voraussetzt

  • •Dieses stationäre Modell behandelt den Eisen- bzw. Leerlaufverlust bei Nennspannung und Nennfrequenz als konstant und skaliert den Kupfer- bzw. Lastverlust bei Volllast mit dem Quadrat des Laststroms.
  • •Verwenden Sie Verlustdaten des Herstellers oder aus dem Prüfzeugnis. Aus dieser Planungsberechnung lassen sich keine Gerätekonformität, garantierten Wirkungsgrade oder Temperaturerhöhungen ableiten.
  • •Oberschwingungen, Wicklungstemperatur, Verhalten der Streulastverluste, Spannungs- und Frequenzschwankungen, Stufenschalterstellung und Kühlzustand können die realen Verluste verändern.
  • •Der berechnete Punkt gleicher Verluste kann über 100 % Nennlast liegen, wenn der Eisenverlust den Kupferverlust bei Volllast übersteigt. Dies ist ein mathematischer Hinweis und niemals eine Erlaubnis, Betriebsmittel zu überlasten.
  • •Der Tageswirkungsgrad benötigt ein zeitlich gewichtetes Lastprofil und ist eine eigenständige Berechnung, getrennt von diesem momentanen Betriebspunkt-Wirkungsgrad.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird der Transformator-Wirkungsgrad bei Teillast berechnet?+

Die Abgabeleistung ist Nennleistung kVA × Lastanteil × cos φ. Der Eisenverlust wird in diesem Modell konstant gehalten, während der Kupferverlust bei Volllast mit dem Quadrat des Lastanteils multipliziert wird. Der Wirkungsgrad ist die Abgabeleistung geteilt durch Abgabeleistung plus diese Verluste.

Warum wird beim Kupferverlust das Quadrat der Last verwendet?+

Der Wicklungsverlust I²R ändert sich näherungsweise mit dem Quadrat des Stroms. Bei konstanter Spannung und festem Übersetzungsverhältnis folgt der Strom dem Lastanteil, daher verwendet das Planungsmodell x² mal Kupferverlust bei Volllast.

Wann ist der Wirkungsgrad eines Transformators am höchsten?+

Im üblichen Modell mit konstantem Eisenverlust und I²R-Lastverlust liegt der maximale Wirkungsgrad dort, wo der Kupferverlust gleich dem Eisenverlust ist, also bei xmax = √(Pcore/Pcu,FL).

Liegt der maximale Wirkungsgrad immer unter Volllast?+

Nein. Bei ungewöhnlichen eingegebenen Verlustverhältnissen kann der rechnerische Gleichgewichtspunkt über der Nennlast liegen. MAXScanner zeigt diesen Zustand an, empfiehlt jedoch keinen Betrieb oberhalb der Nennleistung auf dem Typenschild.

Entspricht dies dem Tageswirkungsgrad?+

Nein. Der Tageswirkungsgrad vergleicht abgegebene und aufgenommene Energie über einen Betriebszyklus, einschließlich der Eisenverluste in eingeschalteten Zeiten mit geringer Last oder im Leerlauf.

Kann dieser Rechner nachweisen, dass ein Transformator eine Wirkungsgradvorschrift erfüllt?+

Nein. Die Konformität hängt von der jeweils geltenden Norm, dem vorgeschriebenen Prüfverfahren, den Temperaturkorrekturen und zertifizierten Daten ab. Dieses Tool ist ein technischer Planungsrechner.

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