Поверхностный эффект в электротехнических устройствах

Явление поверхностного эффекта

Поверхностный эффект.

Как известно, постоянный ток, протекая по прямому проводу равного сечения вдоль всей его длины, распределяется по поперечному сечению провода равномерно. Иначе говоря, плотность постоянного тока по всему сечению провода остается неизменной и потому может быть вычислена простым делением всего протекающего по проводу тока на площадь поперечного сечения провода.

Переменный же ток распределяется по поперечному сечению провода неравномерно: в поверхностных слоях плотность тока выше, а к середине сечения провода она падает. Это явление, называемое поверхностным эффектом, или скинэффектом (старое название), бывает иногда выражено настолько ярко, что почти весь ток протекает в тонком поверхностном слое провода, в то время как в остальных частях сечения плотность тока практически равна нулю.

В большинстве случаев поверхностный эффект представляет собой вредное явление, так как оно вызывает повышенный расход энергии на нагревание проводов и тем самым уменьшает КПД электротехнических устройств и усложняет их эксплуатацию. Однако в некоторых случаях специально прибегают к использованию поверхностного эффекта с целью нагрева детали электрическим током в тонком поверхностном слое. Примером может служить так называемая поверхностная высокочастотная закалка стальных деталей.

Природа поверхностного эффекта объясняется индуктирующимися в проводе ЭДС самоиндукции, которые оказываются не одинаковыми по сечению провода. Действительно, если представить провод как совокупность отдельных проводящих нитей, параллельных его оси, то последние окажутся в неодинаковых условиях по отношению к магнитному полю провода (рис. 13.5), существующему, как известно, не только вне провода, но и внутри него. В то время как нить 1, проходящая через центр сечения провода, охвачена всеми магнитными линиями поля, нить 2, расположенная у поверхности провода, сцепляется только с линиями внешнего поля. Поэтому при переменном токе, когда переменным будет и его магнитное поле, ЭДС, индуктирующиеся в центральных нитях провода, окажутся больше, чем ЭДС, возникающие в периферийных нитях. Согласно закону Ленца, индуктирующиеся ЭДС будут противодействовать вызвавшей их причине, то есть индуктирующему их магнитному полю или, что то же, протекающему по проводу переменному току, так как поле и ток представляют собой по существу одно явление. Таким образом, переменный ток в центральных нитях провода будет встречать в виде индуктированных ЭДС большие препятствия, чем в периферийных нитях, и потому устремится преимущественно в периферийные нити.

Магнитное поле вокруг провода

Рис. 13.5. Магнитное поле вокруг провода

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >