Kerugian dalam wayar AC

Apabila arus ulang-alik mengalir melalui konduktor, fluks magnet berselang-seli terbentuk di sekeliling dan di dalamnya, yang mendorong e. d. s, yang menentukan rintangan induktif wayar.

Jika kita membahagikan bahagian bahagian pembawa arus kepada beberapa konduktor asas, maka bahagian yang terletak di tengah bahagian dan dekat dengannya akan mempunyai rintangan induktif yang paling besar, kerana ia dilindungi oleh keseluruhan fluks magnet - luaran dan dalaman. Konduktor asas yang terletak di permukaan hanya dilindungi oleh fluks magnet luar dan oleh itu mempunyai rintangan induktif yang paling rendah.

Oleh itu, rintangan induktif unsur konduktor meningkat dari permukaan ke arah pusat konduktor.

Disebabkan oleh tindakan fluks magnet berselang-seli, kesan permukaan atau kesan kulit, terdapat anjakan fluks dan arus dari paksi konduktor ke permukaannya, pada gajah luar; arus lapisan individu berbeza dalam magnitud dan fasa.

Pada jarak Z0 dari permukaan, amplitud medan elektrik dan magnet dan ketumpatan arus berkurangan sebanyak e = 2.718 kali dan mencapai 36% daripada nilai awalnya di permukaan. Jarak ini dipanggil kedalaman penembusan medan semasa dan sama dengan

di mana ω ialah kekerapan sudut arus ulang alik; γ — kekonduksian khusus, 1 / ohm • cm, untuk kuprum γ = 57 • 104 1 / ohm • cm; µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 gn / cm — pemalar magnet; µr ialah kebolehtelapan magnetik relatif, sama dengan 1 untuk kuprum dan aluminium.

Dalam amalan, ia dianggap bahawa bahagian utama arus masuk ke lapisan permukaan konduktor dengan ketebalan yang sama dengan kedalaman penembusan Z0, dan bahagian selebihnya, dalaman, bahagian keratan rentas praktikal tidak membawa arus dan adalah tidak digunakan untuk pemindahan tenaga.

Dalam rajah. 1 menunjukkan taburan ketumpatan arus dalam konduktor bulat pada pelbagai nisbah jejari konduktor kepada kedalaman penembusan.

Medan hilang sepenuhnya pada jarak dari permukaan sama dengan 4 — 6 Z0.

Berikut ialah nilai kedalaman penembusan Z0 dalam mm untuk beberapa konduktor pada frekuensi 50 Hz:

Kuprum — 9.44, aluminium — 12.3, keluli (µr = 200) — 1.8

Pengagihan arus yang tidak sekata di sepanjang keratan rentas konduktor membawa kepada pengurangan ketara dalam keratan rentas bahagian pembawa arus sebenar dan, oleh itu, kepada peningkatan rintangan aktifnya.

Apabila rintangan aktif konduktor Ra meningkat, kehilangan haba di dalamnya I2Ra meningkat, dan oleh itu, pada nilai arus yang sama, kerugian dalam konduktor dan suhu pemanasannya dengan arus ulang alik akan sentiasa lebih besar daripada arus terus. semasa.

Ukuran kesan permukaan ialah pekali kesan permukaan kp, mewakili nisbah rintangan aktif konduktor Ra kepada rintangan ohmiknya R0 (pada arus terus).

Rintangan aktif konduktor ialah

Fenomena kesan permukaan lebih kuat lebih besar keratan rentas wayar dannya kebolehtelapan magnet dan lebih tinggi frekuensi arus ulang alik.

Dalam konduktor bukan magnet yang besar, walaupun pada kekerapan bekalan, kesan permukaan sangat ketara. Sebagai contoh, rintangan dawai tembaga bulat berdiameter 24 cm pada arus ulang-alik 50 Hz adalah kira-kira 8 kali lebih tinggi daripada rintangannya pada arus terus.

Pekali kesan kulit akan menjadi lebih kecil, lebih besar rintangan ohmik konduktor; sebagai contoh, kn untuk wayar kuprum akan lebih besar daripada untuk aluminium dengan diameter (bahagian) yang sama, kerana rintangan aluminium adalah 70% lebih tinggi daripada tembaga. Oleh kerana rintangan konduktor meningkat dengan pemanasan, kedalaman penembusan akan meningkat dengan peningkatan suhu dan kn akan berkurangan.

Dalam wayar yang diperbuat daripada bahan magnet (keluli, besi tuang, dll.), Walaupun rintangannya tinggi, kesan permukaan menunjukkan dirinya dengan kekuatan yang melampau kerana kebolehtelapan magnet yang tinggi.

Pekali kesan permukaan untuk wayar tersebut, walaupun dengan keratan rentas kecil, ialah 8-9. Selain itu, nilainya bergantung kepada nilai arus yang mengalir. Sifat perubahan rintangan sepadan dengan lengkung kebolehtelapan magnet.

Fenomena pengagihan semula arus yang sama di sepanjang keratan rentas berlaku disebabkan oleh kesan kedekatan, yang disebabkan oleh medan magnet kuat wayar bersebelahan. Pengaruh kesan kedekatan boleh diambil kira menggunakan pekali kedekatan kb, kedua-dua fenomena — pekali kerugian tambahan:

Untuk pemasangan voltan tinggi dengan jarak yang cukup besar antara fasa, pekali kerugian tambahan terutamanya ditentukan oleh kesan permukaan, kerana dalam kes ini kesan kedekatan adalah sangat lemah. Oleh itu, dalam perkara berikut kita mempertimbangkan pengaruh hanya kesan permukaan pada konduktor pembawa arus.

nasi. 1 menunjukkan bahawa untuk keratan rentas besar hanya konduktor tiub atau berongga harus digunakan, kerana dalam konduktor pepejal bahagian tengahnya tidak digunakan sepenuhnya untuk tujuan elektrik.

nasi. 1. Taburan ketumpatan arus dalam konduktor bulat pada nisbah yang berbeza α / Z0

Kesimpulan ini digunakan dalam reka bentuk bahagian pembawa arus suis voltan tinggi, pemutus sambungan, dalam reka bentuk bar bas dan bar bas suis voltan tinggi.

Penentuan rintangan aktif Ra adalah salah satu masalah penting yang berkaitan dengan pengiraan praktikal bahagian pembawa arus dan bar bas dengan profil yang berbeza.

Rintangan aktif konduktor ditentukan secara empirik berdasarkan jumlah kehilangan kuasa yang diukur di dalamnya, sebagai nisbah jumlah kerugian kepada kuasa dua arus:

Adalah sukar untuk secara analitikal menentukan rintangan aktif konduktor, oleh itu, untuk pengiraan praktikal, lengkung yang dikira, dibina secara analitik dan disahkan secara eksperimen, digunakan.Biasanya, mereka membenarkan anda mencari faktor kesan kulit sebagai fungsi beberapa parameter reka bentuk yang dikira daripada ciri konduktor.

Dalam rajah. 2 menunjukkan lengkung untuk menentukan kesan permukaan konduktor bukan magnet. Pekali kesan permukaan daripada lengkung ini ditakrifkan sebagai kn = f (k1), fungsi parameter k1 yang dikira, iaitu

dengan α ialah jejari wayar, lihat

nasi. 2. Rintangan aktif dan induktif konduktor pada arus ulang alik

Pada frekuensi industri 50 Hz, adalah mungkin untuk mengabaikan kesan permukaan untuk konduktor tembaga d <22 mm dan untuk konduktor aluminium d <30 mm, kerana bagi mereka kp <1.04

Kehilangan tenaga elektrik boleh dijalankan di bahagian bukan pembawa arus yang jatuh ke dalam medan magnet berselang-seli luaran.

Biasanya, dalam mesin elektrik, radas dan suis, konduktor AC mesti terletak berdekatan dengan bahagian tertentu struktur yang diperbuat daripada bahan magnet (keluli, besi tuang, dll.). Bahagian tersebut termasuk bebibir logam peralatan elektrik dan struktur sokongan bar bas, peranti pengedaran, tetulang bahagian konkrit bertetulang yang terletak berhampiran bas, dan lain-lain.

Di bawah pengaruh fluks magnet berselang-seli, sejumlah arus yang mengalir timbul di bahagian-bahagian yang tidak membawa arus. arus pusar dan pembalikan magnetisasi mereka berlaku. Oleh itu, kehilangan tenaga berlaku dalam struktur keluli sekeliling daripada arus pusar dan daripada histerisisditukar sepenuhnya kepada haba.

Fluks magnet berselang-seli dalam bahan magnet menembusi kedalaman kecil Z0, diukur, seperti yang diketahui, dengan beberapa milimeter.Dalam hal ini, kehilangan pusar juga akan tertumpu pada lapisan luar nipis Z0. Kehilangan histerisis juga akan berlaku pada lapisan yang sama.

Kerugian ini dan lain-lain boleh diambil kira secara berasingan atau bersama-sama menggunakan pelbagai, kebanyakannya formula separa empirik.