Поверхностный эффект и эффект близости
Сопротивление проводника неизменному току определяется по известной формуле rо=ρl/S.
Это сопротивление можно также найти, зная величину неизменного тока Iо и мощность Ро:
rо = Pо / Iо2
Оказывается, что в цепи переменного тока сопротивление r такого же проводника больше сопротивления постоянному току: r > rо
Это сопротивление r в отличие от сопротивления неизменному току rо и носит заглавие активного сопротивления. Повышение сопротивления проводника разъясняется тем, что при переменном токе плотность тока не схожа в разных точках поперечного сечения проводника. Уповерхности проводника плотность тока выходит больше, чем при неизменном токе, а и центре меньше.
При высочайшей частоте неравномерность проявляется так резко, что плотность тока в значимой центральной чисти сечения проводника фактически равна нулю, ток проходит исключительно в поверхностном слое, отчего это явление и получило заглавие поверхностного эффекта.
Таким макаром, поверхностный эффект приводит к уменьшению сечения проводника, по которому проходит ток (активного сечения), и, как следует, к повышению его сопротивления по сопоставлению с сопротивлением неизменному току.
Для разъяснения предпосылки появления поверхностного эффекта представим цилиндрический провод (рис. 1) состоящим из большего числа простых проводников схожего сечения, прилегающих впритирку друг к другу и расположенных концентрическими слоями.
Сопротивления этих проводников неизменному току, отысканные по формуле ρl/S будут схожи.
Рис. 1. Магнитное поле цилиндрического проводника.
При переменном электронном токе вокруг каждого проводника создается переменное магнитное поле (рис. 1). Разумеется, простый проводник, расположенный поближе к оси, охватывается огромным магнитным потоком проводник, расположенный у поверхности провода, потому 1-ый обладает большей индуктивностью и индуктивным сопротивлением, чем 2-ой.
При схожем напряжении на концах простых проводников длиной l, расположенных у оси и у поверхности, плотность тока в первых меньше, чем во вторых.
Разница в плотностях тока у оси и на периферии провода растет с повышением поперечника провода d, проводимости материала γ, магнитной проницаемости материала μ и частоты переменного токаf.
Отношение активного сопротивления проводника r к его сопротивлению при. неизменном, токе rо именуется коэффициентом поверхностного эффекта и обозначается буковкой ξ (кси), как следует, коэффициент ξ можно найти по графику рис. 2, на котором представлена зависимость ξ от произведения d и √γμμоf.
Рис. 2. График для определения коэффициента поверхностного эффекта.
При вычислении этого произведения следует выражать d в см, γ — в 1/ом-см, μо — в гн/см и f = в гц.
Пример. Нужно найти коэффициент поверхностного эффекта для медного проводника поперечником d= 11,3 мм (S = 100 мм2) при частоте f = 150 гц.
Произведение d√γμоf.
По графику на рис. 2 находим ξ = 1,03
Неодинаковая плотность тока в проводе выходит также из-за воздействия токов в примыкающих проводах. Это явление именуется эффектом близости.
Рассматривая магнитное поле токов одною направления в 2-ух параллельно расположенных проводах, просто показать, что те простые проводники, принадлежащие различным проводам, которые более удалены друг от друга, сцеплены с минимальным магнитным потоком, как следует, плотность тока в их большая. Если токи в параллельных проводах имеют, различные направления, то можно показать, что большая плотность тока наблюдается в тех простых проводниках, принадлежащих различным проводам, которые более сближены вместе.
Школя для электрика -http://electricalschool.info/
Эффект близости — Энциклопедия по машиностроению XXL
Здесь а,Н, V[/,ф-полуэмпирические функции, учитывающие анизотропию турбулентности, влияние молекулярной вязкости при малых локальных числах Рейнольдса и эффекты близости стенки.
Неравномерное распределение плотности тока и напряженности магнитного поля по сечению проводника носит название поверхностного эффекта. Формы проявления поверхностного эффекта в системе проводников (эффект близости) и в замкнутых контурах (кольцевой эффект) рассмотрены в 4-1 и 4-2, [c.14]
Эффект близости проявляется тем сильнее, чем меньше расстояние между проводниками н чем сильнее проявляется поверхностный эффект, т. е. чем больше отношение толщины проводника к глубине проникновения тока.
Не следует смешивать перераспределение тока в проводнике при эффекте близости с электродинамическим взаимодействием проводников. Проводники с одинаково направленными токами притягиваются друг к другу, а со встречно направленными — отталкиваются. [c.51]
При вычислении активного и внутреннего реактивного х 1 сопротивлений индуктора следует учесть, что взаимно противоположное действие кольцевого эффекта и эффекта близости улучшает использование сечения индуктирующего провода.
Поэтому, рассчитывая эти сопротивления по формулам (4-9), следует результат уменьшить в 1,5 раза
Ток высокой частоты, подводимый к трубной заготовке индукционным или контактным методом, вследствие эффекта близости стягивается па стороны кромок, обращенные друг к д )угу, и быстро разогревает тонкий слой металла до плавления. Расплавленный металл выдавливается при осадке в сварочных валках вместе с окислами, образуя наружный и внутренний грат. Минимальное количество расплава определяется надежностью удаления загрязнений. Увеличение глубины прогретого слоя приводит к росту потребляемой мощности, возрастанию объема грата и снижению устойчивости тонких кромок при осадке в сварочной клети. Основными параметрами сварки являются длина кромок, увеличивающаяся с ростом их толщины и диаметра трубы и находящаяся в пределах 20—200 мм, угол схождения кромок, равный 1—6 , и величина осадки. Электрический режим характеризуется частотой тока и расходом энергии на единицу длины (м) и толщины трубы (.
Метод индукционного нагрева основан на использовании следующих законов и явлений 1) закон электромагнитной индукции 2) поверхностный эффект 3) эффект близости 4) изменение свойств стали в процессе нагрева. Последнее явление особенно существенно при поверхностной термообработке, на что впервые обратил внимание чл. кор. АН СССР проф. В. П. Вологдин, автор метода поверхностной индукционной закалки [7,8].
На рис. 1-8 приведена картина магнитного поля индуктора, внутрь которого помещен металлический цилиндр, Ток в индукторе вследствие кольцевого эффекта и эффекта близости сосредоточен [c.17]
Вследствие кольцевого эффекта и эффекта близости ток концентрируется в основном у стороны индуктирующего провода, обращенной к нагреваемой поверхности. [c.83]
Вследствие малого зазора между шинами и потому резкого проявления эффекта близости ток при достаточной толщине шин концентрируется на их поверхностях, обращенных друг к другу.
Вследствие кольцевого эффекта и эффекта близости ток концентрируется на внутренней поверхности индуктирующего провода, поэтому длина первого участка шин считается также от нее. Это показано на рис. 5-10. [c.86]
Кольцевой эффект и эффект близости, действуя согласно, способствуют концентрации индуктированного тока в узкой зоне, ширина которой не очень сильно зависит от зазора и близка к ширине индуктора. Активное сопротивление нагреваемого объекта благодаря этому относительно велико.
При отсутствии нагреваемого объекта можно считать, что почти весь ток сконцентрирован на внутренней поверхности индуктора в слое, толщина которого приблизительно равна глубине проникновения тока. Если поместить индуктор внутрь отверстия нагреваемой детали, то за счет эффекта близости ток в большей или меньшей степени будет проходить и по внешней поверхности индуктора.
В его сечении установится некоторое результирующее распределение тока. При этом ток концентрируется на внешней поверхности тем сильнее, чем меньше зазор, так как с уменьшением зазора действие эффекта близости усиливается.
Ток в индуктирующем проводе оттесняется к открытой стороне паза магнитопровода независимо от кольцевого эффекта и эффекта близости [23]. Это ясно из того, что благодаря высокой магнитной проницаемости магнитопровода магнитное поле с обратной стороны провода пренебрежимо мало по сравнению с магнитным полем на его наружной поверхности в пределе при р, = оо поле в магнито-проводе равно нулю, Поэтому при любой форме провода в такой системе наблюдается односторонний поверхностный эффект. [c.107]
Высокочастотный индукционный нагрев — Глубина проникновения тока 14—169 — Эффект близости 14—169 [c.275]
Здесь акр —коэфициенты, учитывающие влияние поверхностного эффекта и эффекта близости (принимается обычно кр = 1,1 и кр = 1,2) GJ , — веса металла первичной
[c.
283]
Большое влияние па форму нагреваемого слоя, кроме поверхностного эффекта, оказывает также и эффект близости. Последний проявляется в результате взаимодействия внешних магнитных полей индуктора и детали и [c.169]
Другая особенность высокочастотного нагрева заключается в эффекте близости, возникающем в результате взаимодействия магнитных полей токов, протекающих в близко расположенных проводниках. В зависимости от направлений тока в зазоре между проводниками будет наблюдаться увеличение или уменьшение суммарной напряженности магнитного поля. Это также приводит к неравномерности распределения тока в проводниках. В случае противоположной направленности тока в заготовках (рис. 5.37, б) наибольшая плотность его будет в тех частях поверхности, которые обращены к другому проводнику. [c.264]
Эффект близости совместно с поверхностным эффектом способствует высокой интенсивности нагрева поверхностного слоя свариваемой детали.
[c.264]
Высокочастотная сварка (индукционная, радиочастотная) — это способ сварки давлением, при котором кромки деталей нагреваются током высокой частоты до температуры оплавления. Плотность тока высокой частоты, протекающего по металлическому телу, максимальна на поверхности тела и резко уменьшается по мере удаления вглубь тела. Это явление называют поверхностным эффектом. Кроме того, токи высокой частоты, протекающие в двух параллельных проводниках в противоположных фазах, стремятся сблизиться. Это явление называют эффектом близости. [c.264]
Нагрев деталей при высокочастотной сварке производят с помощью индуктора, располагаемого у свариваемого стыка и генерирующего в свариваемых кромках индукционные токи, или с помощью двух скользящих по поверхности детали электродов. В обоих случаях эффект близости и поверхностный эффект позволяют обеспечить нагрев только в поверхностных слоях соединяемых кромок глубиной [c.264]
Электроннолучевая пушка 251 Эффект близости 264
[c.
395]
Особенностью высокочастотного метода нагрева является выделение тепловой энергии в массе нагреваемого материала и возможность значительной концентрации электромагнитной энергии токов высокой частоты в поверхностных слоях нагреваемого металла вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости. [c.49]
Кроме поверхностного эффекта, для целей высокочастотной сварки используется так называемый эффект близости. Сущность [c.50]
В настоящее время разработана технология и аппаратура для контактной высокочастотной сварки труб с использованием эффекта близости. Схема сварки представлена на рис. 37. [c.50]
Токоподводящие контакты, скользящие или вращающиеся, подводят ток высокой частоты к кромкам сформированной трубной заготовки. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости ток сосредоточивается на поверхностях сходящихся кромок.
Трубная заготовка с разогретыми до необходимой температуры кромками поступает в обжимные валки, где и происходит сварка.
[c.50]
При виесенин внутрь индуктора нагреваемого объекта концентрация тока усиливается за счет эффекта близости, поскольку пн- [c.53]
| Рис. 1-3. Картина магнитного поля и распределения тока при эффекте близости а — одинаково направленные токи, 6 — нстречно направленные токи |
Например, если индутстор представляет собой кольцо, охватывающее нагреваемую деталь, то в детали индуктируется тол, путь которого имеет также кольцевую форму. Ток концентрируется в полосе, по ширине мало отличающейся от ширины индуктора. 1
[c.14]При сравнении собственных активных сопротивлений индукторов для нагрева внешних и внутренних поверхностей видно, что в последнем случае оно несколько меньше, так как вследствие проДивоположного действия кольцевого эффекта и эффекта близости сечение провода используется лучше. Однако это не компенсирует разобранных отрицательных следствий кольцевого эффекта. Для того чтобы такие индукторы имели достаточно высокий электрический к. п. д., необходимо применять зазоры не более 2—3 мм, а при диаметрах, меньших 50 мм, зазор должен составлять около 1 мм. [c.103]
Если токи в близлежащих проводниках направлены в одну сторону (например, в соседних витках катушек многовитковых индукторов), линии токов как бы расталкиваются, и максимальная плотность получается на наиболее удалённых друг от друга участках.
На фиг. 20 схематически показано проявление эффекта близости при индукционном нагреве стального цилиндра в поле двухвиткового индуктора. В участках 3 цилиндра 1 возле токонесущих трубок индуктора 2 происходит выделение основной массы тепловой энергии, приводящее к неравномерному нагреву цилиндра.
[c.169]
158]На рис. 5.38 представлена одна из схем высокочастотной сварки продольного стыка трубы. Токопроводящие контакты / подводят ток высокой частоты к кромкам сформированной из ленты трубной заготовки 2. Возникающий вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости ток концентрируется на стыкуемых поверхностях кромок и нафевает их. В местах контакта стыкуемых кромок (точка А) температура достигает 1200. .. 1300 °С. Трубная заготовка непрерывно подается в валки 3, которые придают ей необходимую степень обжатия. Вследствие большой интенсивности нагрева (8. .. 150) 10 °С/с скорость сварки может достигать десятков и даже сотен метров в минуту, что значительно больше, чем при контактной, шовной или дуговой сварке. [c.264]
При одинаковой радиочастоте удельная мощность, поглощаемая сталью, приблизительно в восемь раз выше мощности, поглощаемой при тех же условиях медью, что обусловлено малой величиной магнитной проницаемости для немагнитных материалов (ц ).
Поэтому немагнитные материалы нагреваются токами высокой частоты намного медленнее, чем ферромагнитные. В немагнитных металлах нагреваемый поверхностный слой расплывчатый и более toл тый, чем в магнитных. Скорость нагрева металлов в индукцион-йом поле зависит от характера электрического тока (частота, напряженность поля, эффект близости н др.), а для ферромагиит-
[c.235]
Снижение потерь электрической энергии в ш и н о п р о в о-д а X можно получить за счет уменьшения активного сопротивления и частично индуктивного сопротивления, вызываемого эффектом близости шинолроводоз . Это достигается соответствующим расположением шин и конфигурацией шшнкп о пакета (2—4 полосы в пакете), применением спаренных фаз или бифилятсра и др. [c.50]
Эффект близости
Содержание:
Эффект близости
Эффект близости. До сих пор рассматривалось прохождение переменного тока через изолированные проводники.
Конечно, если рядом с проводником имеется другой проводник тока, поле которого исследуется, второй проводник будет влиять на изображение поля первого проводника.
- В результате этого эффекта активное сопротивление отдельного провода в принципе увеличивается по сравнению с активным сопротивлением изолированного провода. Влияние соседнего проводника с током
на резистивный комплекс исследуемого проводника называется эффектом близости. Людмила Фирмаль
Рассмотрим эффект близости на примере двух спущенных шин, которые находятся близко друг от друга (Рисунок 476). Один автобус подключен напрямую, а другой — наоборот. •
Если расстояние между шинами 2d находится в том же порядке, что и толщина шины (2a), и намного меньше высоты / t, в некоторых приближениях магнитное поле в пространстве между шинами может быть в два раза больше магнитного поля. Будет показано.
- Одна шина в непосредственной близости от шины.
А вне шины магнитное поле равно нулю. Чтобы подтвердить это, мы будем использовать принцип суперпозиции. Сплошная стрелка 476 на фигуре представляет напряженность электрического поля от левой шины и пунктирную линию справа.
А вне шины магнитное поле равно нулю. Чтобы подтвердить это, мы будем использовать принцип суперпозиции. Сплошная стрелка 476 на фигуре представляет напряженность электрического поля от левой шины и пунктирную линию справа.В промежутке между шинами напряжение складывается и вычитается снаружи. В результате напряженность магнитного поля в пространстве между шинами составляет f = 2. ~ = Y
и напряженность магнитного поля вне шины равна нулю. Людмила Фирмаль
Найти постоянную интегрирования по формуле f == Для r — от 0-CLe до pa C2 Pera. 1 z = a- = CrPa- *) -C2e в год. Следовательно, f] = — (epn + pze -pa-pz \ -Tl2. S * 1 AЛ.2 $ 112 » h sh3pa и электрическое поле v_L ch p <n + *) h sh3р r значение из -a
Используя a, вы можете использовать вышеприведенное уравнение, чтобы создать кривую с модулем uli и изменить ее как функцию от z. Такие кривые качественно показаны на рисунке. 477. Для правильной шины кривая создается на основе симметрии воли.
Рассмотрим числовой пример внутри одной шины рyhtt \ 2pa ‘. Две идентичные шины (h -2 см, 2a = 0,1 см), одна из шин — прямая, а другая — обратная, с одной шиной на единицу длины с учетом эффекта близости
Рассчитайте комплекс сопротивления и сравните его с сопротивлением одной изолированной шины (без эффекта близости): th 2p = * z’74 + ‘8-pL’ £ = 1 04 e «~ / 1 ° 30 *. Ch 3.74 4-cos 214 ° результат, = P: = 1870 U2-e’No ° = 22d, j0-4, e7 <6 »30 ‘. YyP12ra 5.6. 107.0.02. 1 04. e ‘- / ° 30’ /? = 15,7.10 Ом / м; внутри = 16 34.10’4 Ом / м.
Поэтому влияние второй шины на поле первой шины заключается в том, что активное сопротивление одной шины увеличилось с 9,5 • 10 «4 до 15,7 • 10» 4 Ом / м.
В дополнение к удельному сопротивлению самой шины, для определения комплексного сопротивления единичной длины контура, образованного двумя шинами, также следует учитывать индуктивное сопротивление, обусловленное магнитным потоком, проходящим через пространство между шинами.
», например, 2b-0,4 см: 1,256-10-6, 10B, z ‘extern = 2,51 • 10, длина линии, составленная из двух шин предыдущей задачи 1
Найти комплекс сопротивления на м ~ 2 (Ом / м), 0,02 Zn0AH = 3,14. 10 -3+ / 28,4. 10 «3 Ом / м. В заключение отметим, что в Приложении B рассматривается вопрос о влиянии поверхности на цилиндрические проволоки.
Смотрите также:
21. Поверхностный эффект или почему на высоких частотах используются полые проводники. | Электрик VShch
Значение сопротивления одного и того же проводника переменному току может быть больше значения сопротивления постоянному току. Постоянный ток распределяется по сечению проводника практически равномерно. Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника к его поверхности. Плотность переменного тока в поверхностных слоях проводника всегда выше, чем во внутренних. Неравномерное распределение плотности тока вызывает неполное использование сечения проводника и приводит к увеличению его сопротивления.
Это называется поверхностным эффектом, или скин-эффектом.
Сопротивление проводника переменному току называют активным сопротивлением, а сопротивление, которое оказал бы этот проводник постоянному току, омическим. Отношение активного сопротивления проводника Rа к его омическому сопротивлению Rо называется коэффициентом поверхностного эффекта kп (kп= Rа/ Rо).
Явление поверхностного эффекта сказывается тем сильнее, чем больше диаметр провода, его удельная проводимость, магнитная проницаемость и чем выше частота переменного тока. Явление скин-эффекта становится очень заметным на достаточно высоких частотах, когда из-за вытеснения токов высокой частоты к поверхности проводника работает очень тонкий слой поверхности, а внутри проводника ток отсутствует. При радиочастотах порядка сотен килогерц поверхностный эффект в медных проводах сказывается настолько сильно, что применять сплошные провода оказывается нецелесообразно.
Это не даст никакого увеличения проводимости, вот почему в этом случае используются полые тонкостенные проводники (трубки). Благодаря явлению скин-эффекта высокочастотные токи оказываются менее опасными для человека, чем низкочастотные.
При стандартной частоте 50 Гц в медных проводах диаметром до 22 мм и алюминиевых диаметром меньше 30 мм, увеличением сопротивления вследствие поверхностного эффекта практически можно пренебречь. Поэтому в расчётах таких сетей активное сопротивление проводов принимают равное их омическому сопротивлению (сопротивлению постоянному току). Поверхностный эффект в стальных проводах, из-за большой магнитной проницаемости, выражен намного сильнее по сравнению с медными и алюминиевыми проводами. С увеличением тока в стальных проводах повышаются потери на гистерезис (перемагничивание). Активное сопротивление стальных проводов определяют по экспериментальным кривым или таблицам.2 из меди).
При передаче больших мощностей на значительные расстояние применяются линии постоянного тока, который не подвержен воздействию поверхностного эффекта.
Российская система электрообогрева на основе скин-эффекта одобрена Европейским союзом
22 июня 2018
Российский производитель систем электрообогрева и исполнитель программы импортозамещения ОКБ «Гамма» получил второй сертификат соответствия взрывозащищенного электрооборудования ATEX Европейского союза.
ОКБ «Гамма» (входит в ГК «ССТ») получило первый сертификат ATEX на линейку саморегулирующихся кабелей в декабре 2017 года. В июне 2018 года независимый орган по сертификации DEKRA Certification выдал сертификат ATEX на скин-систему (ИРСН-15000), подтверждающий безопасность применения данного решения в странах Европы в условиях взрывоопасных сред для поддержания температуры транспортируемого продукта, защиты от замерзания и стартового разогрева трубопроводов большой длины, в том числе на объектах нефтегазового комплекса.
Индукционно-резистивная система обогрева или скин-система — единственная технология, способная обогреть 60 км трубопровода с подачей питания с одного конца и трубопровод любой длины при наличии сопроводительной питающей сети. Решение подходит для наземной, подземной и подводной прокладки.
Первым в 1963 году использовать скин-эффект для обогрева предложил японец Масао Андо. В настоящий момент в мире всего четыре компании владеют технологией производства систем электрообогрева на основе скин-эффекта. Их изготавливают в Японии, США и России.
Группа компаний «Специальные системы и технологии» — единственный российский производитель систем электрообогрева на основе скин-эффекта. Начиная с 2002 года на десятках объектов, как в России, так и за рубежом, успешно эксплуатируются системы на основе скин-эффекта ГК «ССТ». Общая протяженность трубопроводов, обогреваемых российскими скин-системами, составляет более 1000 км. Среди крупных реализованных проектов — химический завод Kumho Mitsui (Корея), нефтяной терминал Vopak Horizon Fujairah Limited (Объединенные Арабские Эмираты), Харьягинское, Бованенковское и Ванкорское нефтяные месторождения (Россия), Таманский нефтяной терминал (Россия), магистральный нефтепровод «Заполярье – Пурпе» (Россия).
Нагревательный элемент системы ИРСН–15000 устанавливается непосредственно на транспортный трубопровод и состоит из стальной трубы и проложенного в ней изолированного проводника из меди или алюминия. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания. Токи проводника и трубы направлены встречно, и в системе возникают эффект близости и поверхностный эффект (скин-эффект).
Индукционно-резистивная система производства ОКБ «Гамма» благодаря своей конструкции обладает экономичностью, высокой рабочей температурой (до 200 °C), простотой монтажа, высокой механической прочностью и электробезопасностью. Наружная поверхность нагревательного элемента заземлена и имеет нулевой потенциал относительно земли. Безопасность применения ИРСН–15000 во взрывоопасных средах подтверждена сертификатами соответствия требованиям Технического регламента Таможенного союза, а также Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору. Признанием высокой степени взрывобезопасности системы на основе скин-эффекта является получение ОКБ «Гамма» сертификата ATEX № DEKRA 18ATEX033 X.
ATEX — директивы Евросоюза, описывающие требования к оборудованию и работе в условиях потенциально взрывоопасных сред и направленные на защиту персонала. Выдача сертификата позволяет маркировать продукцию единым знаком соответствия CE и знаком взрывозащищенности.
DEKRA Certification — ведущая международная компания, оказывающая услуги по аудиту и сертификации в области качества, безопасности, экологии и охраны труда. Поле деятельности DEKRA – это экспертная оценка систем менеджмента, а также испытания, производственные инспекции и сертификация различных видов продукции.
Назад
Сварка токами высокой частоты: схема, способы, принцип работы
При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) изделие перед сварочным узлом формируется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам индуктором (рис.1, а) или с помощью вращающегося контактного ролика (рис. 1, б) подводится ток высокой частоты — так, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения.
Возникают поверхностный эффект и эффект близости, который усиливается по мере сближения кромок. Концентрация тока в месте схождения кромок повышается, и они разогреваются. Нагретые кромки обжимаются валками и свариваются.
Рис. 1. Схема высокочастотной сварки труб с индукционным (а) и контактным (б) способами подвода тока: 1 — индуктор; 2 и 3 — контакты; 4 — ферритовый стержень; 5 — сжимающие ролики; 6 — труба; 7 — направляющий ролик.
Качество сварного соединения и расход электроэнергии обусловлены особенностями протекания тока высокой частоты по проводникам.
Поверхностный эффект при сварке ТВЧ
При протекании тока по проводнику проявляется поверхностный эффект. Он заключается в неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника: у наружной поверхности проводника наибольшая плотность тока. При высокой частоте ток проходит лишь по тонкому поверхностному слою проводника. Поверхностный эффект существенно увеличивает активное сопротивление проводников, а выделяющаяся энергия концентрируется в поверхностных слоях нагреваемого изделия.
Эффект близости при ТВЧ
Эффект близости проявляется при протекании переменного тока в системе проводников. При этом проводники должны быть расположены таким образом, чтобы каждый из них находился не только в собственном переменном магнитном поле, но и в поле других проводников. Тогда ток по периметру проводников располагается так, что его плотность в близлежащих точках проводников максимальная, а в наиболее удаленных — минимальная. Это и называют эффектом близости. Чем меньше расстояние между осями проводников и чем больше радиус сечения проводника, тем сильнее проявляется эффект близости.
Похожие статьи
Плазменная сваркаДля плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000 °С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.
Газовая сваркаГазопламенная обработка металлов — это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем.
Электронно-лучевая сварка использует кинетическую энергию потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.
Сварка трениемСварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.
Лазерная сваркаПри облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора — лазера.
Холодная сваркаХолодная сварка — способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре, без нагрева внешними источниками.
ОСНОВЫ КАБЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В КАБЕЛЕ
ОСНОВЫ КАБЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В КАБЕЛЕ
Потери в металлических оболочках (экранах) небронированных кабелей
СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ СО СШИТОЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Марка кабеля АПв. П 2 г
СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ С ПРОПИТАННОЙ БУМАЖНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ААБ 2 л
КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ НА 110 к. В
ПЕРЕХОД КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ В ВОЗДУШНУЮ
Потери в металлических оболочках (экранах) небронированных кабелей 1 – генератор, 2 – токопроводящая жила кабеля, 3 – оболочка (экран) кабеля, 4 – приемник электроэнергии, 5 — заземление
Трехфазная система с изолированной нейтралью: 1 – генератор; 2 –токопроводящая жила кабеля 3 – изоляция; 4 – экран; 5 – перемычки; 6 – приемник электроэнергии
Два одножильных кабеля: 1 – генератор; 2 – токопроводящая жила кабеля 3 – изоляция; 4 – экран; 5 – перемычки; 6 – приемник электроэнергии
Замена экрана проводником: 1 – токопроводящая жила кабеля; 2 – перемычки; 3 –проводник равного сечения; rэ – расстояние от жилы до экрана; h – расстояние от жилы до соседнего экрана
Эквивалентная схема: Iж – ток в жиле; Iэ – ток в экране; rэ – расстояние от жилы до экрана; r – текущий радиус; h – расстояние от жилы до соседнего экрана; L – длина кабельной линии; B – вектор магнитной индукции
S – площадь контура 1– 2– 3– 4 Магнитный поток, который пронизывает контур 1– 2– 3– 4, равен потокосцеплению, так контур имеет один виток. По длине контура L магнитная индукция B не изменяется, поэтому : rэ – радиус экрана, h – расстояние от жилы до соседнего экрана
Подставим – магнитная проницаемость среды, 0 = 4 10 -7 Гн/м – магнитная постоянная. : I = Iж Распишем H как .
По определению коэффициент взаимной индукции между контуром 5– 6– 7– 8 и контуром 1– 2– 3– 4 .
Наводимая в контуре за счет взаимной индуктивности ЭДС где Em, Im – амплитуда ЭДС и тока, – циклическая частота, t – время.
Возьмем производную Подстави м Опустим индекс m и заменим I = Iж.
ЭДС возникнет также и от жилы 3– 4 Ток экрана Iэ также создает ЭДС Ток Iэ вызовет падение напряжения в экране равное Тогда по закону Кирхгофа.
Откуда модуль тока .
Найдем отношение Iэ/ Iж Возведем в квадрат ,
Определим отношение потерь в экране Pэ к потерям в жиле Pж: .
Потери в металлических оболочках бронированных кабелей Одножильный бронированный кабель с металлической оболочкой: 1 – ленточная броня; 2 – металлическая оболочка; 3 – токопроводящая жила
– радиус оболочки rбр – радиус брони бр – толщина брони rоб
Эквивалентная схема бронированного кабеля: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – нагрузка; 4 – броня; 5 – генератор
Сопротивление токопроводящей жилы переменному току Сопротивление токопроводящей жилы постоянному току где ρ20 – удельное сопротивление при 20 ºС; L – длина токопроводящей жилы; Sж – сечение жилы; α – температурный коэффициент сопротивления; kу – коэффициент укрутки.
Электрические удельные сопротивления и температурные коэффициенты удельных сопротивлений Материал Медь Алюминий Свинец Сталь Бронза Нержавеющая сталь ρ20, Ом·мм 2/м α, 1/˚С 0, 0172 0, 0283 0, 214 0, 138 0, 035 0, 7 0, 00393 0, 00403 0, 0045 0, 003 –
Воспользуемся основными уравнениями электромагнитного поля: B – вектор магнитной индукции; H – напряженность магнитного поля; D – вектор электрического смещения; μ – магнитная проницаемость; γ – проводимость; t – время.
Плотность токов смещения в проводнике мала по сравнению с плотностью токов проводимости, поэтому
Из курса математики известно: Внутри проводника нет объемных зарядов, поэтому
Подобным образом можно получить уравнения для магнитного поля:
Напряженность поля изменяется по синусоидальному закону: Дифференцируем уравнения
Возьмем уравнение Подставим в него Получим
Рассмотрим напряженность электрического поля только вдоль оси x: Составим характеристическое уравнение: где k – корень характеристического уравнения. Обозначим Подставим
Будем искать решение уравнения в виде Коэффициент A = 0, так как в противном случае E возрастает с глубиной z, поэтому Направление вектора напряженности электрического поля
Напряженность электрического поля изменяется во времени: Преобразуем по формуле Эйлера, взяв только действительную часть:
Плотность тока где j 0 = γB. Амплитуда плотности тока экспоненциальному закону, в e уменьшится на глубине 1/р. убывает по раз амплитуда
Из выражения С учетом без мнимой части имеем Сделаем промежуточные преобразования. Сопротивление жилы Откуда
Возьмем Подставим Обозначим x = krж, получим ω = 2πf
Для учета формы жилы вводятся коэффициенты kп (поверхностный эффект) и kб (эффект близости) № п/п 1 2 3 Заполнение жилы kп kб Круглая и секторная, многопроволочная Масло 1 0, 8 Круглая и секторная, многопроволочная Воздух 1 1 Сегменты изолированы 0, 435 0, 37 Тип жилы Круглая из сегментов
Сопротивление жилы переменному току вычисляется по формуле через коэффициенты yп = f(xп) (учитывает поверхностный эффект) и yб = =f(xб) (учитывает эффект близости): где h – расстояние между осями кабелей; dж – диаметр жилы.
Скин-эффект и эффект близости
Что такое скин-эффект?
Когда переменный ток течет по проводнику, он неравномерно распределяется по поперечному сечению проводника. Переменный ток имеет тенденцию концентрироваться у поверхности проводника. Это явление в переменных токах называется скин-эффектом . Из-за скин-эффекта ток концентрируется между внешней поверхностью проводника и уровнем, называемым скин-фактором (скин-толщина обозначена ẟ на следующем рисунке).Если частота переменного тока очень высока, ток ограничивается очень тонким слоем около поверхности проводника. Скин-эффект усиливается с увеличением частоты.Из-за скин-эффекта эффективное сечение проводника, по которому протекает ток, уменьшается. Следовательно, эффективное сопротивление проводника немного увеличивается.
Причина скин-эффекта
Представьте себе сплошной проводник, разделенный на большое количество жил, каждая из которых несет небольшую часть тока.Индуктивность каждой жилы будет варьироваться в зависимости от ее положения. Пряди, расположенные в центре, будут окружены большим магнитным потоком и, следовательно, будут иметь большую индуктивность, чем пряди у поверхности. Более высокая индуктивность (и, следовательно, более высокое реактивное сопротивление) внутренних жил заставляет переменный ток течь через жилы с более низким реактивным сопротивлением, то есть вблизи поверхности.Скин-эффект зависит от следующих факторов:
- Материал проводника: более качественные проводники и ферромагнитные материалы имеют более высокий скин-эффект
- Площадь поперечного сечения проводника: скин-эффект увеличивается с увеличением площади поперечного сечения
- Частота: увеличивается с увеличением частоты
- Форма жилы: скин-эффект для многожильных проводов меньше, чем для одножильных
Эффект близости
Когда два или более проводника переменного тока расположены близко друг к другу, тогда на распределение тока в каждом проводнике влияет изменяющееся магнитное поле друг друга.Изменяющееся магнитное поле, создаваемое переменным током, вызывает вихревые токи в соседних проводниках. Из-за этого, когда соседние проводники проводят ток в одном направлении, ток концентрируется на самой дальней стороне проводников. Когда соседние проводники переносят ток в противоположном направлении друг к другу, ток концентрируется в ближайших частях проводников. Этот эффект называется Эффект близости . Эффект близости также увеличивается с увеличением частоты.Эффективное сопротивление проводника увеличивается из-за эффекта близости. И скин-эффект, и эффект близости отсутствуют в случае постоянного тока, поскольку частота постоянного тока равна нулю.[Также читайте: Эффект короны]
Что такое эффект близости? Определение и факторы, влияющие на него
Определение: Когда по проводникам проходит высокое переменное напряжение, токи неравномерно распределяются по площади поперечного сечения проводника. Этот эффект называется эффектом близости.Эффект близости приводит к увеличению кажущегося сопротивления проводника из-за присутствия других проводников, по которым проходит ток, поблизости от него.
Когда два или более проводника расположены рядом друг с другом, их электромагнитные поля взаимодействуют друг с другом. Благодаря этому взаимодействию ток в каждом из них перераспределяется таким образом, что большая плотность тока концентрируется в той части жгута, которая наиболее удалена от мешающего проводника.
Если проводники переносят ток в одном направлении, то магнитное поле половин проводников, которые расположены близко друг к другу, нейтрализует друг друга, и, следовательно, ток не течет через эту половинную часть проводника.Ток скапливается в удаленной половине проводника.
Когда по проводникам переносится ток в противоположном направлении, тогда проходит близкая часть проводника, тем больше ток и магнитное поле удаленной половины проводника компенсируют друг друга. Таким образом, в удаленной половине проводника ток равен нулю, а в более близкой части проводника наблюдается скопление.
Если по поверхности проводника течет постоянный ток, то ток равномерно распределяется по площади поперечного сечения проводника.Следовательно, на поверхности проводника не возникает эффекта близости.
Эффект близости важен только для проводов сечением более 125 мм. 2 . Чтобы учесть этот факт, необходимо применять поправочные коэффициенты.
Если R dc — нескорректированный уровень постоянного тока в сердечнике
Y s — коэффициент скин-эффекта, т.е. дробное приращение сопротивления с учетом скин-эффекта.
y p — коэффициент эффекта близости, т.е. дробное приращение сопротивления учету скин-эффекта.
R e — эффективное или скорректированное омическое сопротивление жилы.
С учетом эффекта близости сопротивление проводника по переменному току становится равным
. Сопротивление R dc известно из многожильных таблиц.
Факторы, влияющие на эффект близости
Эффект близости в основном зависит от таких факторов, как материал проводника, диаметр проводника, частота и структура проводника. Факторы подробно описаны ниже
- Частота — Близость увеличивается с увеличением частоты.
- Диаметр — Эффект близости усиливается с увеличением проводника.
- Структура — Этот эффект больше для сплошного проводника по сравнению с многожильным проводником (например, ASCR), потому что площадь поверхности многожильного проводника меньше, чем у сплошного проводника.
- Материал — Если материал состоит из высокоферромагнитного материала, то эффект близости больше проявляется на их поверхности.
Как уменьшить эффект близости?
Эффект близости можно уменьшить, используя провод ACSR (алюминиевый сердечник, армированный сталью).В проводнике ACSR сталь размещается в центре проводника, а алюминиевый проводник располагается вокруг стальной проволоки.
Сталь повысила прочность проводника, но уменьшила площадь поверхности проводника. Таким образом, ток течет в основном во внешнем слое проводника, а в центре проводника ток не проходит. Таким образом снижается влияние близости на проводник.
Скин-эффект и эффект близости, Электротехника, Элемент энергосистемы, EPS, конспект лекций, pdf
Скин-эффект
Скин-эффект — это тенденция к протеканию переменного тока (AC) в основном вблизи внешней поверхности твердого электрического проводника, такого как металлический провод, на частотах выше звукового диапазона.Эффект становится все более очевидным по мере увеличения частоты.
Основная проблема со скин-эффектом заключается в том, что он увеличивает эффективное сопротивление провода переменного тока на средних и высоких частотах по сравнению с сопротивлением того же провода при постоянном токе (DC) и низких частотах переменного тока. Эффект наиболее заметен в радиочастотных (РЧ) системах, особенно в антеннах и линиях передачи. Но это также может повлиять на производительность высококачественного звукового оборудования, вызывая затухание в высокочастотном диапазоне (самые высокие компоненты звука).
Эффект скин-эффекта можно уменьшить, если использовать многожильный, а не сплошной провод. Это увеличивает эффективную площадь поверхности проволоки для данного калибра проволоки. Следует избегать луженой проволоки, потому что олово имеет более высокое сопротивление, чем медь. В больших антенных решетках RF вместо сплошных стержней можно использовать полые трубки с небольшой потерей эффективности или без нее; в этом отношении скин-эффект является преимуществом. Это также работает в пользу использования стальной проволоки, плакированной медью, для более скромных антенн. Такая проволока механически прочнее, чем сплошная или многопроволочная медь, поскольку сталь имеет более высокий предел прочности на разрыв, чем медь.Из-за скин-эффекта большая часть тока проходит через медную оболочку, которая является лучшим проводником электричества, чем сталь.
Скин-эффект возникает при коротких импульсах тока по тем же причинам, что и при высоких частотах переменного тока. Это может спасти жизни. Если вы попали под ливень, вы можете укрыться в машине или другом металлическом транспортном средстве и быть в относительной безопасности, даже если вы пострадали от прямого попадания. Скин-эффект заставляет практически весь ток течь по внешней стороне автомобиля, когда он проходит от облака к земле.
Эффект близости
Возникает эффект близости линии скин-подобных эффектов неравномерного распределения тока по поперечному сечению провода. Скин эффекты спят, кабеля нет рядом с другим проводником. Но если оба из двух параллельных проводящих проводов находятся в Магнитном потоке между ними. Эффект удаленной половины стороны потока на половине стороны, чем ждать в очереди. Если обратный ток не задействован, он увеличивает оба провода около плотности смородины.С другой стороны, если в удаленных частях тока плотность однонаправленного тока увеличивается. Такое событие (явление) Эффекта близости. Это зависит от: —
A. Материал проводника.
B. Диаметр проводника.
C. Частота
D. Структура проводника (многожильный / одножильный).
E. Фармацевтика и т. Д.
Если линия, параллельная увеличению частоты и фармации, проявляется в эффекте близости.Расстояние между проводниками и для увеличения его использования эффекта близости многожильного уменьшают и устраняют смородину.
Эффект близости для дорожек печатной платы проявляется на довольно низких частотах порядка нескольких мегагерц. Ниже этой частоты магнитные силы из-за изменения токов в следах слишком малы, чтобы влиять на характер протекания тока. На низких частотах ток в печатной плате следует по пути наименьшего СОПРОТИВЛЕНИЯ. Путь наименьшего сопротивления для тока, протекающего по дорожке печатной платы, заполняет ее объем, равномерно протекая по проводнику.Путь наименьшего сопротивления для того же самого тока, когда он возвращается к своему источнику через плоскости питания и / или заземления, распространяется на широкий плоский лист, стремясь занять как можно большую площадь поверхности плоскостей на обратном пути. к источнику. Это путь наименьшего СОПРОТИВЛЕНИЯ.
Выше нескольких мегагерц магнитные силы становятся ОЧЕНЬ значительными, и структура тока меняется. Выше нескольких мегагерц ИНДУКТИВНОСТЬ дорожек и плоскостей становится гораздо более важной, чем их сопротивление, и ток течет по пути наименьшей ИНДУКТИВНОСТИ.Мы можем сформулировать общий принцип наименее индуктивного протекания тока несколькими эквивалентными способами:
- Ток на высоких частотах распределяется, чтобы нейтрализовать все внутренние магнитные силы, которые в противном случае изменили бы характер протекания тока.
- Говоря более техническим языком, составляющая магнитного поля, нормальная к (хорошему) проводнику, равна (почти) нулю. (Если нормальная составляющая отлична от нуля, в проводнике накапливаются вихревые токи, чтобы нейтрализовать нормальную составляющую поля).
- Что касается минимальной потенциальной энергии, ток на высоких частотах распределяется по той схеме, которая сводит к минимуму общую накопленную энергию магнитного поля.
- Что касается индуктивности, ток на высоких частотах распределяется по той схеме, которая сводит к минимуму общую индуктивность контура, образованного исходящим и возвращаемым токами.
- Ток в двух круглых параллельных проводах неравномерно распределяется по проводникам.Магнитные поля от каждого провода влияют на ток, протекающий в другом, что приводит к слегка неравномерному распределению тока, что, в свою очередь, увеличивает кажущееся сопротивление проводников. В случае параллельных круглых проводов мы называем это эффектом близости.
Скин-эффект и эффект близости
Как скин-эффект, так и эффект близости увеличивают потери в любом проводнике с изменяющимся во времени током.
Эффект кожи:
Когда через проводник проходит постоянный ток, распределение тока по поперечному сечению проводника равномерное.Это происходит только с постоянным током (DC). Когда переменный ток (AC) протекает через проводник, распределение тока по поперечному сечению проводника неоднородно. В этом состоянии плотность тока выше на поверхности проводника по сравнению с плотностью тока в его центре. По мере увеличения частоты этот эффект становится более выраженным. Этот эффект называется «скин-эффектом» .
Если мы сравним потери мощности в проводнике с заданным среднеквадратичным значением переменного тока с тем же значением постоянного тока, потери мощности будут высокими в случае переменного тока.Это происходит из-за того, что эффективное сопротивление проводника больше для переменного тока, чем для постоянного тока.
Подобно скин-эффекту, еще один эффект, вызывающий неравномерное распределение тока в проводнике. Этот эффект известен как «эффект близости » .
Эффект близости:
Когда высокое переменное напряжение проходит от проводника, распределение тока в проводнике неоднородно. Этот эффект известен как эффект близости.
Давайте возьмем пример, в системе передачи два или более проводов, расположенных рядом друг с другом.В этом состоянии их электромагнитные поля взаимодействуют друг с другом. Из-за этого взаимодействия плотность тока не одинакова по всей площади поперечного сечения. Плотность тока минимум на обоих дальних концах проводника. Таким образом, в этой области будет протекать большее количество тока. (это происходит, когда направление тока одинаково в обоих проводниках.)
Теперь рассмотрим два проводника, размещенные, как показано на рисунке ниже. Как показано на рисунке, каждый проводник разделен на участки равной площади сечения.Здесь мы разделим оба проводника на три секции. Эти три секции образуют три параллельные петли: AA ’, BB’ и CC ’. Поток связи в петле AA ’наименьший и увеличивается для дальнейших петель BB’ и CC ’. Плотность тока в проводнике самая высокая во внутреннем контуре AA ’и самая низкая — во внешнем контуре CC’. Если расстояние между двумя проводниками меньше, в этом случае эффект близости становится серьезным. В случае воздушной линии электропередачи расстояние между двумя проводниками больше.Итак, здесь можно пренебречь эффектом близости. Но в случае с подземной ЛЭП расстояние между двумя проводниками меньше. Таким образом, в случае подземной линии электропередачи эффект близости очень велик.
Как скин-эффект, так и эффекты близости зависят от размера проводника, частоты, расстояния между проводниками и проницаемости материала проводника.
1472 просмотров всего, 1 просмотров сегодня
Близость и скин-эффект в линии передачи
Постоянный постоянный ток, протекающий по проводникам, равномерно распределяется по всему поперечному сечению проводника.Однако переменный ток, протекающий по проводнику, не распределяется равномерно, скорее, он имеет тенденцию концентрироваться около поверхности проводника, как показано на рисунке. Это известно как скин-эффект в линии передачи .
Таким образом, тенденция переменного тока к концентрации около поверхности проводника известна как скин-эффект в линии передачи.
Из-за скин-эффекта эффективная площадь поперечного сечения проводника, по которому должен проходить ток, уменьшается.Это увеличивает сопротивление проводника при прохождении переменного тока. Причина скин-эффекта в линии передачи объясняется ниже:
Обычно используется многожильный провод, и каждая прядь несет небольшую часть тока. Каждая жила проводника около центра окружена большим магнитным потоком и, следовательно, имеет большую индуктивность, чем жила у поверхности. Высокое реактивное сопротивление (противодействие) внутренних стоек ограничивает поток тока в центре и заставляет его течь вблизи поверхности проводника, что создает скин-эффект.
Как уменьшить скин-эффект в линии передачи
Скин-эффект в ЛЭП зависит от следующих факторов:
- Тип материала.
- Диаметр проволоки — Скин-эффект увеличивается с увеличением диаметра проволоки.
- Форма провода — скин-эффект для многожильного проводника меньше, чем для сплошного.
- Частота — скин-эффект усиливается с увеличением частоты.Когда частота равна нулю (постоянный ток), индуктивность отсутствует, и, следовательно, ток равномерно распределяется по всему поперечному сечению проводника. Без скин-эффекта. Здесь стоит упомянуть, что скин-эффект незначителен при меньшей частоте (ниже 50 Гц) и небольшом диаметре проводника (менее 1 см).
При правильном использовании этой информации скин-эффект может быть значительно уменьшен.
Что такое эффект близости в линиях электропередачи?
При скин-эффекте учитывался поток, возникающий в самом проводнике, и предполагалось, что поблизости нет другого проводника с током.Этот поток вызывает неравномерное распределение тока в проводнике, называемое скин-эффектом.
Однако в линиях передачи есть (один или два) проводника с током, расположенные рядом, и их магнитный поток соединяется с рассматриваемым проводником. Эффект этого потока больше в ближней половине проводника, чем в дальней.
Когда по проводникам проходят токи в противоположных направлениях, создаваемые поля будут иметь тенденцию вызывать увеличение плотности тока в соседних частях, тогда как, когда токи идут в тех же направлениях, плотность тока увеличивается в дальних частях дирижер.Это влияет на распределение тока в проводнике.
Таким образом, поток, создаваемый соседним проводником с током, влияет на распределение тока в проводнике. Этот эффект называется эффектом близости в линиях передачи. Следовательно, эффект близости в линиях передачи также приводит к увеличению сопротивления проводника.
Перестановка проводов в линиях передачи
Уже обсуждалось, что когда проводники трехфазной воздушной линии расположены симметрично, индуктивность и емкость трех фаз идентичны.
Однако из-за механических соображений часто желательно размещать проводники неравномерно (несимметричное расстояние). Индуктивность и емкость каждой фазы будут разными, если проводники трехфазной линии расположены неравномерно. Скорее, кажущееся сопротивление проводников также зависит от передачи мощности между фазами, которая происходит из-за взаимной индуктивности (эффект близости).
Таким образом, результатом такого неравномерного разнесения является то, что все константы линии передачи различны в трех фазах линии.Это вызывает разные падения напряжения в трех фазах и приводит к разным линейным напряжениям на приемном конце. Этого эффекта дисбаланса из-за неравномерного расстояния между проводниками можно избежать, изменив положение проводов на постоянных расстояниях. Это называется перестановкой проводников в линиях передачи.
Процесс изменения положения проводов (разнесенных несимметрично) трехфазной воздушной линии на постоянных расстояниях, чтобы сделать константы линии передачи трех фаз симметричными, называется перестановкой проводов в линиях передачи.
На практике проводники переставлены таким образом, что каждый из них занимает все три положения на одной трети общей длины линии. Положение трех проводников меняется через каждую треть длины линии.
Таким образом, для первой трети длины провода положение проводников — RYB, затем на следующей трети — BRY, а на оставшейся трети — положение YBR. Перестановка проводов также снижает индуктивные помехи для близлежащих цепей связи и, таким образом, уменьшает помехи.
Преимущества перестановки проводов в линиях электропередачи
Перестановка проводов ВЛ несимметричной линии имеет следующие преимущества:
- Он делает постоянные линии передачи трех фаз симметричными, что приводит к одинаковым падениям напряжения в трех фазах. Следовательно, на приемном конце доступны равные линейные напряжения.
- Уменьшает помехи в соседних цепях связи.
Скин-эффект в линии передачи | MCQ
1. В линии передачи распределенные константы равны
(a) только сопротивление и шунтирующая проводимость.
(b) только сопротивление и индуктивность.
(c) только сопротивление, индуктивность и емкость.
(d) сопротивление, индуктивность, емкость и шунтирующая проводимость.
Ответ: (d) сопротивление, индуктивность, емкость и шунтирующая проводимость.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
2.Скин-эффект зависит от
(а) Х-сечение жилы.
(б) частота питания.
(в) проницаемость материала проводника.
(d) все вышеперечисленное.
Ответ: (г) все вышеперечисленное.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
3. Скин-эффект в линии передачи связан с
(а) частота питания.
(б) собственная индуктивность проводника.
(в) высокая чувствительность материала в центре.
(d) и (а), и (б).
Ответ: (г) и (а), и (б).
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
4. Эффективное сопротивление проводника будет таким же, как омическое сопротивление, когда
(а) напряжение низкое.
(б) ток истинно синусоидальный.
(c) ток равномерно распределен в x-сечении проводника.
Ответ: (c) ток равномерно распределен в x-сечении проводника.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
5. При протекании переменного тока по проводнику
(а) весь ток проходит через сердечник проводника.
(b) часть проводника вблизи поверхности пропускает больший ток по сравнению с сердечником.
(c) ток остается равномерно распределенным по всему x-сечению проводника.
(d) часть проводника вблизи поверхности пропускает меньший ток по сравнению с сердечником.
Ответ: (б) часть проводника вблизи поверхности пропускает больший ток по сравнению с сердечником.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
6. Проводник проводит больше тока по поверхности по сравнению с его сердечником.Это явление получило название
(а) скин-эффект.
(c) Эффект Ферранти.
(б) корона.
(d) Эффект Ленца.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
7. Повышение частоты ЛЭП будет
(a) увеличить реактивное сопротивление шунта.
(б) уменьшить сопротивление линии.
(c) увеличить сопротивление линии.
(d) уменьшить последовательное реактивное сопротивление.
Ответ: (c) увеличьте сопротивление линии.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
8.Скин-эффект существует в
(а) кабель постоянного тока.
(b) только линия передачи постоянного тока.
(c) только линия передачи переменного тока.
(d) линии передачи постоянного и переменного тока.
Ответ: (c) только линия передачи переменного тока.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
9. Скин-эффект в проводнике усиливается
(а) на более высокой частоте.
(б) на более низкой частоте.
(c) при постоянном токе.
Ответ: (а) на более высокой частоте.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
10. Скин-эффект в проводнике приводит к
(a) увеличивает сопротивление постоянному току.
(б) уменьшение его сопротивления переменному току.
(c) увеличение его сопротивления переменному току.
Ответ: (c) увеличение его сопротивления переменному току.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
11. Скин-эффект
(a) увеличивает эффективное сопротивление и эффективное внутреннее реактивное сопротивление.
(b) снижает эффективное сопротивление и эффективное внутреннее реактивное сопротивление.
(c) увеличивает эффективное сопротивление, но снижает эффективное внутреннее реактивное сопротивление.
(d) снижает эффективное сопротивление, но увеличивает эффективное внутреннее реактивное сопротивление.
Ответ: (c) увеличивает эффективное сопротивление, но снижает эффективное внутреннее реактивное сопротивление.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
12. Скин-эффект проводника уменьшается с увеличением
(а) частота питания.
(б) удельное сопротивление материала проводника.
(в) Х-сечение жилы.
(г) проницаемость материала проводника.
Ответ: (б) удельное сопротивление материала проводника.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
13. Скин-эффект в проводнике пропорционален
(a) (диаметр жилы) 1/2 .
(б) диаметр жилы.
(c) (диаметр жилы) 2 .
(d) (диаметр жилы) 4 .
Ответ: (в) (диаметр жилы) 2 .
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
14. Для уменьшения скин-эффекта на ДМВ
(а) Используются медные трубки с серебряным покрытием.
(б) медные стержни с серебряным покрытием.
(в) используются анодированные проводники. Используются окрашенные проводники
(d).
Ответ: (а) используются медные трубки с серебряным покрытием.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТ
Система передачи
| Все сообщения
© https: // yourelectricalguide.ком / скин-эффект в ЛЭП.
Эффект близости — обзор
Толщина вторичной фольги и потери
Представленная ранее концепция глубины скин-слоя фактически представляет собой одиночный провод, свободно стоящий в пространстве. Для простоты мы просто проигнорировали тот факт, что поле от соседних обмоток может значительно влиять на распределение тока. На самом деле, даже кольцевая область, которую мы надеялись, будет полностью доступна для высокочастотного тока, это не . Каждая обмотка имеет связанное поле, и когда оно воздействует на соседние обмотки, распределение заряда изменяется и возникают вихревые токи (со своими собственными полями). Это называется «эффектом близости». Это может значительно увеличить сопротивление переменного тока и, следовательно, потери в меди в трансформаторе.
Первое, что нам нужно сделать, чтобы улучшить ситуацию, это сделать так, чтобы противолежащих линий потока компенсировали друг друга. В прямом преобразователе это фактически то, что имеет тенденцию происходить автоматически, потому что вторичные обмотки пропускают ток одновременно с первичной и в противоположном направлении.Однако даже этого может оказаться совершенно недостаточно, особенно на более высоких уровнях мощности, с которыми чаще всего ассоциируется прямой преобразователь. Таким образом, дальнейшее уменьшение этих потерь на близость достигается за счет перемежения , как показано на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9. Как уменьшаются потери близости за счет чередования.
В основном, разделяя разделы и пытаясь максимально приблизить первичный и вторичный уровни друг к другу , мы можем увеличить отмену локальных смежных полей.Фактически, мы пытаемся предотвратить накопление ампер-витков при переходе от одного слоя к другому. Обратите внимание, что ампер-витки пропорциональны местным полям, которые вызывают потери близости. Однако слишком много чередовать непрактично, потому что нам понадобится еще несколько слоев изоляции между первичными и вторичными частями, больше выводов, а также больше экранов EMI на каждом интерфейсе (при необходимости) — все это приведет к более высокой стоимости. и в конечном итоге приведет к возможно большей, а не меньшей утечке.Таким образом, большинство автономных источников питания средней мощности просто разделяют первичный источник на две секции, по одной с каждой стороны от односекционного вторичного .
Другой способ уменьшить потери — уменьшить толщину проводника. Но есть несколько способов сделать это. Если, например, мы возьмем обмотку, состоящую из одножильного провода, и разделим провод на несколько параллельных более тонких прядей таким образом, что общее сопротивление постоянному току не изменится в процессе , мы обнаружим, что переменный ток сопротивление сначала повышается, а затем снижается.С другой стороны, если мы возьмем обмотку из фольги и уменьшим ее толщину, сопротивление переменному току упадет, прежде чем снова возрастет.
На рисунке 3.9 мы также определили « p », слоев на порцию. Обратите внимание, как p изменяется при чередовании.
Но как на самом деле оценить потери? Доуэлл свел очень сложную многомерную задачу к более простой и одномерной. Основываясь на его анализе, мы можем показать, что существует оптимальная толщина для каждого слоя .Ожидается, что это намного меньше, чем 2 × δ , где δ — глубина скин-слоя, определенная ранее.
Примечание: В случае обратного хода мы проигнорировали эффект близости ради простоты. Но в любом случае, поскольку первичная и вторичная обмотки , а не проводят одновременно, чередование не поможет. Но перемежение по-прежнему выполняется в обратном направлении аналогично прямому преобразователю. Однако цель состоит в том, чтобы увеличить связь между первичной и вторичной обмотками и тем самым уменьшить индуктивность рассеяния.Однако это также увеличивает емкостную связь — если только заземленные экраны не размещены на интерфейсе первичный – вторичный. Экраны, как правило, полезны для уменьшения высокочастотного шума на выходе и подавления синфазных электромагнитных помех. Но они также увеличивают индуктивность рассеяния, что вызывает большую озабоченность, особенно в случае обратного хода. Учтите также, что экраны должны быть очень тонкими, иначе в них будут наблюдаться очень высокие потери на вихревые токи. Кроме того, концы внутреннего экрана не должны соединяться вместе, иначе они образуют закороченный виток в трансформаторе.
На рис. 3.10 мы изобразили уравнения Доуэлла в форме, применимой к кривой тока квадрат (однонаправленной) в трансформаторе с обмотками из фольги. Обратите внимание, что исходные кривые Доуэлла фактически отображают F R в сравнении с X . Но мы построили график F R / X в сравнении с X , где
Рисунок 3.10. Обнаружение самого низкого сопротивления переменному току, поскольку толщина фольги варьируется.
FR = RACRDC
и
X = hδ
h — толщина фольги. Причина, по которой мы не построили график F R и X , заключается в том, что F R — это только отношение сопротивления переменного тока к постоянному. Это не F R , но R AC , что мы действительно заинтересованы в минимизации .Таким образом, точка «оптимального R AC » не обязательно должна быть точкой самого низкого F R .
Давайте попробуем понять это для автономной фольги (аналогично тому, что мы сделали на рисунке 3.3). Если мы медленно увеличиваем толщину фольги, как только толщина фольги превысит 2 δ , сопротивление переменному току больше не изменится, поскольку площадь поперечного сечения, доступная для высокочастотного тока, остается ограниченной δ на каждую сторону фольги.Но сопротивление постоянному току продолжает уменьшаться на 1/ h — и в результате F R увеличится. Таким образом, взаимосвязь между R AC и F R не обязательно очевидна. Следовательно, поскольку F R = R AC / R DC , с R DC ∝1 / h , мы получаем R AC ∝ F R / h .И это то, что нам действительно нужно минимизировать (для фольги). Кроме того, поскольку нам всегда нравится записывать любой частотно-зависимый размер со ссылкой на глубину скин-фактора, мы построили график F R / X в сравнении с X на рисунке 3.10.
Обратите внимание, что на рис. 3.10 кривые p = 1 и p = 0,5 на самом деле не имеют «оптимума». Для них F R / X (сопротивление переменному току) можно сделать еще меньше, если мы увеличим X (толщину). F R фактически станет намного больше 1. Однако мы видим, что для p = 1, например, не происходит значительного снижения сопротивления переменному току, если X превышает примерно 2 , то есть толщину фольга, равная удвоенной толщине кожи. Мы можем сделать его толще, если захотим, но только для незначительного улучшения потерь во вторичной обмотке. Кроме того, в процессе мы также можем убрать доступную площадь для первичных обмоток (и любых других вторичных обмоток), что может привести к более высоким общим потерям. Хотя нас также предостерегают не заполнять все «доступное пространство» медью, особенно когда речь идет об обмотках (круглых) проводов . Это можно показать не только для увеличения F R , но и для R AC .
Теперь давайте применим полученные знания к нашему продолжающемуся числовому примеру. Начнем с того, что возьмем медную фольгу, дважды намотанную на катушку ETD-34 — чтобы сформировать 5-вольтовую Вторичную обмотку. Так как это чередуется по отношению к первичному, только один виток «принадлежит» каждой разделенной секции.Итак, слоев на часть для вторичного равняется p = 1. Мы просчитаем убытки и, если они будут приемлемы, останемся на достигнутом.
Мы можем начать с разумной плотности тока (здесь должно быть достаточно около 400 см / А). Мы используем
h = IO × Jcmils / A × 102width × 197,353 мм
, где h — толщина фольги в мм, I O — ток нагрузки (50 A в нашем примере) и «ширина ”- это ширина, доступная для медной полосы (20.9 мм для ЭТД-34).
В качестве альтернативы, мы можем напрямую обратиться к рисунку 3.10 и выбрать X из 2,5 для предполагаемого F R / X из 1,4. Таким образом,
h = X × δ = 2,5 × 0,185 = 0,4625 мм
Средняя длина за виток («MLT») ETD-34 составляет 61,26 мм (см. Рисунок 3.7), («горячее») удельное сопротивление меди (« ρ ») составляет 2,3 × 10 –5 Ом-мм, поэтому мы получаем сопротивление вторичной обмотки в Ом как
RAC_S = (FRX) × ρ × MLT × NSwidth × δ = ( 1.4) × 2,3 × 10–5 × 61,2620,9 × 0,185 = 1,02 × 10–3
Обратите внимание, что, поскольку F R / X установлен на 1,4, соответствующий F R — это
FR = 1,4 × hδ = 1,4 × 0,46250,185 = 3,5
Это довольно много, но, как объяснялось, это действительно полезно, потому что R AC понижается. Теперь ток во вторичной обмотке выглядит как типичная форма волны переключения, с центром, равным току нагрузки (50 А), и определенным коэффициентом пульсаций тока, установленным выходным дросселем.Его среднеквадратичное значение (RMS) составляет
IRMS_S = IO × D × (1 + r212) A
Однако мы еще не знаем, какой текущий коэффициент пульсации дросселя r равен при 90 В переменного тока. . r , вероятно, был установлен на 0,4 при V INMAX , не на V INMIN . Тем не менее, новый r легко разработать следующим образом. Рабочий цикл обратно пропорционален входному напряжению. Следовательно, если D равно 0.35 при 270 В переменного тока, затем при 90 В переменного тока это 0,35 / 3 = 0,117. Далее , r изменяется в соответствии с (1-D) для ступени понижающей передачи . Следовательно, значение r при 90 В переменного тока составляет
r = 1–0,351–0,117 × 0,4 = 0,294
Таким образом, действующий ток вторичной обмотки составляет
IRMS_S = IO × D × (1 + r212) = 50 × 0,35 × (1 + 0,294212) = 29,69A
Тепло, рассеиваемое во вторичных обмотках, в конечном итоге составляет
PS = IRM_S2 × RAC_S = 29,692 × 1,02 × 10–3 = 0,899 Вт
Если потери неприемлемы , нам может потребоваться шпулька, которая позволит более широкую ширину фольги.Или мы можем рассмотреть параллельное соединение нескольких более тонких пленок для увеличения p . Например, если мы возьмем четыре параллельных (более тонких) фольги, соединенных параллельно (каждая из которых изолирована от других), мы получим четыре эффективных слоя для вторичного элемента, и тогда слоев на порцию станет два.
Эффекты кожи и близости в двух параллельных пластинах
% PDF-1.7 % 1 0 объект > / Метаданные 2 0 R / Контуры 3 0 R / Страницы 4 0 R / StructTreeRoot 5 0 R / Тип / Каталог / ViewerPreferences> >> эндобдж 6 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать application / pdf