Efekt površine i efekt blizine
Otpor vodiča prema istosmjernoj struji određuje se dobro poznatom formulom ro =ρl / S.
Taj se otpor također može odrediti poznavanjem veličine konstantne struje IO i snage PO:
ro = PO / AzO2
Ispada da je u krugu izmjenične struje otpor r istog vodiča veći od otpora konstantne struje: r> rO
Ovaj otpor r za razliku od istosmjernog otpora rO i naziva se aktivnim otporom. Povećanje otpora žice objašnjava se činjenicom da kod izmjenične struje gustoća struje nije ista u različitim točkama poprečnog presjeka žice. Imam površine vodiča, gustoća struje je veća nego kod istosmjerne struje, a središte je manje.
Pri visokoj frekvenciji nepravilnosti se pojavljuju tako oštro da je gustoća struje u značajnoj središnjoj čistoći poprečnog presjeka vodiča praktički jednaka nuli., struja prolazi samo u površinskom sloju, zbog čega se ova pojava naziva površinski efekt.
Dakle, površinski učinak dovodi do smanjenja poprečnog presjeka vodiča kroz koji teče struja (aktivni presjek), a time i povećanja njegovog otpora u odnosu na otpor istosmjerne struje.
Da bismo objasnili uzrok površinskog efekta, zamislimo cilindrični vodič (slika 1), koji se sastoji od velikog broja elementarnih vodiča istog poprečnog presjeka, u neposrednoj blizini jedan drugome i raspoređenih u koncentričnim slojevima.
Otpori ovih žica na istosmjernu struju, dobiveni formulom ρl / S bit će isti.
Riža. 1. Magnetsko polje cilindričnog vodiča.
Izmjenična električna struja stvara izmjenično magnetsko polje oko svake žice (slika 1). Očito je da je elementarni vodič koji se nalazi bliže osi okružen površinskim vodičem velikog magnetskog toka, stoga prvi ima veći induktivitet i induktivnu reaktanciju od drugog.
Pri istom naponu na krajevima elementarnih žica duljine l smještenih duž osi i na površini, gustoća struje u prvom je manja nego u drugom.
Razlika v gustoće struje po osi i po obodu vodiča raste s povećanjem promjera vodiča d, vodljivosti materijala γ, magnetske propusnosti materijala μ i izmjenične frekvencije.
Omjer aktivnog otpora vodiča r i njegovog otpora pri. istosmjerna struja rO naziva se koeficijent skin efekta i označava se slovom ξ (xi), stoga se koeficijent ξ može odrediti iz grafikona na sl. 2, koja prikazuje ovisnost ξ o umnošku d i √γμμoe.
Riža. 2. Grafikon za određivanje koeficijenta skin efekta.
Pri izračunavanju ovog produkta, d treba izraziti u cm, γ — u 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm i f = u Hz.
Primjer. Potrebno je odrediti koeficijent skin efekta za I sam bakreni vodič promjera d= 11,3 mm (S = 100 mm2) pri frekvenciji f = 150 Hz.
Dobar posao.
Prema grafu na sl. 2 nalazimo ξ = 1,03
Nejednaka gustoća struje u vodiču nastaje i zbog utjecaja struja u susjednim vodičima. Taj se fenomen naziva efekt blizine.
Razmatrajući magnetsko polje struja istog smjera u dva paralelna vodiča, lako je pokazati da su oni elementarni vodiči koji pripadaju različitim vodičima, a koji su najudaljeniji jedan od drugog, spojeni najmanjim magnetskim tokom, pa je gustoća struje u njima je najviši. Ako struje u paralelnim žicama imaju različite smjerove, tada se može pokazati da se velika gustoća struje opaža u onim elementarnim žicama koje pripadaju različitim žicama koje su najbliže jedna drugoj.