Eyðir spennubreytir sem er í sambandi jafnmikilli raforku hvort sem hann er í notkun eða ekki?

Svar

Svarið er: Nei, hann eyðir meiri orku þegar hann er í notkun heldur en þegar hann er bara „í sambandi“.

---

Þegar spennubreytir er í sambandi en ekki í notkun fer riðstraumur um inntaksvafningana en ekki úttaksmegin. Spennirinn flytur því ekki afl frá inngangi til útgangs en hann eyðir samt nokkurri orku eða afli. Þessi afltöp verða í kjarna spennisins og felast aðallega í tvennu, svo kölluðum hvirfilstraumatöpum og segulheldnitöpum eða hýsteresutöpum.

Hvirfilstraumatöp verða þegar spanstraumar af þeirri gerð sem kallast hvirfilstraumar myndast í kjarnanum sem vafningar spennubreytisins umlykja. Þetta gerist af því að kjarninn, sem er gerður úr segulmagnandi efni svo sem járni, leiðir rafmagn. Til að minnka hvirfilstraumatöpin er reynt að draga úr rafleiðni kjarnans, með því að hafa hann lagskiptan með einangrandi lögum á milli járnlaganna.

Segulheldni eða hýsteresa er nafn á ferli sem lýsir því hvernig járnið í kjarna spennisins segulmagnast fyrir áhrif frá segulsviðinu sem riðstraumurinn í vafningunum skapar. Þar sem riðstraumurinn í spennubreytinum hefur tíðnina 50 rið breytir segulsviðið innan kjarnans um stefnu 100 sinnum á sekúndu. Við hverja umpólun efnisins tapast viss orka sem fer eftir lögun hýsteresuferilsins, og þessi orkutöp nefnast segulheldnitöp.

Ofangreind orkutöp vegna hvirfilstrauma og segulheldni kallast einu nafni kjarnatöp. Þau valda hitun kjarnans og spennubreytisins og útheimta stundum sérstaka kælingu.

Þegar spennubreytir er tekinn í notkun eru úttaksvafningarnir tengdir inn í lokaða straumrás og þá kemur fram í þeim viðnám í samræmi við lögmál Ohms. Þá bætist við þriðja tegund orkutaps sem er annars eðli en kjarnatöpin, en hún felst í að úttaksvafningar spennubreytisins hitna þegar um þá fer rafstraumur. Þeir hafa nefnilega tiltekið viðnám, þótt þeir séu oft gerðir úr mjög vel leiðandi efni, svo sem kopar. Þessi orkutöp eru stundum nefnd „ohmsk“ orkutöp og þannig kennd við þetta þekkta lögmál um rafrásir.

Þessi síðasta tegund orkutaps eykst með því afli sem spennubreytirinn skilar, en kjarnatöpin eru á hinn bóginn nokkurn veginn óháð aflinu eða álaginu.

Frekara lesefni af Vîsindavefnum:

• Hvernig er hægt að geyma og nýta orku frá vindrafstöðvum? eftir Egil B. Hreinsson
• Er hægt að eyða rafsegulbylgjum með tóli sem er grafið í garðinum hjá manni? Skiptir máli hvernig rafmagnsklær snúa? eftir Viðar Guðmundsson og Þorstein Vilhjálmsson
• Er hægt að setja rafsegulfræðina fram með hnikareikningi, svipað og aflfræði og ljósfræði? eftir Viðar Guðmundsson
• Hvað er átt við með sviðshugtakinu í eðlisfræði? Hvernig er hægt að setja það fram án þess að lenda í hring? eftir Viðar Guðmundsson og Þorstein Vilhjálmsson

Mynd:

• Spennubreytir - Sótt 27.07.10.