Učinek površine in učinek bližine

Odpornost prevodnika na enosmerni tok je določena z dobro znano formulo ro = ρl / S.

Ta upor je mogoče določiti tudi s poznavanjem velikosti konstantnega toka IО in moči PO:

ro = PO / AzO2

Izkazalo se je, da je v vezju izmeničnega toka upor r istega prevodnika večji od upora konstantnega toka: r> rО

Ta upor r se v nasprotju z uporom enosmernega toka rO imenuje aktivni upor. Povečanje upora žice je razloženo z dejstvom, da pri izmeničnem toku gostota toka ni enaka na različnih točkah preseka žice. Imam vodniške površine, gostota toka je večja kot pri enosmernem toku, središče pa je manjše.

Pri visoki frekvenci se nepravilnosti pojavijo tako ostro, da je gostota toka v pomembni osrednji čistosti preseka prevodnika praktično enaka nič, tok teče le v površinski plasti, zato se ta pojav imenuje površinski učinek.

Tako površinski učinek vodi do zmanjšanja prereza prevodnika, skozi katerega teče tok (aktivni prerez), in s tem do povečanja njegovega upora v primerjavi z uporom enosmernega toka.

Za razlago vzroka površinskega učinka si predstavljamo valjast vodnik (slika 1), sestavljen iz velikega števila elementarnih vodnikov enakega preseka, ki so v neposredni bližini drug drugega in so razporejeni v koncentričnih plasteh.

Upornosti teh žic na enosmerni tok, ugotovljene s formulo ρl / S, bodo enake.

riž. 1. Magnetno polje cilindričnega prevodnika.

Izmenični električni tok ustvarja izmenično magnetno polje okoli vsake žice (slika 1). Očitno je, da je elementarni prevodnik, ki je bližje osi, obdan z velikim površinskim vodnikom magnetnega pretoka, zato ima prvi večjo induktivnost in induktivno reaktanco kot drugi.

Pri enaki napetosti na koncih elementarnih žic dolžine l, ki se nahajajo vzdolž osi in na površini, je gostota toka v prvem manjša kot v drugem.

Razlika v gostoti toka vzdolž osi in po obodu vodnika narašča s povečanjem premera vodnika d, prevodnosti materiala γ, magnetne prepustnosti materiala μ in izmenične frekvence.

Razmerje med aktivnim uporom prevodnika r in njegovim uporom pri. enosmerni tok rO se imenuje koeficient kožnega učinka in je označen s črko ξ (xi), zato lahko koeficient ξ določimo iz grafa na sl. 2, ki prikazuje odvisnost ξ od produkta d in √γμμое.

riž. 2. Tabela za določanje koeficienta kožnega učinka.

Pri izračunu tega produkta je treba d izraziti v cm, γ — v 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm in f = v Hz.

Primer. Določiti je treba koeficient kožnega učinka za I sem bakren prevodnik s premerom d= 11,3 mm (S = 100 mm2) pri frekvenci f = 150 Hz.

Dobro opravljeno.

Glede na graf na sl. 2 ugotovimo ξ = 1,03

Neenaka gostota toka v vodniku nastane tudi zaradi vpliva tokov v sosednjih vodnikih. Ta pojav imenujemo učinek bližine.

Če upoštevamo magnetno polje tokov v isti smeri v dveh vzporednih vodnikih, je enostavno pokazati, da so tisti elementarni vodniki, ki pripadajo različnim prevodnikom, ki so najbolj oddaljeni drug od drugega, povezani z najmanjšim magnetnim tokom, zato je gostota toka v njih je najvišja. Če imajo tokovi v vzporednih žicah različne smeri, se lahko pokaže, da je visoka gostota toka opazna v tistih elementarnih žicah, ki pripadajo različnim žicam, ki so najbližje druga drugi.