מדוע שנאי ממשיך לשרוף אנרגיה בלי שום דבר מחובר לחשמל: אובדן ברזל לעומת אובדן נחושת

מָבוֹא

דמיינו משאבת מים שממשיכה להסתובב 24 שעות ביממה גם כשאף אחד לא שואב מים - היא עדיין שורפת דלק רק כדי להישאר חמה. שנאי הוא התאום החשמלי של המשאבה הזו. אין לו חלקים נעים והוא יכול להגיע ליעילות של 98-99%, אך ברגע שאתה מדליק אותו הוא מתחיל לצרוך חשמל ברציפות , בין אם משהו מחובר במורד הזרם ובין אם לאו. לאן הולכת האנרגיה הבלתי נראית? התשובה מתפצלת לשני דליים שונים מאוד.

עיקרון: שני סוגי אובדן

אובדן ברזל (ליבה / ללא עומס) - P₀. אובדן זה חי בליבה המגנטית. כל מחזור AC הופך את התחומים המגנטיים של הליבה קדימה ואחורה (אובדן היסטרזיס, פרופורציונלי בערך ל-f·B^1.6) ומעורר זרמים זעירים במחזור בתוך רצועות הפלדה (אובדן זרם מערבולת). מכיוון שהוא תלוי רק במתח ובתדר המופעלים, הוא בעצם קבוע : הוא מופיע ברגע שהשנאי מופעל, אפילו בעומס אפס.

אובדן נחושת (עומס / I²R) - P_k. האובדן הזה חי בפיתולים. זרם שזורם דרך התנגדות חוט מפזר את חום I²R, כך שהוא מתרחב בריבוע זרם העומס. ללא עומס זה כמעט אפס; בעומס מלא הוא שולט.

הפסד כולל = P₀ + P_k·x², כאשר x הוא שבר העומס. היעילות היא אפוא:

η = P_out ÷ (P_out + P₀ + P_k·x²)

דוגמה ליישום: גודל ונקודת שיא היעילות

הנה הכלל המנוגד לאינטואיציה שעל מהנדסים לזכור: שיא היעילות לא בעומס מלא אלא כאשר אובדן ברזל שווה לאובדן נחושת , בשבר עומס x = √(P₀ ⁄ P_k). עבור יחידת הפצה טיפוסית של 500 קילוואט עם P₀ ≈ 1.2 קילוואט ו-P_k ≈ 5.0 קילוואט, שיא היעילות נוחתת ליד עומס של 49% - לא 100%. זו הסיבה ששנאי הפצה המזינים עומסי מגורים קלים ותמיד פעילים מתוכננים עם אובדן ברזל נמוך , בעוד שעומסים תעשייתיים קבועים וכבדים מעדיפים אובדן נחושת נמוך . התנהגות חוסר העומס והחימום הנדונה כאן מאופיינת בתקן הבטיחות IEC 61558-1 (ערכי ללא עומס בסעיף 3.6; בדיקת עליית הטמפרטורה בסעיף 14), בעוד יעדי יעילות עבור שנאי כוח נקבעים על ידי תקנים כמו IEC 60076 ו- IEC 62301 עבור כוח המתנה.

טעות נפוצה ועובדה מהנה

תפיסה מוטעית: "אם שום דבר לא מחובר, השנאי לא שואב חשמל". לא נכון - אובדן הברזל ממשיך לשאוב אנרגיה לנצח. זו בדיוק הסיבה שאבדן המתנה של מתאם קיר מוסדר (EU ErP, US DOE) ומדוע ניתוק מטענים סרק חוסך אנרגיה אמיתית.

עובדה מהנה: החלפת ליבת פלדת סיליקון עם סיליקון קונבנציונלית בסגסוגת אמורפית יכולה לחתוך את אובדן הברזל ב-70-80% - אחת מהניצחונות הגדולים ביותר ביעילות הקיימת, המושגת אך ורק על ידי שינוי המתכת, לא הגיאומטריה.