Повърхностен ефект и ефект на близост

Съпротивлението на проводника към постоянен ток се определя от добре познатата формула ro =ρl / S.

Това съпротивление може да се определи и като се знае величината на постоянния ток IО и мощност PО:

ro = PО / АзО2

Оказва се, че във верига с променлив ток съпротивлението r на същия проводник е по -голямо от константата на съпротивлениетотекущ: r> rО

Това съпротивление r за разлика от съпротивлението на постоянен ток rО и се нарича активна съпротива. Увеличаването на съпротивлението на проводника се обяснява с факта, че при променлив ток плътността на тока не е еднаква в различни точки в напречното сечение на проводника. Имампроводникови повърхности плътността на тока е по -висока, отколкото при постоянен ток, а центърът е по -малък.

При висока честота неравностите се проявяват толкова рязко, че плътността на тока в значителна централна чистота на напречното сечение на проводника е практически нула., токът преминава само в повърхностния слой, поради което това явление се нарича повърхностен ефект.

По този начин повърхностният ефект води до намаляване на напречното сечение на проводника, през който протича токът (активно напречно сечение), и следователно до увеличаване на неговото съпротивление в сравнение с съпротивлението на постоянен ток.

За да обясните причината за повърхностния ефект, представете си цилиндричен проводник (фиг. 1), състоящ се от по-голям брой елементарни проводници със същото напречно сечение, в непосредствена близост един до друг и разположени в концентрични слоеве.

Съпротивленията на тези проводници към постоянен ток, открити по формулата ρl / S ще бъде същото.

Ориз. 1. Магнитното поле на цилиндричен проводник.

С променлив електрически ток около всеки проводник се създава променливо магнитно поле (фиг. 1). Очевидно елементарният проводник, разположен по -близо до оста, е заобиколен от голям магнит поток повърхностен проводник, следователно първата има по -висока индуктивност и индуктивна реактивност от втората.

При същото напрежение в краищата на елементарни проводници с дължина l, разположени по оста и на повърхността, плътността на тока в първия е по -малка, отколкото във втория.

Разлика v плътността на тока по оста и по периферията на проводника се увеличава с увеличаване на диаметъра на проводника d, проводимостта на материала γ, магнитната пропускливост на материала μ и AC честотае.

Съотношението на активното съпротивление на проводника r към неговото съпротивление при. постоянен ток rО се нарича коефициент на ефект на кожата и се обозначава с буквата ξ (xi), следователно Да секоефициент ξ може да се определи от графиката на фиг. 2, което показва зависимостта ξ от продукта d и √γμμое.

Ориз. 2. Графика за определяне на коефициента на кожния ефект.

При изчисляване на този продукт d трябва да се изрази в см, γ — в 1 / ом-см, μo — v gn/ cm и f = в Hz.

Пример. Необходимо определя коефициента на кожния ефект заАз съм меден проводник с диаметър d= 11, 3 мм (S = 100 mm2) при честота f = 150 Hz.

Работа д√γμое.

Според графиката на фиг. 2 намираме ξ = 1.03

Неравна плътност на тока в проводник се получава и поради влиянието на токове в съседни проводници. Това явление се нарича ефект на близост.

Като се има предвид магнитното поле на токове в една и съща посока в два паралелни проводника, лесно показват, че тези елементарни проводници, принадлежащи към различни проводници, които са най -отдалечени един от друг, са свързани с най -малкия магнитен поток, следователно плътността на тока в тях е най -високата. Ако токовете в паралелни проводници имат различни посоки, тогава може да се покаже, че се наблюдава висока плътност на тока в тези елементарни проводници, принадлежащи към различни проводници, които са най -близо един до друг.