Kaod vahelduvvoolu juhtmetes

Kui vahelduvvool liigub läbi juhi, tekib selle ümber ja sees vahelduv magnetvoog, mis indutseerib e. d. s, mis määrab traadi induktiivse takistuse.

Kui jagame voolu kandva osa sektsiooni mitmeks elementaarseks juhtmeks, siis on suurim induktiivtakistus nendel, mis asuvad sektsiooni keskel ja selle lähedal, kuna need on kaetud kogu magnetvooga - välised ja sisemised. Pinnal asuvad elementjuhid on kaetud ainult välise magnetvooga ja seetõttu on neil madalaim induktiivtakistus.

Seetõttu suureneb juhtide elementaarne induktiivne takistus pinnast juhtme keskpunkti suunas.

Vahelduva magnetvoo, pinnaefekti või nahaefekti toimel toimub välimises elevandis voo ja voolu nihkumine juhi teljest selle pinnale; üksikute kihtide voolud erinevad suuruse ja faasi poolest.

Maapinnast kaugusel Z0 elektri- ja magnetvälja amplituud ja voolutihedus vähenevad e = 2,718 korda ja ulatuvad 36%-ni nende algväärtusest pinnal. Seda kaugust nimetatakse praeguse välja läbitungimissügavuseks ja see on võrdne

kus ω on vahelduvvoolu nurksagedus; γ — erijuhtivus, 1 / oomi • cm, vase puhul γ = 57 • 104 1 / oomi • cm; µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 gn / cm — magnetkonstant; µr on suhteline magnetiline läbilaskvus, mis võrdub 1-ga vase ja alumiiniumi puhul.

Praktikas arvatakse, et põhiosa voolust läheb juhtme pinnakihti paksusega, mis on võrdne läbitungimissügavusega Z0, ja ülejäänud osa, sisemine, ristlõike osa praktiliselt ei kanna voolu ja on ei kasutata energia ülekandmiseks.

Joonisel fig. 1 näitab voolutiheduse jaotust ringikujulises juhis erinevatel juhtme raadiuse ja läbitungimissügavuse suhetel.

Väli kaob täielikult kaugusel pinnast, mis on võrdne 4 — 6 Z0.

Järgnevalt on toodud läbitungimissügavuse Z0 väärtused mm-des mõne juhtme puhul sagedusel 50 Hz:

Vask — 9,44, alumiinium — 12,3, teras (µr = 200) — 1,8

Voolu ebaühtlane jaotus piki juhi ristlõiget põhjustab selle tegeliku voolu kandva osa ristlõike märkimisväärse vähenemise ja seega ka selle aktiivse takistuse suurenemise.

Kui juhi Ra aktiivtakistus suureneb, suurenevad soojuskaod selles I2Ra ja seetõttu on sama voolu väärtuse korral kaod juhis ja selle vahelduvvooluga kuumutamise temperatuur alati suuremad kui alalisvoolu korral. praegune.

Pinnaefekti mõõt on pinnaefekti koefitsient kp, mis näitab juhi Ra aktiivtakistuse ja selle oomilise takistuse R0 suhet (alalisvoolul).

Juhi aktiivne takistus on

Pinnaefekti nähtus on seda tugevam, mida suurem on traadi ja selle ristlõige magnetiline läbilaskvus ja kõrgemale vahelduvvoolu sagedus.

Massiivsetes mittemagnetjuhtides on isegi toitesagedusel pinnaefekt väga väljendunud. Näiteks 24 cm läbimõõduga ümmarguse vasktraadi takistus 50 Hz vahelduvvoolul on umbes 8 korda suurem kui selle takistus alalisvoolul.

Nahaefekti koefitsient on seda väiksem, seda suurem on juhi oomiline takistus; näiteks vasktraatide kn on suurem kui sama läbimõõduga (sektsiooniga) alumiiniumi puhul, kuna alumiiniumi takistus on 70% kõrgem kui vasel. Kuna juhi takistus kuumenemisel suureneb, siis temperatuuri tõustes suureneb läbitungimissügavus ja kn väheneb.

Magnetmaterjalidest (teras, malm jne) valmistatud juhtmetes avaldub pinnaefekt hoolimata nende suurest takistusest nende suure magnetilise läbilaskvuse tõttu äärmise tugevusega.

Selliste juhtmete pinnaefekti koefitsient on isegi väikese ristlõikega 8-9. Veelgi enam, selle väärtus sõltub voolava voolu väärtusest. Takistuse muutuse olemus vastab magnetilise läbilaskvuse kõverale.

Sarnane voolu ümberjaotumine piki ristlõiget ilmneb lähedusefekti tõttu, mis on põhjustatud külgnevate juhtmete tugevast magnetväljast. Lähedusefekti mõju saab arvesse võtta läheduskoefitsiendi kb abil, mõlemad nähtused — lisakadude koefitsient:

Kõrgepingepaigaldiste puhul, mille faasidevaheline kaugus on piisavalt suur, määrab lisakadude koefitsiendi peamiselt pinnaefekt, kuna sel juhul on lähedusefekt väga nõrk. Seetõttu käsitleme edaspidi ainult pinnaefekti mõju voolu juhtivatele juhtidele.

Riis. 1 näitab, et suurte ristlõigete puhul tuleks kasutada ainult toru- või õõnesjuhte, kuna tahkes juhis ei kasutata selle keskmist osa täielikult elektrilistel eesmärkidel.

Riis. 1. Voolutiheduse jaotus ümmarguses juhis erinevatel suhetel α / Z0

Neid järeldusi kasutatakse kõrgepingelülitite, lahklülitite voolu kandvate osade projekteerimisel, kõrgepingelülitite siinide ja siinide projekteerimisel.

Aktiivtakistuse Ra määramine on üks olulisi probleeme, mis on seotud erineva profiiliga voolu kandvate osade ja siinide praktilise arvutamisega.

Juhi aktiivtakistus määratakse empiiriliselt, lähtudes selles mõõdetud koguvõimsuskadudest kogukadude ja voolu ruudu suhtena:

Juhti aktiivtakistust on raske analüütiliselt määrata, seetõttu kasutatakse praktilisteks arvutusteks analüütiliselt konstrueeritud ja eksperimentaalselt kontrollitud arvutatud kõveraid.Tavaliselt võimaldavad need leida nahaefekti teguri mõne konstruktsiooniparameetri funktsioonina, mis on arvutatud juhi karakteristikute põhjal.

Joonisel fig. 2 on kujutatud kõverad mittemagnetjuhtide pinnaefekti määramiseks. Nende kõverate pinnaefekti koefitsient on määratletud kui kn = f (k1), arvutatud parameetri k1 funktsioon, mis on

kus α on traadi raadius, vt

Riis. 2. Juhi aktiivne ja induktiivne takistus vahelduvvoolul

Tööstuslikul sagedusel 50 Hz on võimalik ignoreerida pinnaefekti vaskjuhtide d <22 mm ja alumiiniumjuhtmete d <30 mm puhul, kuna nende puhul kp <1,04

Elektrienergia kadu saab teostada mittevoolu kandvates osades, mis langevad välisesse vahelduvasse magnetvälja.

Tavaliselt peavad elektrimasinates, -aparaatides ja jaotusseadmetes vahelduvvoolujuhtmed asuma teatud magnetmaterjalidest (teras, malm jne) valmistatud konstruktsiooni osade vahetus läheduses. Selliste osade hulka kuuluvad elektriseadmete metalläärikud ja siinide kandekonstruktsioonid, jaotusseadmed, busside läheduses asuvate raudbetoondetailide tugevdus jm.

Vahelduva magnetvoo mõjul tekib osades, mis voolu ei kanna, hulk voolavaid voolusid pöörisvoolud ja toimub nende magnetiseerimise ümberpööramine. Seega tekivad energiakaod ümbritsevates teraskonstruktsioonides pöörisvooludest ja alates hüstereestäielikult soojuseks muundatud.

Magnetmaterjalide vahelduv magnetvoog tungib väikesele sügavusele Z0, mõõdetuna teatavasti mõne millimeetri võrra.Sellega seoses koonduvad pööriskaod ka õhukesesse väliskihti Z0. Samas kihis tekivad ka hüstereesikaod.

Neid ja muid kahjusid saab arvestada eraldi või koos, kasutades erinevaid, enamasti poolempiirilisi valemeid.