Kuparihäviöistä

Kuparihäviöistä tarkoitetaan johtimien resistiivisiä häviöitä, jotka syntyvät sähkövirran kulkiessa kuparikäämien ja -johtimien läpi. Ne muodostavat merkittävän osan laitteen lämmöntuotannosta ja vaikuttavat sekä tehonhyödyntämiseen että kokonaistehokkuuteen etenkin muuntajissa, moottoreissa ja sähkökaapeleissa.

Laskentaperusteena kuparihäviöt voidaan ilmaista kaavalla P = I^2 R, jossa P on häviö, I virta ja R vastus. Vastus R voidaan puolestaan kirjoittaa R = ρ L / A, missä ρ on kuparin resistiviteetti, L johtimen pituus ja A poikkipinta-ala. Resistiviteetti riippuu lämpötilasta; kuparin resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa. Esimerkiksi 20 °C:ssa kuparin resistiviteetti on noin 1,68×10^-8 Ω·m ja lämpötilakerroin on ~0,00393 /K. Aikavälillä AC-käytössä todellinen vastus voi olla suurempi kuin DC-vastus, iho-efektin ja lähivaikutusten vuoksi, erityisesti suuremmilla taajuuksilla ja suurissa johtimissa.

Vaikutukset ja sovellukset: Kuparihäviöt kasvattavat laitteen lämpökuormaa ja vaikuttavat hyötysuhteeseen. Ne ovat erityisen tärkeitä tekijöitä muuntajissa ja moottoreissa, joissa suurten virtojen vuoksi resistiiviset häviöt voivat olla merkittäviä käytännön kuormituksissa.

Vähentäminen: Keinoja ovat suurempi johtimen poikkipinta-ala, useiden pienemmistä johtimista koostuvat käämitykset (esim. Litz-johtimet), parempi jäähdytys sekä huolellinen liitos- ja kytkentäresistanssien hallinta. Myös lämpötilan hallinta ja materiaalivalinnoilla pyritään pienentämään resistanssia.