Nuostoliai kintamosios srovės laiduose

Kai laidininku teka kintamoji srovė, aplink jį ir viduje susidaro kintamasis magnetinis srautas, kuris indukuoja e. d. s, kuri lemia laido indukcinę varžą.

Jei srovės nešančios dalies skyrių padalinsime į kelis elementarius laidininkus, tada didžiausią indukcinę varžą turės tie, kurie yra sekcijos centre ir arti jo, nes juos dengia visas magnetinis srautas - išorinis ir vidinis. Elementarus laidininkus, esančius paviršiuje, dengia tik išorinis magnetinis srautas, todėl jų indukcinė varža yra mažiausia.

Todėl elementinė indukcinė laidininkų varža didėja nuo paviršiaus link laidininko centro.

Dėl kintamo magnetinio srauto, paviršiaus efekto ar odos efekto vyksta srauto ir srovės poslinkis nuo laidininko ašies iki jo paviršiaus, išoriniame drambliame; atskirų sluoksnių srovės skiriasi dydžiu ir faze.

Z0 atstumu nuo paviršiaus elektrinio ir magnetinio lauko amplitudė bei srovės tankis sumažėja e = 2,718 karto ir pasiekia 36% pradinės vertės paviršiuje. Šis atstumas vadinamas dabartinio lauko įsiskverbimo gyliu ir yra lygus

čia ω – kintamosios srovės kampinis dažnis; γ — savitasis laidumas, 1 / omų • cm, variui γ = 57 • 104 1 / omų • cm; µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 gn / cm — magnetinė konstanta; µr yra santykinis magnetinis pralaidumas, lygus 1 variui ir aliuminiui.

Praktikoje manoma, kad pagrindinė srovės dalis patenka į paviršinį laidininko sluoksnį, kurio storis lygus prasiskverbimo gyliui Z0, o likusi dalis, vidinė, skerspjūvio dalis praktiškai neperduoda srovės ir yra nenaudojamas energijos perdavimui.

Fig. 1 parodytas srovės tankio pasiskirstymas apskritame laidininke esant įvairiems laidininko spindulio ir prasiskverbimo gylio santykiams.

Laukas visiškai išnyksta atstumu nuo paviršiaus, lygiu 4 — 6 Z0.

Kai kurių laidininkų, kurių dažnis yra 50 Hz, įsiskverbimo gylio Z0 reikšmės mm:

Varis – 9,44, aliuminis – 12,3, plienas (µr = 200) – 1,8

Netolygus srovės pasiskirstymas išilgai laidininko skerspjūvio žymiai sumažina jo faktinės srovės nešančios dalies skerspjūvį, taigi ir padidina jo aktyviąją varžą.

Didėjant laidininko Ra aktyviajai varžai, šilumos nuostoliai jame I2Ra didėja, todėl, esant tokiai pačiai srovės vertei, laidininko nuostoliai ir jo šildymo kintamąja srove temperatūra visada bus didesni nei tiesioginio. srovė.

Paviršiaus efekto matas yra paviršiaus efekto koeficientas kp, parodantis laidininko Ra aktyviosios varžos ir jo ominės varžos R0 santykį (esant nuolatinei srovei).

Aktyvioji laidininko varža yra

Paviršiaus efekto reiškinys tuo stipresnis, kuo didesnis laido ir jo skerspjūvis magnetinis pralaidumas ir aukščiau kintamos srovės dažnis.

Masyviuose nemagnetiniuose laiduose, net esant tiekimo dažniui, paviršiaus poveikis yra labai ryškus. Pavyzdžiui, 24 cm skersmens apvalios varinės vielos varža esant 50 Hz kintamajai srovei yra apie 8 kartus didesnė nei jos varža esant nuolatinei srovei.

Kuo mažesnis odos efekto koeficientas, tuo didesnė laidininko ominė varža; pvz., variniams laidams kn bus didesnis nei to paties skersmens (pjūvio) aliuminio, nes aliuminio varža 70% didesnė nei vario. Kadangi kaitinant didėja laidininko varža, didėjant temperatūrai padidės prasiskverbimo gylis, o kn mažės.

Laiduose, pagamintuose iš magnetinių medžiagų (plieno, ketaus ir kt.), nepaisant didelio atsparumo, paviršiaus efektas pasireiškia itin stipriu dėl didelio magnetinio laidumo.

Tokių laidų paviršiaus efekto koeficientas, net ir esant nedideliam skerspjūviui, yra 8-9. Be to, jo vertė priklauso nuo tekančios srovės vertės. Atsparumo pokyčio pobūdis atitinka magnetinio pralaidumo kreivę.

Panašus srovės perskirstymo skerspjūviu reiškinys atsiranda dėl artumo efekto, kurį sukelia stiprus gretimų laidų magnetinis laukas. Į artumo efekto įtaką galima atsižvelgti naudojant artumo koeficientą kb, abu reiškiniai – papildomų nuostolių koeficientas:

Aukštos įtampos įrenginiuose, kurių atstumas tarp fazių yra pakankamai didelis, papildomų nuostolių koeficientą daugiausia lemia paviršiaus efektas, nes šiuo atveju artumo efektas yra labai silpnas. Todėl toliau nagrinėjame tik paviršiaus poveikio įtaką srovės laidininkams.

Ryžiai. 1 parodyta, kad dideliems skerspjūviams turi būti naudojami tik vamzdiniai arba tuščiaviduriai laidininkai, nes kietame laidininke jo vidurinė dalis nėra visiškai naudojama elektros reikmėms.

Ryžiai. 1. Srovės tankio pasiskirstymas apvaliame laidininke skirtingais santykiais α / Z0

Šios išvados panaudotos projektuojant aukštos įtampos jungiklių, skyriklių srovę nešančias dalis, projektuojant aukštos įtampos skirstomųjų įrenginių šynas ir šynas.

Aktyviosios varžos Ra nustatymas yra viena iš svarbių problemų, susijusių su praktiniu srovę nešančių dalių ir skirtingų profilių šynų skaičiavimu.

Laidininko aktyvioji varža nustatoma empiriškai, remiantis išmatuotais bendraisiais galios nuostoliais jame, kaip visų nuostolių ir srovės kvadrato santykis:

Analitiškai nustatyti laidininko aktyviąją varžą sunku, todėl praktiniams skaičiavimams naudojamos skaičiuotinės kreivės, sudarytos analitiškai ir patikrintos eksperimentiškai.Paprastai jie leidžia rasti odos efekto koeficientą kaip tam tikro projektinio parametro, apskaičiuoto pagal laidininko charakteristikas, funkciją.

Fig. 2 pavaizduotos nemagnetinių laidininkų paviršiaus poveikio nustatymo kreivės. Šių kreivių paviršiaus efekto koeficientas apibrėžiamas kaip kn = f (k1), apskaičiuoto parametro k1 funkcija, kuri yra

kur α yra laido spindulys, žr

Ryžiai. 2. Aktyvioji ir indukcinė laidininko varža esant kintamajai srovei

Esant pramoniniam 50 Hz dažniui, galima nepaisyti paviršiaus efekto variniams laidininkams d <22 mm ir aliuminio laidams d <30 mm, nes jiems kp <1,04

Elektros energijos praradimas gali būti atliekamos srovės nenešančiose dalyse, patenkančiose į išorinį kintamąjį magnetinį lauką.

Paprastai elektros mašinose, aparatuose ir skirstomuosiuose įrenginiuose kintamosios srovės laidininkai turi būti arti tam tikrų konstrukcijos dalių, pagamintų iš magnetinių medžiagų (plieno, ketaus ir kt.). Tokios dalys yra metaliniai elektros įrenginių flanšai ir šynų laikančiosios konstrukcijos, skirstomieji įrenginiai, gelžbetoninių dalių, esančių prie autobusų, armatūra ir kt.

Veikiant kintamam magnetiniam srautui, tose dalyse, kuriose nėra srovės, atsiranda daugybė tekančių srovių. sūkurinės srovės ir įvyksta jų įmagnetinimo apsisukimas. Taigi energijos nuostoliai atsiranda aplinkinėse plieninėse konstrukcijose dėl sūkurinių srovių ir iš isterezėvisiškai paverčiama šiluma.

Kintamasis magnetinis srautas magnetinėse medžiagose prasiskverbia iki nedidelio gylio Z0, matuojamas, kaip žinoma, keliais milimetrais.Šiuo atžvilgiu sūkuriniai nuostoliai taip pat bus sutelkti ploname išoriniame sluoksnyje Z0. Histerezės nuostoliai taip pat atsiras tame pačiame sluoksnyje.

Šie ir kiti nuostoliai gali būti apskaitomi atskirai arba kartu naudojant įvairias, dažniausiai pusiau empirines formules.