Kupferverluste bezeichnen die Wärme, die durch elektrische Ströme in den Leitern von Transformatorwicklungen oder anderen elektrischen Geräten entsteht. Kupferverluste stellen , wie auch Kernverluste , die durch induzierte Ströme in benachbarten Bauteilen verursacht werden, eine unerwünschte Energieübertragung dar. Der Begriff wird unabhängig davon verwendet, ob die Wicklungen aus Kupfer oder einem anderen Leiter, wie beispielsweise Aluminium , bestehen . Daher wird häufig der Begriff Wicklungsverluste bevorzugt. Der Begriff Lastverlust wird in der Stromversorgung verwendet , um den Anteil des zwischen Generator und Verbraucher [ 1 ] verlorenen Stroms zu beschreiben , der von der Lastleistung abhängt (proportional zu deren Quadrat ist), im Gegensatz zum Leerlaufverlust . [ 2 ]
Berechnungen
Kupferverluste entstehen durch Joulesche Erwärmung und werden daher auch als „I²R-Verluste“ bezeichnet, in Anlehnung an das erste Joulesche Gesetz . Dieses besagt, dass die pro Sekunde verlorene Energie , also die Leistung , quadratisch mit dem Strom durch die Wicklungen und proportional zum elektrischen Widerstand der Leiter zunimmt .
Dabei ist I die Stromstärke im Leiter und R der Widerstand des Leiters. Mit I in Ampere und R in Ohm wird der berechnete Leistungsverlust in Watt angegeben .
Die Joulesche Wärme hat einen Leistungskoeffizienten von 1,0, was bedeutet, dass jedes Watt elektrischer Leistung in ein Joule Wärme umgewandelt wird. Daher beträgt der Energieverlust durch Kupferverluste:
wobei t die Zeit in Sekunden ist , in der der Strom aufrechterhalten wird.
Einfluss der Frequenz
Bei Niederfrequenzanwendungen kann der Leistungsverlust minimiert werden, indem Leiter mit großem Querschnitt aus Metallen mit niedrigem spezifischem Widerstand verwendet werden.
Bei hochfrequenten Strömen führen der Proximity-Effekt und der Skin-Effekt zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung über den Leiter, wodurch sich dessen effektiver Widerstand erhöht und die Verlustberechnungen erschwert werden.
Litzendraht ist ein Drahttyp, der so konstruiert ist, dass der Strom gleichmäßig verteilt wird und dadurch die Joulesche Erwärmung reduziert wird.
Reduzierung des Kupferverlusts
Die elektrische Energieeffizienz eines typischen industriellen Induktionsmotors lässt sich unter anderem durch die Reduzierung der elektrischen Verluste in den Statorwicklungen verbessern (z. B. durch Vergrößerung des Leiterquerschnitts, Verbesserung der Wicklungstechnik und Verwendung von Materialien mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, wie etwa Kupfer). Bei der Energieübertragung wird die Spannung erhöht, um den Strom und damit die Leistungsverluste zu reduzieren. [ 3 ]
Referenzen
Quellen
- Wu, Anguan; Ni, Baoshan (7. Juni 2016). Leitungsverlustanalyse und -berechnung elektrischer Energiesysteme . John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-86709-9OCLC 1062309002 .
