Povrchový efekt a efekt blízkosti

Odpor vodiče proti stejnosměrnému proudu se určuje podle známého vzorce ro =ρl / S.

Tento odpor lze také určit na základě znalosti velikosti konstantního proudu IО a výkonu PO:

ro = PO / Az02

Ukazuje se, že v obvodu střídavého proudu je odpor r stejného vodiče větší než odpor konstantního proudu: r> rО

Tento odpor r na rozdíl od stejnosměrného odporu rO a nazývá se aktivní odpor. Zvýšení odporu drátu je vysvětleno tím, že při střídavém proudu není hustota proudu v různých bodech průřezu drátu stejná. Plochy vodičů mám, proudová hustota je vyšší než u stejnosměrného proudu a střed je menší.

Při vysoké frekvenci se nepravidelnosti projevují tak ostře, že proudová hustota ve výrazné středové čistotě průřezu vodiče je prakticky nulová., proud prochází pouze v povrchové vrstvě, proto se tento jev nazývá povrchový efekt.

Povrchový efekt tedy vede ke zmenšení průřezu vodiče, kterým protéká proud (aktivní průřez), a tedy ke zvýšení jeho odporu oproti stejnosměrnému odporu.

Pro vysvětlení příčiny povrchového jevu si představte válcový vodič (obr. 1), sestávající z velkého počtu elementárních vodičů stejného průřezu, v těsné blízkosti u sebe a uspořádaných v soustředných vrstvách.

Odpory těchto vodičů vůči stejnosměrnému proudu, zjištěné vzorcem ρl / S, budou stejné.

Rýže. 1. Magnetické pole válcového vodiče.

Střídavý elektrický proud vytváří kolem každého drátu střídavé magnetické pole (obr. 1). Je zřejmé, že elementární vodič umístěný blíže k ose je obklopen velkým povrchovým vodičem magnetického toku, proto první vodič má vyšší indukčnost a indukční reaktanci než druhý.

Při stejném napětí na koncích elementárních drátů délky l umístěných podél osy a na povrchu je hustota proudu v prvním menší než ve druhém.

Rozdíl v proudové hustotě podél osy a po obvodu vodiče se zvětšuje s rostoucím průměrem vodiče d, vodivostí materiálu γ, magnetickou permeabilitou materiálu μ a střídavou frekvencí.

Poměr činného odporu vodiče r k jeho odporu at. stejnosměrný proud rО se nazývá koeficient kožního efektu a označuje se písmenem ξ (xi), proto lze koeficient ξ určit z grafu na obr. 2, který ukazuje závislost ξ na součinu d a √γμμое.

Rýže. 2. Tabulka pro stanovení koeficientu kožního efektu.

Při výpočtu tohoto součinu by d mělo být vyjádřeno v cm, γ — v 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm a f = v Hz.

Příklad. Je nutné určit součinitel skinefektu pro I jsem měděný vodič o průměru d= 11,3 mm (S = 100 mm2) při frekvenci f = 150 Hz.

Dobrá práce.

Podle grafu na Obr. 2 zjistíme ξ = 1,03

Nestejná hustota proudu ve vodiči vzniká také vlivem proudů v sousedních vodičích. Tento jev se nazývá efekt blízkosti.

Vzhledem k magnetickému poli proudů ve stejném směru ve dvou paralelních vodičích je snadné ukázat, že ty elementární vodiče patřící k různým vodičům, které jsou od sebe nejdále, jsou spojeny s nejmenším magnetickým tokem, proto hustota proudu v nich je nejvyšší. Pokud mají proudy v paralelních drátech různé směry, pak lze ukázat, že vysoká hustota proudu je pozorována v těch elementárních drátech, které patří k různým drátům, které jsou nejblíže k sobě.