Zudumi maiņstrāvas vados

Caur vadītāju plūstot maiņstrāvai, ap to un iekšpusē veidojas mainīga magnētiskā plūsma, kas inducē e. d. s, kas nosaka stieples induktīvo pretestību.

Ja mēs sadalām strāvu nesošās daļas sekciju vairākos elementārajos vadītājos, tad tiem, kas atrodas sekcijas centrā un tuvu tai, būs vislielākā induktīvā pretestība, jo tos pārklāj visa magnētiskā plūsma - ārējā un iekšējā. Elementāros vadītājus, kas atrodas uz virsmas, pārklāj tikai ārējā magnētiskā plūsma, un tāpēc tiem ir viszemākā induktīvā pretestība.

Tāpēc vadītāju elementārā induktīvā pretestība palielinās no virsmas virzienā uz vadītāja centru.

Maiņstrāvas magnētiskās plūsmas, virsmas efekta vai ādas efekta ietekmē notiek plūsmas un strāvas nobīde no vadītāja ass uz tā virsmu, ārējā ziloņā; atsevišķo slāņu strāvas atšķiras pēc lieluma un fāzes.

Attālumā Z0 no virsmas elektriskā un magnētiskā lauka amplitūda un strāvas blīvums samazinās par e = 2,718 reizes un sasniedz 36% no sākotnējās vērtības uz virsmas. Šo attālumu sauc par pašreizējā lauka iespiešanās dziļumu un ir vienāds ar

kur ω ir maiņstrāvas leņķiskā frekvence; γ — īpatnējā vadītspēja, 1 / omi • cm, vara γ = 57 • 104 1 / omi • cm; µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 gn / cm — magnētiskā konstante; µr ir relatīvā magnētiskā caurlaidība, kas ir vienāda ar 1 vara un alumīnija gadījumā.

Praksē tiek uzskatīts, ka galvenā strāvas daļa nonāk vadītāja virsmas slānī ar biezumu, kas vienāds ar iespiešanās dziļumu Z0, un pārējā daļa, iekšējā, šķērsgriezuma daļa praktiski nenes strāvu un ir neizmanto enerģijas pārnešanai.

attēlā. 1 parāda strāvas blīvuma sadalījumu apļveida vadītājā pie dažādām vadītāja rādiusa attiecībām pret iespiešanās dziļumu.

Lauks pilnībā pazūd attālumā no virsmas, kas vienāds ar 4 — 6 Z0.

Tālāk ir norādītas iespiešanās dziļuma Z0 vērtības (mm) dažiem vadītājiem ar frekvenci 50 Hz:

Varš — 9,44, alumīnijs — 12,3, tērauds (µr = 200) — 1,8

Strāvas nevienmērīgais sadalījums pa vadītāja šķērsgriezumu izraisa ievērojamu tā faktiskās strāvu nesošās daļas šķērsgriezuma samazināšanos un līdz ar to tā aktīvās pretestības palielināšanos.

Palielinoties vadītāja Ra aktīvajai pretestībai, siltuma zudumi tajā I2Ra palielinās, un tāpēc pie vienas un tās pašas strāvas vērtības zudumi vadītājā un tā sildīšanas temperatūra ar maiņstrāvu vienmēr būs lielāki nekā ar tiešo strāvu. strāva.

Virsmas efekta mērs ir virsmas efekta koeficients kp, kas atspoguļo vadītāja Ra aktīvās pretestības attiecību pret tā omisko pretestību R0 (pie līdzstrāvas).

Vadītāja aktīvā pretestība ir

Virsmas efekta parādība ir spēcīgāka, jo lielāks ir stieples un tā šķērsgriezums magnētiskā caurlaidība un augstāk maiņstrāvas frekvence.

Masīvos nemagnētiskos vadītājos pat pie barošanas frekvences virsmas efekts ir ļoti izteikts. Piemēram, 24 cm diametra apaļas vara stieples pretestība pie 50 Hz maiņstrāvas ir aptuveni 8 reizes lielāka nekā tās pretestība pie līdzstrāvas.

Ādas efekta koeficients būs mazāks, jo lielāka ir vadītāja ohmiskā pretestība; piemēram, vara vadiem kn būs lielāks nekā tāda paša diametra (sekcijas) alumīnijam, jo ​​alumīnija pretestība ir par 70% lielāka nekā vara. Tā kā vadītāja pretestība palielinās, karsējot, iespiešanās dziļums palielināsies, palielinoties temperatūrai, un kn samazināsies.

Vadiem, kas izgatavoti no magnētiskiem materiāliem (tērauds, čuguns utt.), neskatoties uz to augsto pretestību, virsmas efekts izpaužas ar ārkārtēju izturību, pateicoties to augstajai magnētiskajai caurlaidībai.

Virsmas efekta koeficients šādiem vadiem pat ar maziem šķērsgriezumiem ir 8-9. Turklāt tā vērtība ir atkarīga no plūstošās strāvas vērtības. Pretestības izmaiņu raksturs atbilst magnētiskās caurlaidības līknei.

Līdzīga strāvas pārdales parādība pa šķērsgriezumu notiek tuvuma efekta dēļ, ko izraisa blakus esošo vadu spēcīgais magnētiskais lauks. Tuvuma efekta ietekmi var ņemt vērā, izmantojot tuvuma koeficientu kb, abas parādības — papildu zudumu koeficients:

Augstsprieguma iekārtām ar pietiekami lielu attālumu starp fāzēm papildu zudumu koeficientu galvenokārt nosaka virsmas efekts, jo šajā gadījumā tuvuma efekts ir ļoti vājš. Tāpēc turpmāk aplūkosim tikai virsmas efekta ietekmi uz strāvu nesošiem vadītājiem.

Rīsi. 1 parāda, ka lieliem šķērsgriezumiem jāizmanto tikai cauruļveida vai dobie vadi, jo cietā vadītājā tā vidusdaļa netiek pilnībā izmantota elektriskiem nolūkiem.

Rīsi. 1. Strāvas blīvuma sadalījums apaļā vadītājā pie dažādām attiecībām α / Z0

Šie secinājumi tiek izmantoti augstsprieguma slēdžu, atdalītāju strāvu nesošo daļu projektēšanā, augstsprieguma sadales iekārtu kopņu un kopņu projektēšanā.

Aktīvās pretestības Ra noteikšana ir viena no svarīgākajām problēmām, kas saistītas ar dažādu profilu strāvu nesošo daļu un kopņu praktisko aprēķinu.

Vadītāja aktīvo pretestību nosaka empīriski, pamatojoties uz izmērītajiem kopējiem jaudas zudumiem tajā, kā kopējo zudumu attiecību pret strāvas kvadrātu:

Ir grūti analītiski noteikt vadītāja aktīvo pretestību, tāpēc praktiskiem aprēķiniem tiek izmantotas analītiski konstruētas un eksperimentāli pārbaudītas aprēķinātās līknes.Parasti tie ļauj atrast ādas efekta faktoru kā funkciju no kāda konstrukcijas parametra, kas aprēķināts no vadītāja raksturlielumiem.

attēlā. 2 parāda līknes nemagnētisko vadītāju virsmas efekta noteikšanai. Virsmas efekta koeficients no šīm līknēm ir definēts kā kn = f (k1), aprēķinātā parametra k1 funkcija, kas ir

kur α ir stieples rādiuss, sk

Rīsi. 2. Vadītāja aktīvā un induktīvā pretestība pie maiņstrāvas

Pie rūpnieciskās frekvences 50 Hz var ignorēt virsmas efektu vara vadītājiem d <22 mm un alumīnija vadītājiem d <30 mm, jo ​​tiem kp <1,04

Elektriskās enerģijas zudums var veikt strāvu nenesošās daļās, kas iekrīt ārējā mainīgā magnētiskajā laukā.

Parasti elektriskajās mašīnās, aparātos un sadales iekārtās maiņstrāvas vadītājiem jāatrodas tiešā tuvumā noteiktām konstrukcijas daļām, kas izgatavotas no magnētiskiem materiāliem (tērauds, čuguns utt.). Pie šādām detaļām pieder elektroiekārtu metāla atloki un kopņu nesošās konstrukcijas, sadales ierīces, autobusu tuvumā esošo dzelzsbetona detaļu pastiprinājums un citas.

Maiņstrāvas magnētiskās plūsmas ietekmē tajās daļās, kas nenes strāvu, rodas vairākas plūstošas ​​strāvas virpuļstrāvas un notiek to magnetizācijas maiņa. Tādējādi apkārtējās tērauda konstrukcijās rodas enerģijas zudumi no virpuļstrāvām un no histerēzepilnībā pārvērsts siltumā.

Mainīgā magnētiskā plūsma magnētiskajos materiālos iekļūst nelielā dziļumā Z0, ko mēra, kā zināms, par dažiem milimetriem.Šajā sakarā virpuļu zudumi koncentrēsies arī plānā ārējā slānī Z0. Tajā pašā slānī būs arī histerēzes zudumi.

Šos un citus zaudējumus var uzskaitīt atsevišķi vai kopā, izmantojot dažādas, pārsvarā pusempīriskas formulas.