Поверхневий ефект і ефект близькості

Опір провідника постійному струму визначається за відомою формулою rо = ρl / S.

Це опір можна також знайти, знаючи величину незмінного струму Iо і потужність Ро:

rо = Pо / Iо2

Виявляється, що в колі змінного струму опір r такого ж провідника більше опору постійному струму: r > rо

Це опір r на відміну від опору постійному струму rо і носить назву активного опору. Підвищення опору провідника пояснюється тим, що при змінному струмі щільність струму не схожа в різних точках поперечного перерізу провідника. Уповерхності провідника щільність струму виходить більше, ніж при постійному струмі, а й центрі менше.

При високій частоті нерівномірність проявляється так різко, що щільність струму в значній центральної чисти перетину провідника фактично дорівнює нулю, струм проходить виключно в поверхневому шарі, чому це явище і отримало назву поверхневого ефекту.

Таким чином, поверхневий ефект призводить до зменшення перерізу провідника, по якому проходить струм (активного перетину), і, як слід, до підвищення його опору в порівнянні з опором постійному струму.

Для роз`яснення передумови появи поверхневого ефекту представимо циліндричний провід (рис. 1) складається з більшого числа простих провідників схожого перетину, прилеглих впритул один до одного і розташованих концентричними шарами.

Опору цих провідників постійного струму, знайдені за формулою ρl / S будуть схожі.

Мал. 1. Магнітне поле циліндричного провідника.

При змінному електронному струмі навколо кожного провідника створюється змінне магнітне поле (рис. 1). Зрозуміло, елементарний провідник, розташований ближче до осі, охоплюється величезним магнітним потоком провідник, розташований біля поверхні проводу, тому 1-ий має більшу індуктивністю і індуктивним опором, ніж 2-ий.

При подібному напрузі на кінцях простих провідників довжиною l, розташованих у осі і у поверхні, щільність струму в перших менше, ніж у других.

Різниця в щільності струму у осі і на периферії дроти зростає з підвищенням діаметра дроту d, провідності матеріалу γ, магнітної проникності матеріалу μ і частоти змінного токаf.

Ставлення активного опору провідника r до його опору при. незмінному, струмі rо називається коефіцієнтом поверхневого ефекту і позначається літерою ξ (ксі), як слід, коефіцієнт ξ можна знайти за графіком рис. 2, на якому представлена ​​залежність ξ від твору d і √γμμоf.

Мал. 2. Графік для визначення коефіцієнта поверхневого ефекту.

При обчисленні цього твору слід висловлювати d в см, γ - в 1 / ом-см, μо - в гн / см і f = в гц.

Приклад. Потрібно знайти коефіцієнт поверхневого ефекту для мідного провідника діаметром d = 11,3 мм (S = 100 мм 2) при частоті f = 150 гц.

Твір d√γμоf.

За графіком на рис. 2 знаходимо ξ = 1,03

Неоднакова щільність струму в проводі виходить також через вплив струмів в сусідніх проводах. Це явище називається ефектом близькості.

Розглядаючи магнітне поле струмів одною напрямки в 2-ух паралельно розташованих проводах, просто показати, що ті прості провідники, що належать різним проводам, які більш віддалені один від одного, зчеплені з мінімальним магнітним потоком, як слід, щільність струму в їх велика. Якщо струми в паралельних проводах мають, різні напрямки, то можна показати, що велика щільність струму спостерігається в тих простих провідниках, що належать різним проводам, які більш зближені разом.

Школя для електрика -http: //electricalschool.info/