Введение
Потери в меди – это термин, часто используемый для обозначения тепла, выделяемого электрическими токами в проводниках обмоток трансформатора или других электрических устройств. Потери в меди являются нежелательным рассеянием энергии, как и потери в сердечнике, которые возникают из-за индуцированных токов в соседних компонентах. Термин применяется независимо от материала обмоток – меди или другого проводника, например, алюминия. Поэтому часто предпочтительнее использовать термин "потери в обмотках". Термин "потери на нагрузке" используется в электроэнергетике для описания части электроэнергии, теряемой между генератором и потребителем, которая связана с мощностью нагрузки (пропорциональна квадрату этой мощности), в отличие от холостых потерь.
Расчеты
Потери в меди возникают из-за нагрева Джоуля и поэтому также называются "потерями, пропорциональными квадрату тока" (I²R), в соответствии с первым законом Джоуля. Этот закон утверждает, что энергия, теряемая каждую секунду, или мощность, возрастает пропорционально квадрату тока, протекающего через обмотки, и пропорциональна электрическому сопротивлению проводников. Где I – ток, протекающий в проводнике, а R – сопротивление проводника. При измерении тока в амперах и сопротивления в омах, рассчитанная потеря мощности выражается в ваттах. Нагрев Джоуля имеет коэффициент полезного действия 1,0, что означает, что каждый 1 ватт электрической мощности преобразуется в 1 джоуль тепла. Следовательно, энергия, потерянная из-за потерь в меди, равна:
где t – время в секундах, в течение которого ток поддерживается.
Влияние частоты
Для применений на низких частотах потери мощности можно минимизировать, используя проводники с большой площадью поперечного сечения, изготовленные из металлов с низким удельным сопротивлением. При высоких частотах эффект близости и скин-эффект вызывают неравномерное распределение тока по сечению проводника, увеличивая его эффективное сопротивление и усложняя расчет потерь. Литцендрат – это тип провода, конструкция которого обеспечивает равномерное распределение тока, тем самым снижая нагрев, вызванный эффектом Джоуля.
Снижение потерь меди
Среди прочих мер, электрическая энергоэффективность типичного промышленного индукционного двигателя может быть повышена за счет снижения электрических потерь в обмотках статора (например, путем увеличения площади поперечного сечения проводника, совершенствования техники обмотки и использования материалов с более высокой электропроводностью, таких как медь). В системах передачи электроэнергии напряжение повышают для уменьшения тока, что приводит к снижению потерь мощности.