Povrchový efekt a efekt blízkosti

Odolnosť vodiča proti jednosmernému prúdu sa určuje podľa známeho vzorca ro =ρl / S.

Tento odpor možno určiť aj na základe znalosti veľkosti konštantného prúdu IО a výkonu PO:

ro = PO/Az02

Ukazuje sa, že v obvode striedavého prúdu je odpor r toho istého vodiča väčší ako odporový konštantný prúd: r> rО

Tento odpor r na rozdiel od odporu jednosmerného prúdu rO a nazýva sa aktívny odpor. Zvýšenie odporu drôtu sa vysvetľuje skutočnosťou, že pri striedavom prúde nie je hustota prúdu v rôznych bodoch prierezu drôtu rovnaká. Mám povrchy vodičov, prúdová hustota je vyššia ako pri jednosmernom prúde a stred je menší.

Pri vysokej frekvencii sa nepravidelnosti prejavujú tak prudko, že prúdová hustota pri výraznej stredovej čistote prierezu vodiča je prakticky nulová, prúd prechádza len v povrchovej vrstve, preto sa tento jav nazýva povrchový efekt.

Povrchový efekt teda vedie k zmenšeniu prierezu vodiča, ktorým prúd preteká (aktívny prierez), a teda k zvýšeniu jeho odporu oproti jednosmernému odporu.

Na vysvetlenie príčiny povrchového efektu si predstavme valcový vodič (obr. 1), pozostávajúci z veľkého počtu elementárnych vodičov rovnakého prierezu, v tesnej blízkosti vedľa seba a usporiadaných v sústredných vrstvách.

Odpory týchto vodičov voči jednosmernému prúdu, zistené podľa vzorca ρl / S, budú rovnaké.

Ryža. 1. Magnetické pole valcového vodiča.

Striedavý elektrický prúd vytvára okolo každého drôtu striedavé magnetické pole (obr. 1). Je zrejmé, že elementárny vodič umiestnený bližšie k osi je obklopený veľkým povrchovým vodičom magnetického toku, preto prvý vodič má vyššiu indukčnosť a indukčnú reaktanciu ako druhý.

Pri rovnakom napätí na koncoch elementárnych drôtov dĺžky l umiestnených pozdĺž osi a na povrchu je hustota prúdu v prvom menšia ako v druhom.

Rozdiel v hustote prúdu pozdĺž osi a po obvode vodiča sa zväčšuje so zväčšovaním priemeru vodiča d, vodivosti materiálu γ, magnetickej permeability materiálu μ a frekvencie striedavého prúdu.

Pomer aktívneho odporu vodiča r k jeho odporu pri. jednosmerný prúd rО sa nazýva koeficient kožného efektu a označuje sa písmenom ξ (xi), preto koeficient ξ možno určiť z grafu na obr. 2, ktorý znázorňuje závislosť ξ od súčinu d a √γμμое.

Ryža. 2. Tabuľka na určenie koeficientu efektu pokožky.

Pri výpočte tohto súčinu by d malo byť vyjadrené v cm, γ — v 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm a f = v Hz.

Príklad. Je potrebné určiť koeficient kožného efektu pre I som medený vodič s priemerom d= 11,3 mm (S = 100 mm2) pri frekvencii f = 150 Hz.

Dobrá práca.

Podľa grafu na obr. 2 zistíme ξ = 1,03

Nerovnaká prúdová hustota vo vodiči vzniká aj vplyvom prúdov v susedných vodičoch. Tento jav sa nazýva efekt priblíženia.

Vzhľadom na magnetické pole prúdov v rovnakom smere v dvoch paralelných vodičoch je ľahké ukázať, že tie elementárne vodiče patriace k rôznym vodičom, ktoré sú od seba najďalej, sú spojené s najmenším magnetickým tokom, preto hustota prúdu v nich je najvyššia. Ak majú prúdy v paralelných vodičoch rôzne smery, potom je možné ukázať, že vysoká hustota prúdu je pozorovaná v tých elementárnych vodičoch patriacich k rôznym vodičom, ktoré sú najbližšie k sebe.