เอฟเฟกต์พื้นผิวและเอฟเฟกต์ความใกล้เคียง

ความต้านทานของตัวนำต่อกระแสตรงถูกกำหนดโดยสูตรที่รู้จักกันดี ro =ρl / S.

ความต้านทานนี้สามารถกำหนดได้โดยการทราบขนาดของ IО กระแสคงที่และกำลัง PO:

ro = PO / AzO2

ปรากฎว่าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ความต้านทาน r ของตัวนำเดียวกันนั้นมากกว่าความต้านทานคงที่กระแส: r> rO

ความต้านทานนี้ r ตรงกันข้ามกับความต้านทานกระแสตรง rO และเรียกว่าความต้านทานแบบแอคทีฟ การเพิ่มขึ้นของความต้านทานของเส้นลวดนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยกระแสสลับ ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าไม่เท่ากันที่จุดต่างๆ ในส่วนตัดขวางของเส้นลวด ฉันมีพื้นผิวตัวนำ ความหนาแน่นกระแสสูงกว่ากระแสตรง และศูนย์กลางมีขนาดเล็กกว่า

ที่ความถี่สูง ความผิดปกติจะปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็วจนความหนาแน่นกระแสในจุดศูนย์กลางความบริสุทธิ์ที่สำคัญของส่วนตัดขวางของตัวนำนั้นแทบจะเป็นศูนย์ กระแสจะผ่านเฉพาะในชั้นผิวเท่านั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์พื้นผิว

ดังนั้นเอฟเฟกต์พื้นผิวนำไปสู่การลดลงของส่วนตัดขวางของตัวนำที่กระแสไหลผ่าน (ส่วนตัดขวางที่ใช้งานอยู่) และทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับความต้านทานกระแสตรง

เพื่ออธิบายสาเหตุของผลกระทบที่พื้นผิว ลองนึกภาพตัวนำทรงกระบอก (รูปที่ 1) ประกอบด้วยตัวนำมูลฐานจำนวนมากที่มีหน้าตัดเดียวกัน อยู่ใกล้กันและจัดเรียงเป็นชั้นศูนย์กลาง

ความต้านทานของสายไฟเหล่านี้ต่อกระแสตรงซึ่งพบโดยสูตร ρl / S จะเท่ากัน

ข้าว. 1. สนามแม่เหล็กของตัวนำทรงกระบอก

กระแสไฟฟ้าสลับสร้างสนามแม่เหล็กสลับรอบสายไฟแต่ละเส้น (รูปที่ 1) เห็นได้ชัดว่าตัวนำพื้นฐานที่อยู่ใกล้กับแกนนั้นล้อมรอบด้วยตัวนำพื้นผิวฟลักซ์แม่เหล็กขนาดใหญ่ ดังนั้นตัวนำแรกจึงมีความเหนี่ยวนำและรีแอกทีฟรีแอกแตนซ์สูงกว่าตัวนำหลัง

ที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ปลายสายมูลฐานที่มีความยาว ล. ซึ่งอยู่ตามแนวแกนและบนพื้นผิว ความหนาแน่นกระแสในอันแรกจะน้อยกว่าในอันที่สอง

ความแตกต่าง v ความหนาแน่นกระแสตามแนวแกนและตามขอบของตัวนำเพิ่มขึ้นเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำเพิ่มขึ้น d, การนำไฟฟ้าของวัสดุ γ, การซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุ μ และความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับ

อัตราส่วนของความต้านทานที่ใช้งานของตัวนำ r ต่อความต้านทานที่ rO กระแสตรงเรียกว่าสัมประสิทธิ์ของเอฟเฟกต์ผิวหนังและแสดงด้วยตัวอักษรξ (xi) ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์ξสามารถกำหนดได้จากกราฟในรูปที่ 2 ซึ่งแสดงการพึ่งพาของ ξ บนผลคูณ d และ √γμμое

ข้าว. 2. แผนภูมิสำหรับกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ผลกระทบต่อผิวหนัง

เมื่อคำนวณผลิตภัณฑ์นี้ d ควรแสดงเป็นซม., γ — ใน 1 / โอห์ม-ซม., μo — v gn/ ซม. และ f = ใน Hz

ตัวอย่าง. จำเป็นต้องกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ของเอฟเฟกต์ผิวสำหรับฉันเป็นตัวนำทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง d= 11.3 มม. (S = 100 มม. 2) ที่ความถี่ f = 150 Hz

ดีมาก

ตามกราฟในรูป 2 เราพบว่า ξ = 1.03

ความหนาแน่นกระแสที่ไม่เท่ากันในตัวนำยังเกิดขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของกระแสในตัวนำข้างเคียง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ความใกล้ชิด

เมื่อพิจารณาถึงสนามแม่เหล็กของกระแสในทิศทางเดียวกันในตัวนำคู่ขนานสองตัว มันเป็นเรื่องง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าตัวนำมูลฐานที่อยู่ในตัวนำต่างกันซึ่งอยู่ห่างจากกันมากที่สุดนั้นเชื่อมต่อกับฟลักซ์แม่เหล็กที่เล็กที่สุด ดังนั้นความหนาแน่นของกระแสในพวกมัน เป็นที่สูงสุด หากกระแสในสายคู่ขนานมีทิศทางต่างกัน แสดงว่ามีความหนาแน่นกระแสสูงในสายมูลฐานที่เป็นของสายต่าง ๆ ที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด