خسائر في أسلاك التيار المتردد

عندما يتدفق تيار متناوب عبر موصل ، يتشكل تدفق مغناطيسي متناوب حوله وداخله ، مما يؤدي إلى e. د. s ، والتي تحدد المقاومة الاستقرائية للسلك.

إذا قسمنا قسم الجزء الحامل للتيار إلى عدة موصلات أولية ، فإن تلك الموجودة في وسط القسم وبالقرب منه سيكون لها أكبر مقاومة استقرائية ، حيث أنها مغطاة بالتدفق المغناطيسي بأكمله - الخارجية والداخلية. لا يتم تغطية الموصلات الأولية الموجودة على السطح إلا بالتدفق المغناطيسي الخارجي وبالتالي فهي تتمتع بأقل مقاومة استقرائية.

لذلك ، تزداد المقاومة الاستقرائية الأولية للموصلات من السطح باتجاه مركز الموصل.

بسبب تأثير التدفق المغناطيسي المتناوب أو تأثير السطح أو تأثير الجلد ، هناك إزاحة للدفق والتيار من محور الموصل إلى سطحه ، في الفيل الخارجي ؛ تختلف تيارات الطبقات الفردية من حيث الحجم والمرحلة.

على مسافة Z0 من السطح ، تقل سعة المجالين الكهربائي والمغناطيسي وكثافة التيار بمقدار e = 2.718 مرة وتصل إلى 36٪ من قيمتها الأولية عند السطح. تسمى هذه المسافة بعمق الاختراق للمجال الحالي وتساوي

أين ω هو التردد الزاوي للتيار المتردد ؛ γ - الموصلية النوعية ، 1 / ​​أوم • سم ، للنحاس γ = 57 • 104 1 / أوم • سم ؛ µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 جم / سم - ثابت مغناطيسي ؛ µr هي النفاذية المغناطيسية النسبية ، وتساوي 1 للنحاس والألمنيوم.

من الناحية العملية ، يُعتبر أن الجزء الرئيسي من التيار يمر إلى الطبقة السطحية للموصل بسمك يساوي عمق الاختراق Z0 ، والجزء المتبقي ، الداخلي ، جزء المقطع العرضي عمليًا لا يحمل تيارًا وهو لا تستخدم لنقل الطاقة.

في التين. يوضح الشكل 1 توزيع كثافة التيار في موصل دائري بنسب مختلفة من نصف قطر الموصل إلى عمق الاختراق.

يختفي الحقل تمامًا على مسافة من السطح تساوي 4 - 6 Z0.

فيما يلي قيم عمق الاختراق Z0 بالملم لبعض الموصلات بتردد 50 هرتز:

النحاس - 9.44 ، الألومنيوم - 12.3 ، الفولاذ (µr = 200) - 1.8

يؤدي التوزيع غير المتكافئ للتيار على طول المقطع العرضي للموصل إلى انخفاض كبير في المقطع العرضي لجزء حمله الحالي الفعلي ، وبالتالي إلى زيادة مقاومته النشطة.

مع زيادة المقاومة النشطة للموصل Ra ، تزداد خسائر الحرارة في I2Ra ، وبالتالي ، بنفس قيمة التيار ، فإن الخسائر في الموصل ودرجة حرارة تسخينه بالتيار المتردد ستكون دائمًا أكبر منها مع التيار المباشر حاضِر.

مقياس تأثير السطح هو معامل تأثير السطح kp ، الذي يمثل نسبة المقاومة النشطة للموصل Ra إلى مقاومته الأومية R0 (عند التيار المباشر).

المقاومة النشطة للموصل

تكون ظاهرة تأثير السطح أقوى كلما كان المقطع العرضي للسلك أكبر النفاذية المغناطيسية وأعلى تردد التيار المتردد.

في الموصلات غير المغناطيسية الضخمة ، حتى عند تردد الإمداد ، يكون تأثير السطح واضحًا جدًا. على سبيل المثال ، مقاومة سلك نحاسي دائري بقطر 24 سم عند تيار متردد 50 هرتز أعلى بحوالي 8 مرات من مقاومته عند التيار المباشر.

سيكون معامل تأثير الجلد أصغر ، وكلما زادت المقاومة الأومية للموصل ؛ على سبيل المثال ، يكون kn للأسلاك النحاسية أكبر من الألمنيوم من نفس القطر (المقطع) ، لأن مقاومة الألمنيوم أعلى بنسبة 70٪ من النحاس. نظرًا لأن مقاومة الموصل تزداد مع التسخين ، فإن عمق الاختراق سيزداد مع زيادة درجة الحرارة وسوف ينخفض ​​kn.

في الأسلاك المصنوعة من مواد مغناطيسية (الفولاذ ، الحديد الزهر ، إلخ) ، على الرغم من مقاومتها العالية ، يتجلى تأثير السطح بقوة قصوى بسبب نفاذية مغناطيسية عالية.

معامل تأثير السطح لمثل هذه الأسلاك ، حتى مع المقاطع العرضية الصغيرة ، هو 8-9. علاوة على ذلك ، تعتمد قيمته على قيمة التدفق الحالي. تتوافق طبيعة تغيير المقاومة مع منحنى النفاذية المغناطيسية.

تحدث ظاهرة مماثلة لإعادة التوزيع الحالي على طول المقطع العرضي بسبب تأثير القرب ، والذي يحدث بسبب المجال المغناطيسي القوي للأسلاك المجاورة. يمكن أخذ تأثير تأثير القرب في الاعتبار باستخدام معامل القرب kb ، وكلا الظاهرتين - معامل الخسائر الإضافية:

بالنسبة للتركيبات ذات الجهد العالي بمسافة كبيرة بما فيه الكفاية بين المراحل ، يتم تحديد معامل الخسائر الإضافية بشكل أساسي من خلال تأثير السطح ، حيث يكون تأثير القرب في هذه الحالة ضعيفًا للغاية. لذلك ، في ما يلي نأخذ في الاعتبار تأثير تأثير السطح فقط على الموصلات الحاملة للتيار.

أرز. يوضح الشكل 1 أنه بالنسبة للمقاطع العرضية الكبيرة ، يجب استخدام الموصلات الأنبوبية أو المجوفة فقط ، حيث لا يتم استخدام الجزء الأوسط بالكامل في الموصل الصلب للأغراض الكهربائية.

أرز. 1. توزيع كثافة التيار في موصل دائري بنسب مختلفة α / Z0

يتم استخدام هذه الاستنتاجات في تصميم الأجزاء الحاملة للتيار من مفاتيح الجهد العالي ، والمفصلات ، في تصميم قضبان التوصيل وقضبان التوصيل للمفاتيح الكهربائية عالية الجهد.

يعد تحديد المقاومة النشطة Ra أحد المشكلات المهمة المتعلقة بالحساب العملي للأجزاء الحاملة للتيار وأشرطة التوصيل بملفات تعريف مختلفة.

يتم تحديد المقاومة النشطة للموصل بشكل تجريبي بناءً على إجمالي خسائر الطاقة المقاسة فيه ، كنسبة من إجمالي الخسائر إلى مربع التيار:

من الصعب تحديد المقاومة النشطة للموصل بشكل تحليلي ، لذلك ، بالنسبة للحسابات العملية ، يتم استخدام المنحنيات المحسوبة ، التي تم إنشاؤها بشكل تحليلي والتحقق منها تجريبياً.عادةً ما تسمح لك بإيجاد عامل تأثير الجلد كدالة لبعض معايير التصميم المحسوبة من خصائص الموصل.

في التين. يوضح الشكل 2 منحنيات لتحديد تأثير السطح للموصلات غير المغناطيسية. يُعرَّف معامل تأثير السطح من هذه المنحنيات على أنه kn = f (k1) ، وهي دالة للمعامل المحسوب k1 ، وهو

أين α هو نصف قطر السلك ، انظر

أرز. 2. المقاومة النشطة والاستقرائية للموصل في التيار المتردد

عند التردد الصناعي البالغ 50 هرتز ، من الممكن تجاهل التأثير السطحي للموصلات النحاسية d <22 مم ولموصلات الألمنيوم d <30 مم ، لأن لها kp <1.04

فقدان الطاقة الكهربائية يمكن إجراؤها في أجزاء غير حاملة للتيار تقع في مجال مغناطيسي متناوب خارجي.

عادة ، في الآلات الكهربائية والأجهزة والمفاتيح الكهربائية ، يجب وضع موصلات التيار المتردد بالقرب من أجزاء معينة من الهيكل المصنوع من مواد مغناطيسية (الصلب ، الحديد الزهر ، إلخ). تشمل هذه الأجزاء حواف معدنية للمعدات الكهربائية والهياكل الداعمة لقضبان التوصيل وأجهزة التوزيع وتقوية الأجزاء الخرسانية المسلحة الموجودة بالقرب من الحافلات وغيرها.

تحت تأثير التدفق المغناطيسي المتناوب ، ينشأ عدد من التيارات المتدفقة في تلك الأجزاء التي لا تحمل تيارًا التيارات إيدي ويحدث انعكاس مغنطيتها. وبالتالي ، تحدث خسائر الطاقة في الهياكل الفولاذية المحيطة من التيارات الدوامية ومن التيارات التخلفيةتحولت بالكامل إلى حرارة.

يخترق التدفق المغناطيسي المتناوب في المواد المغناطيسية إلى عمق صغير Z0 ، يُقاس ، كما هو معروف ، ببضعة مليمترات.في هذا الصدد ، سوف تتركز خسائر الدوامة أيضًا في الطبقة الخارجية الرقيقة Z0 ، كما ستحدث خسائر التباطؤ في نفس الطبقة.

يمكن حساب هذه الخسائر وغيرها بشكل منفصل أو معًا باستخدام صيغ مختلفة شبه تجريبية.