Strømkurve, kaffemaskine

Hvordan ser strømoptaget ud på en traditionel kaffemaskine? Strømoptaget på en Philips kaffemaskine med modelnavnet Café Comfort er blevet målt med et oscilloskop.

Kaffemaskinen er fra dengang den nominelle spænding i stikkontakten var 220 volt. På mærkepladen er der udover en nominel spænding på 220 V AC opgivet en nominel optagen effekt på 850 watt.

Hvad sker der i øvrigt når kaffemaskinen i stedet for 220 V tilsluttes 230 V eller endnu højere spænding?

Kurver over spænding, strøm og effekt

Spænding, strøm og effekt ved 220 V AC

Spændingskurven (blå), som kaffemaskinen får leveret, er noget flad i toppen (harmonisk forvrængning). Strømkurven (rød) har samme kurveform som spændingskurven og er i fase. Effektkurven (sort) ligger udelukkende i den øvre positive halvdel af diagrammet.

Kaffemaskinen kan rent elektrisk ækvivaleres med en ohmsk modstand.

Karakteristisk for en ohmsk modstand er et fast forhold mellem spænding og strøm, hvilket afstedkommer en strømkurve med samme form som den spændingskurve der påføres.

Der er ingen faseforskydning mellem spænding og strøm. Det betyder i praksis, at de to kurver krydser nul på samme tid ligesom kurverne på samme tid når deres maksimale værdi.

For en ohmsk modstand er det ligeledes karakteristisk, at kurven over øjeblikseffekten udelukkende befinder sig i den positive halvdel af diagrammet - hele effekten optages i modstanden. Der er ikke nogle tidsrum inden for en periodetid, hvor effekt leveres tilbage mod forsyningen.

Kurve over strømoptag gennem et kaffebrygningsforløb

Strømoptag ved 230 V AC over et tidsrum på 16 minutter og 40 sekunder

Det viste tidsrum er så langt (16 min 40 sek), og opløsningen dermed så ringe, at man ikke kan skelne den sinusformede strøm. Hele området fra nedre spidsværdi til øvre spidsværdi af sinuskurven er farvet rødt når der trækkes strøm. De første 7 minutter og 14 sekunder er varmelegemet konstant koblet ind. Det er tidsrummet, hvor vandet løber gennem maskinen. Herefter starter en cyklus, hvor varmelegemet kun er koblet ind i kortere tidsrum på ca 15 sekunder af gangen. Bemærk i øvrigt, hvordan spidsværdien på strømmen synes at være en anelse højere ved indkobling. Det skyldes angiveligt, at et køligere varme­legeme har en lavere resistans, og derfor kortvarigt trækker en større strøm, indtil driftstemperaturen er nået.

Med en optagen middeleffekt ved 230 V på 905,6 W (måling ikke vist), samt en bryggetid på 7 minutter og 14 sekunder, kan der regnes en elpris ud på 43,8 øre for at få en liter vand gennem kaffemaskinen. Det er i øvrigt tæt på den pris, der blev regnet ud for at bringe en liter vand til kogepunktet i en elkoger (43,0 øre).

Efter selve brygningen er varmelegemet kun koblet ind i ca 15 sekunder for hver 3 minutter og 5 sekunder. Det giver en middeleffekt, i tidsperioden hvor kaffen blot skal holdes varm, på ca 73 W. Det gennemsnitlige effekt­forbrug daler altså ca 12 gange efter endt vandgennemløb. Prismæssigt kan det regnes ud at koste 29,3 øre pr time at lade kaffen stå og simre på den aktuelle kaffemaskine.

Hvad betyder en højere spænding for kaffebrygningstiden?

Tiden det tager for vandet at løbe gennem maskinen er forkortet med godt 14 % fra en forsyningsspænding på 220 V til en spænding på 240 V.

Idet spændingen er højere afgiver varmelegemet også en større varmeeffekt og dermed bringes vandet hurtigere i kog. Det er kogningen af vandet, som tvinger vandet op gennem maskinen og derfor er det ikke overraskende, at kaffebrygningen går hurtigere ved en højere tilslutningsspænding.

• Opslag, strømkurver
• Hvor mange watt skal der til at koge en liter vand?
• Hvad koster det at have en 60 W glødepære tændt i en time?
• Beregning af elforbrug
• Strålevarme og spændingsniveau
• Måling af energiforbrug på en computer

• How it Works: Coffee Maker [youtube.com]