Pintavaikutelma ja läheisyysvaikutus
Johtimen resistanssi tasavirralle määräytyy hyvin tunnetulla kaavalla ro =ρl / S.
Tämä resistanssi voidaan määrittää myös tietämällä vakiovirran IО ja teho PO suuruus:
ro = PO / AzO2
Osoittautuu, että vaihtovirtapiirissä saman johtimen resistanssi r on suurempi kuin vastusvakiovirta: r> rО
Tämä vastus r toisin kuin tasavirtaresistanssi rO ja sitä kutsutaan aktiiviseksi resistanssiksi. Johdinvastuksen kasvu selittyy sillä, että vaihtovirralla virrantiheys ei ole sama langan poikkileikkauksen eri kohdissa. Minulla on johdinpinnat, virrantiheys on suurempi kuin tasavirralla ja keskipiste on pienempi.
Korkealla taajuudella epäsäännöllisyydet ilmenevät niin jyrkästi, että virrantiheys johtimen poikkileikkauksen merkittävässä keskipuhtaudessa on käytännössä nolla, virta kulkee vain pintakerroksessa, minkä vuoksi tätä ilmiötä kutsutaan pintailmiöksi.
Siten pintavaikutus johtaa sen johtimen poikkileikkauksen pienenemiseen, jonka läpi virta kulkee (aktiivinen poikkileikkaus), ja siten sen resistanssin kasvuun verrattuna tasavirtaresistanssiin.
Pintailmiön syyn selittämiseksi kuvittele sylinterimäinen johdin (kuva 1), joka koostuu suuresta määrästä saman poikkileikkauksen omaavia perusjohtimia, jotka sijaitsevat lähellä toisiaan ja on järjestetty samankeskisiin kerroksiin.
Näiden johtojen resistanssit tasavirralle, jotka saadaan kaavalla ρl / S, ovat samat.
Riisi. 1. Sylinterimäisen johtimen magneettikenttä.
Vaihtuva sähkövirta luo vaihtomagneettikentän jokaisen johtimen ympärille (kuva 1). Ilmeisesti lähempänä akselia olevaa perusjohdinta ympäröi suuri magneettivuon pintajohdin, joten ensimmäisellä on suurempi induktanssi ja induktiivinen reaktanssi kuin jälkimmäisellä.
Samalla jännitteellä akselia pitkin ja pinnalla olevien perusjohtimien, joiden pituus on l, päissä, virrantiheys ensimmäisessä on pienempi kuin toisessa.
Ero v virrantiheys akselilla ja johtimen kehällä kasvaa johtimen d halkaisijan, materiaalin johtavuuden γ, materiaalin magneettisen permeabiliteetti μ ja vaihtotaajuuden kasvaessa.
Johtimen aktiivisen resistanssin suhde sen resistanssiin at. tasavirtaa rО kutsutaan skin-ilmiön kertoimeksi ja sitä merkitään kirjaimella ξ (xi), joten kerroin ξ voidaan määrittää kuvan 1 kaaviosta. 2, joka osoittaa ξ:n riippuvuuden tulosta d ja √γμμое.
Riisi. 2. Kaavio ihovaikutuskertoimen määrittämiseksi.
Tätä tuloa laskettaessa d on ilmaistava senttimetreinä, γ — 1 / ohm-cm, μo — v gn/cm ja f = Hz.
Esimerkki. I am kuparijohdin, jonka halkaisija on d= 11,3 mm (S = 100 mm2) taajuudella f = 150 Hz, on tarpeen määrittää skin-ilmiön kerroin.
Hyvää työtä.
Kuvan kaavion mukaan 2 löydämme ξ = 1,03
Epätasainen virrantiheys johtimessa ilmenee myös naapurijohtimien virtojen vaikutuksesta. Tätä ilmiötä kutsutaan läheisyysilmiöksi.
Kun otetaan huomioon samansuuntaisten virtojen magneettikenttä kahdessa rinnakkaisessa johtimessa, on helppo osoittaa, että ne eri johtimiin kuuluvat alkeisjohtimet, jotka ovat kauimpana toisistaan, on kytketty pienimmällä magneettivuolla, joten virrantiheys niissä on korkein. Jos rinnakkaisten johtimien virrat ovat erisuuntaisia, voidaan osoittaa, että suuri virrantiheys havaitaan niissä eri johtoihin kuuluvissa perusjohtimissa, jotka ovat lähinnä toisiaan.