Эффект близости


ru.knowledgr.com

В проводнике, несущем переменный ток, если ток течет через одного или более других соседних проводников, такой как в пределах близко катушка раны провода, распределение тока в пределах первого проводника будет ограничено в меньшие области. Получающуюся текущую давку называют как эффект близости. Эта давка дает увеличение эффективного сопротивления схемы, которая увеличивается с частотой.

Объяснение

Изменяющееся магнитное поле будет влиять на распределение электрического тока, текущего в пределах электрического проводника электромагнитной индукцией. Когда переменный ток (AC) течет через изолированного проводника, он создает связанное переменное магнитное поле вокруг этого. Переменное магнитное поле вызывает ток вихря в смежных проводниках, изменяя полное распределение тока, текущего через них. Результат состоит в том, что ток сконцентрирован в областях проводника дальше всего далеко от соседних проводников, несущих ток в том же самом направлении.

Эффект близости может значительно увеличить сопротивление AC смежных проводников когда по сравнению с его сопротивлением току DC. Эффект увеличивается с частотой. В более высоких частотах сопротивление AC проводника может легко превысить десять раз свое сопротивление DC.

Пример

Например, если два провода, несущие тот же самый переменный ток, лягут параллельные друг другу, как был бы найден в катушке, используемой в катушке индуктивности или трансформаторе, то магнитное поле одного провода вызовет продольный ток вихря в смежном проводе, тот поток в длинных петлях вдоль провода, в том же самом направлении как главный ток на стороне провода, отворачивающегося от другого провода, и назад в противоположном направлении на стороне провода, стоящего перед другим проводом. Таким образом ток вихря укрепит главный ток на стороне, отворачивающейся от первого провода, и выступит против главного тока на стороне, сталкивающейся с первым проводом. Результирующий эффект состоит в том, чтобы перераспределить ток в поперечном сечении провода в тонкую полосу на стороне, отворачивающейся от другого провода. Так как ток сконцентрирован в меньшую область провода, сопротивление увеличено.

Точно так же в двух смежных проводниках, несущих переменные токи, текущие в противоположных направлениях, тех, которые найдены в силовых кабелях и парах шин, ток в каждом проводнике сконцентрирован в полосу на стороне, сталкивающейся с другим проводником.

Эффекты

Дополнительное сопротивление увеличивает потери мощности, которые, в силовых цепях, могут произвести нежелательное нагревание. Близость и эффект кожи значительно усложняют дизайн эффективных трансформаторов и катушек индуктивности, работающих в высоких частотах, используемых, например, в электроснабжении переключенного способа.

В настроенных схемах радиочастоты, используемых в радиооборудовании, близость и потери эффекта кожи в катушке индуктивности уменьшают фактор Q, расширяя полосу пропускания. Чтобы минимизировать это, специальное строительство используется в катушках индуктивности радиочастоты. Проветривание обычно ограничивается единственным слоем, и часто повороты располагаются обособленно, чтобы отделить проводников. В многослойных катушках последовательные слои — рана в образце крестика, чтобы избежать иметь провода, лежащие параллельный друг другу; они иногда упоминаются, поскольку «корзина — переплетается» или «сотовидные» катушки. Начиная с электрических токов на поверхности проводника высокочастотные катушки иногда посеребрены, или сделанные из провода litz.

Метод Доуэлла для определения потерь

Этот одномерный метод для трансформаторов предполагает, что провода имеют прямоугольное поперечное сечение, но могут быть применены приблизительно к круглому проводу, рассматривая его как квадрат с той же самой площадью поперечного сечения.

windings разделены на ‘части’, каждая часть, являющаяся группой слоев, которая содержит одно положение нулевой MMF Для трансформатора с отдельным основным и вторичным проветриванием, каждое проветривание — часть. Для трансформатора с чередованным (или sectionalised) windings, самые внутренние и наиболее удаленные секции — каждая часть, в то время как другие секции каждый разделены на две части в пункте, где ноль m.m.f происходит.

Полное сопротивление части дано

:R — сопротивление DC части

:Re(.) — реальная часть выражения в скобках

Число:m слоев в части, это должно быть целым числом

: удельное сопротивление материала проводника

Число:N поворотов за слой

Ширина:a квадратного проводника

Ширина:b вьющегося окна

Высота:h квадратного проводника

Брусковый полевой производный метод

Это может использоваться для круглого провода или трансформаторов провода litz или катушек индуктивности с многократным windings произвольной геометрии с произвольными формами тока в каждом проветривании. Диаметр каждого берега должен быть меньше чем 2 δ. Это также предполагает, что магнитное поле перпендикулярно оси провода, который имеет место в большинстве проектов.

  • Найдите ценности области B из-за каждого проветривания индивидуально. Это может быть сделано, используя простую магнитостатическую модель FEA, где каждое проветривание представлено как область постоянной плотности тока, игнорируя отдельные повороты и берега litz.
  • Произведите матрицу, D, от этих областей. D — функция геометрии и независим от форм тока.

\right \rangle_1 + \gamma_2 \left \langle

: область из-за тока единицы в проветривании j

:: число поворотов в проветривании j, поскольку litz телеграфируют, это — продукт числа поворотов и берегов за поворот.

:: средняя длина поворота

:: провод или диаметр берега

:: удельное сопротивление провода

  • Потеря мощности переменного тока во всем windings может быть найдена, используя D, и выражения для мгновенного тока в каждом проветривании:
  • Полные вьющиеся потери мощности тогда найдены, расчесав эту стоимость с потерей DC,

Метод может быть обобщен к многократному windings.

Кабели

Эффект близости может также произойти в пределах электрических кабелей. Например, если проводники — пара аудио проводов спикера, у их тока есть противоположное направление, и ток будет предпочтительно течь вдоль сторон проводов, которые встречаются. Сопротивление AC проводов изменится (немного) наряду с частотой звукового сигнала, хотя для любой частоты, амплитуда тока все еще будет линейно пропорциональна напряжению. Некоторые полагают, что это потенциально введет искажение и ухудшит отображение стерео. Однако можно показать, что, для разумных размеров проводника, интервала и длины, этот эффект имеет маленькое влияние на качество звука.

Эффект близости (Proximity effect)

Эффект близости (Proximity effect)

Одним важным аспектом, обьеденяющим все микрофоны, имеющие в себе определенную долю направленности, т.е. все характеристики кроме омнинаправленной, является так называемый эффект близости или Proximity Effect. Это выражается в избыточном содержании низкочастотной части спектра в сигнале, при использовании микрофона в непосредственной близости от источника звука. Этот эффект возникает в силу открытого типа конструкции капсулы. Рассмотрим это явление поближе.

Причины возникновения

В микрофонах с направленной характеристикой применяется капсула, мембрана которой открыта и доступна для звуковых волн с обеих ее сторон, по средством чего собственно и достигается различная чувствительность микрофона к звуковым волнам, приходящим с различных направлений. Мембрана реагирует на разницу в звуковом давлении с обеих ее сторон. Чем больше эта разница, тем больше движение мембраны, а значит и сила сигнала на выходе. Если же давление с обеих сторон мембраны равнозначное, то мембрана остается неподвижной.

Ключевую роль в возникновении эффекта близости играют два физических аспекта

Длина волны и фаза

Не для кого не секрет, что волны различной частоты имеют различную длину волны. Низкочастотные волны имеют относительно большую длину волны, тогда как высокие сравнительно малую. Этот факт имеет критическое значение при рассмотрении фазы волны в определенных точках в пространстве. Звуковые волны, какой бы то ни было частоты, достигнув фронтальной стороны мембраны, вынуждены преодолеть дополнительное расстояние, чтобы достичь обратной ее стороны. Это расстояние составляет обычно в среднем около 8-10 мм. Если проанализоровать при этом фазу низкочастотной волны, скажем 100 Гц, длина волны которой составляет 3.4 метра (344 / 100 = 3.4), с фронтальной и тыльной стороны мембраны, то становится очевидно, что смещение по фазе в следствии прохождения волной дополнительных 8-10 мм в данном случае будет минимальным. Это в свою очередь означает, что давление создаваемое волной с частотой 100 Гц с обеих сторон мембраны будет практически равным. А поскольку движение мембраны в капсулах открытой конструкции обусловленно разницой в давлении с обеих ее сторон, то в данном случае мембрана будет оставаться неподвижной. И это будет справедливо для всех волн, имеющих относительно высокую длину волны.

С увеличением частоты, а значит уменьшением длины волны, частотные сдвиги становятся более существенными. При этом возрастает разница в давлении с фронтальной и тыльной сторон мембраны, что приводит мембрану в движение.


Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что чувствительность мембраны, при использовании микрофона на относительно большом расстоянии от источника звука, увеличивается с увеличением частоты волны. При этом прирост чувствителъности составляет около 6 дБ/октава. То есть, с увеличение частоты звуковой волны в два раза, чувствительность мембраны также увеличивается в два раза. Микрофон с такими характеристиками оказался бы на практике бесполезным. Чтобы решить эту проблему, производители внедряют в микрофон фильтр, имеющий зеркальную, т.е. обратную натурльной, амлитудно-частотную характеристику, достигая тем самым необходимую линейность. Однако именно эти вынужденные меры по искуственной корректировке АЧХ и несут в себе основную причину возникновения эффекта близости.

Дело в том, что при использовании микрофона в непосредственой близости от источника звука, как это делают, например, вокалисты, особенно на живых концертах, действия встроенного фильтра приводят к избыточному содержанию низкочастотной части спектра в общем сигнале. В данном случае низким частотам помогает закон обратных квадратов, обеспечивая необходимую разницу в давлении с обеих сторон мембраны, а значит и нормальную чувствительность на низких частотах.

Закон обратных квадратов

Закон обратных квадратов гласит, что с увеличением вдвое расстояния от источника звука, звуковое давление также падает вдвое, то естъ на 6 Дб. Это явление не сказывается на работе микрофона, при использовании на относительно большом расстоянии от источника звука, так как дополнительные 8-9 мм, которые необходимо преодолеть звуковой волне, не играют существенную роль, если учесть, что до фронтальной стороны мембраны, ей уже пришлось пройти 20 см.

Совсем другая ситуация складывается, когда микрофон используется в непосредственной близости от источника звука и фронтальныя сторона мембраны находится на расстоянии одного сантиметра. В данном случае дополнительные 8-9 мм почти удваивают расстояние до тыльной стороны мембраны. При этом давление, создаваемое волнами, достигшими обратной стороны мембраны, будет почти в два раза меньше, чем с фронтальной стороны мембраны, как это и гласит закон обратных квадратов. Это касается естественно как высоких, так и низких частот. А это в свою очередь означает, что когда микрофон используется вблизи от источника звука, в отличии от ситуации, описанной выше, низкие частоты будут восприниматься так же хорошо как и высокие, благодаря образовавшейся из-за удвоенного расстояния разнице в давлении. То есть амплитудно-частотная характеристика микрофона сглаживается и принимает относительно линеарную форму.

Каждый электрик должен знать:  Как устроены и работают источники бесперебойного питания (ИБП)

Однако встроенный фильтр продолжает при этом работать, производя в данном случае лишнюю коррекцию АЧХ и вызывая излишний акцент на низких частотах.

Этот «дефект» часто используют в ситуациях, когда дополнительная энергия на низких частотах только приветствуется — например для записи бочки. Знаменитый радиофонный голос в определенной степени также обязан своему существованию эффекту близости, который окрашивает звук в «темные» тона, придавая интимности и эротичности.

Если вы находите данную статью информативной и, возможно, интересной для ваших друзей или коллег, то автор будет рад, если вы ею с ними поделитесь или порекомендуете. Вашим комментариям или мыслям на тему я также буду рад.

Если вы не желаете пропустить следующую статью, обзор нового оборудования и другие новости с портала YourSoundPath и хотите быть своевременно о них уведомлены, то рекомендую подписаться на почтовую рассылку с помощью формуляра ниже.

эффект близости

эффект близости
эффект сближения
влияние соседних проводов

[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

  • информационные технологии в целом

Синонимы

  • эффект сближения
  • влияние соседних проводов
  • proximity effect

Справочник технического переводчика. – Интент . 2009-2013 .

Смотреть что такое «эффект близости» в других словарях:

эффект близости — artumo reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. proximity effect vok. Naheffekt, m rus. близостный эффект, m; эффект близости, m pranc. effet de proximité, m … Fizikos terminų žodynas

эффект близости — propinquity effect эффект близости. Явление, заключающееся в том, что при наличии в ядре множественных хромосомных разрывов поверхности разрывов легче воссоединяются, если они находятся ближе друг к другу. (Источник: «Англо русский толковый… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

эффект близости — Явления, происходящие на границе нормального и сверхпроводящего металла, обусловливающие проникновение сверхпроводящей фазы в глубь нормального металла … Политехнический терминологический толковый словарь

эффект близости ветроэнергетических установок — Снижение мощности ветротурбины при наличии нескольких установок в зависимости от расстояния между ними. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN windpark effect … Справочник технического переводчика

эффект заграждения — Изменение акустического поля вблизи рта человека или искусственного рта, когда препятствия (например телефонный передатчик) находятся в непосредственной близости (МСЭ Т P.10/ G.100). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?gloss >Справочник технического переводчика

эффект препятствия — Изменение акустического поля вблизи рта человека или искусственного рта, когда препятствия (например, телефонный передатчик) находятся в непосредственной близости (МСЭ Т P.10/ G.100). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?gloss >Справочник технического переводчика

Граунд-эффект — (англ. Ground effect эффект близости поверхности) влияние близости подстилающей поверхности на аэродинамические характеристики движущегося над ней тела. В английском языке этим словом обозначается всякий эффект влияния близости… … Википедия

близостный эффект — artumo reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. proximity effect vok. Naheffekt, m rus. близостный эффект, m; эффект близости, m pranc. effet de proximité, m … Fizikos terminų žodynas

ГОСТ Р МЭК 62209-1-2008: Воздействие на человека радиочастотных полей от ручных и располагаемых на теле беспроводных устройств связи. Модели человека, измерительные приборы и процедуры. Часть 1. Порядок определения коэффициента удельного поглощения энергии для ручных устройств, используемых в непосредственной близости к уху (полоса частот от 300 МГц до 3 ГГц) — Терминология ГОСТ Р МЭК 62209 1 2008: Воздействие на человека радиочастотных полей от ручных и располагаемых на теле беспроводных устройств связи. Модели человека, измерительные приборы и процедуры. Часть 1. Порядок определения коэффициента… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в 1896 голл. физиком П. Зееманом (P. Zeemaii) при исследовании свечения паров натрия в магн. поле. Под действием магн. поля уровни энергии расщепляются на… … Физическая энциклопедия

Эффект близости

По двум параллельно расположенным плоским шинам протекают одинаковые токи. Токи изменяются во времени синусоидально.

Вне шин напряженность магнитного поля можно считать равной нулю, т.к. магнитные потоки, созданные обеими шинами, компенсируются. Между шинами поле считается плоско – параллельным. В области между шинами напряженность магнитного поля равна:

Близко расположенные шины влияют друг на друга. Происходит перераспределение напряженности электрического и магнитного поля по сечению шины. Это явление называется эффектом близости.

Если токи текут в разных направлениях, то плотность тока будет наибольшей в частях сечений, наиболее близких друг к другу. Если токи текут в одном направлении, то диаграмму необходимо зеркально отобразить. Максимум будет не на внутренней поверхности, а не наружной.

Комплексное сопротивление будет состоять из внутреннего сопротивления двух шин и сопротивления потоков рассеяния между ними

Если контур высокой частоты приблизить к поверхности, возникает индукционный ток. Поверхность повторяет форму индуктора. Ток индуктора и индукционный ток находятся в противофазе. На поверхности тела возникает нагрев. Данная методика используется при поверхностной закалке стальных изделий сложной формы.

Дата добавления: 2015-07-30 ; просмотров: 604 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Diplom Consult.ru

Общие сведения

Переменный ток распределяется по сечению массивных проводников (шин) неравномерно вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости. Наибольшая плотность тока наблюдается на поверхности шины и уменьшается к центру поперечного сечения (рис.8.1.а). В двух близко расположенных шинах с противоположным направлением токов, кроме того, происходит вытеснение токов на поверхности шин обращённые друг к другу (рис.8.1б). При одинаковых направлениях токов в двух таких шинах вытеснение токов происходит на внешние поверхности.

В проводнике, уложенном в ферромагнитный паз ротора или статора электрической машины происходит вытеснение тока на открытую поверхность проводника (рис. 8.1в).

Неравномерное распределение тока по сечению проводников приводит к увеличению их активных сопротивлений, что необходимо учитывать при проектировании электрических машин и токопроводов.

Наиболее простым для математического описания является проводник, уложенный в ферромагнитный паз. При достаточной высоте паза можно пренебречь отражённой электромагнитной волной от его дна. Тогда распределение действующего значения плотности тока по высоте паза (вдоль оси z) может быть описано следующей формулой [1]:


— коэффициент затухания и коэффициент фазы;

– действующее значение плотности тока на открытой поверхности проводника;

В этих формулах:

I – действующее значение тока в проводнике;

круговая частота переменного тока;

 и магнитная проницаемость и проводимость проводника;

а = 2 мм — ширина паза;

b =0,35 мм — толщина проводящей шины.

Согласно этим формулам, плотность тока уменьшается вдоль оси zпо экспоненциальному закону (множитель ). Начальная фаза плотности тока на поверхности проводник равна 45 О и с увеличением координатыzизменяется по фазе в сторону отставания (= 45 О –kz).

Глубина, на которой плотность тока в е = 2,718 раз меньше, чем на поверхности проводника, называется глубиной проникновения электромагнитной волны = 1/k. Глубина проникновения уменьшается с увеличением частоты переменного тока, магнитной проницаемости и проводимости проводника.

В данной работе исследуется распределение тока в ленточных медных проводниках толщиной 0.35 мм и шириной 25 мм при их различном взаимном расположении (рис.8.2).

Первый вариант расположения проводников (см. рис. 8.2а) позволяет экспериментально исследовать распределение тока вдоль ширины (ось y) двух близко расположенных прямоугольных шин, показанных на рис. 8.1б.

Во втором случае (рис. 8.2б) опыт может быть выполнен при двух значениях расстояния между шинами: d= 63 мм иd=3 мм.

При большом расстоянии между ленточными проводниками, распределение тока в них аналогично распределению тока в одном из горизонтальных слоёв прямоугольной шины, показанной на рис. 8.1а (вдоль оси х). Эффект близости сказывается здесь незначительно.

При малом расстоянии между ленточными проводниками их можно рассматривать как один из горизонтальных слоёв двух близко расположенных шин, показанных на рис. 8.1б. Вдоль горизонтальной оси (оси х) здесь сильно проявляется эффект близости.

В третьем случае (рис. 8.2в.) медная лента охвачена с трёх сторон ферромагнитным экраном и распределение тока в ней примерно такое же, как в проводнике, уложенном в паз электрической машины (рис.8.1.в).

Проводящие ленты для каждого из описанных четырёх вариантов смонтированы на стеклотекстолитовых платах и образуют замкнутые контуры. Электрический ток к ним подводится через понижающий трансформатор, вторичной обмоткой которого является сам контур из проводящих лент и соединительных шин (один виток).

Лабораторная установка с одним из вариантов проводящего контура схематично показана на рис. 8.3.

Д ля её сборки необходимо сначала установить в левой верхней части наборной панели катушку трансформатора 170 витков вместе с нижнейU-образной частью разъёмного сердечника, затем надеть на катушку один из исследуемых проводящих контуров и закрепить его над наборной панелью, пользуясь соединительными вилками со средним выводом, как подставками. Подставки необходимы для увеличения расстояния между исследуемыми проводниками и металлической поверхностью наборной панели. Иначе наводимые в ней вихревые токи существенно изменят распределение тока в исследуемых проводниках.

После этого нужно вставить в катушку вторую половинку разъёмного сердечника и скрепить две половинки сердечника резиновым кольцом.

Для измерения падения напряжения вдоль нити тока в проводящей ленте служит датчик напряжения, также изображённый на рис. 8.3. Он представляет собой пластинку из стеклотекстолита, в которую вмонтированы два миниатюрных контакта. Провода от контактов проходят вдоль нити тока в исследуемом проводнике до середины пластинки, затем они поворачивают на 90 о и проходят вместе сквозь ручку к усилителю напряжения. При прижатии контактов к исследуемой поверхности, соединительные провода датчика оказываются расположенными почти вплотную к этой поверхности. В результате, магнитный поток, сцеплённый с контуром измерительной цепи, оказывается близким к нулю и на вход усилителя подводится активная составляющая напряжения, пропорциональная плотности тока:

U – напряжение между контактами датчика,

Е– тангенсиальная составляющая напряжённости электрического поля,

l– расстояние между контактами датчика, равное 0,1 м.

— удельная проводимость медного проводника.

Для измерения тока в исследуемых проводниках используется трансформатор тока с коэффициентом трансформации 100. Он имеет один первичный виток и расположен непосредственно на соединительной шине (рис. 8.3).

Каждый электрик должен знать:  Как сделать чтобы вытяжной вентилятор включался вместе со светом и отдельно

Влияние поверхностного эффекта и эффекта близости на выбор сечения токопроводов.

На рис. 3.23 схематически показаны магнитные линии в плоскости поперечного сечения уединенного провода с током. Представим себе этот провод в виде совокупности нитей, параллельных его оси. Чем ближе нить расположена к оси провода, тем с большим числом магнитных линий она сцеплена.
При периодическом изменении тока изменяется магнитное поле и в нитях наводятся ЭДС, противодействующие изменениям тока. Это противодействие тем значительнее, чем больше ЭДС (чем больше магнитных линий сцеплено с нитью), т. е. чем ближе нить провода расположена к оси провода. В результате плотность тока в различных точках поперечного сечения получается неодинаковой: наибольшая на периферии провода и наименьшая на его оси.
Рассмотренное явление концентрации переменного тока в поверхностном слое проводника называют поверхностным эффектом. Резкость проявления его возрастает с увеличением частоты f, диаметра провода d, относительной магнитной проницаемости и удельной проводимости материала провода. Это объясняется тем, что увеличение приводит к возрастанию магнитного поля внутри провода, увеличение d создает большую разницу в сцеплениях с магнитными линиями осевых и периферийных нитей провода, а повышение увеличивает роль наводимых в нитях ЭДС, противодействующих изменению тока в них. Так, в предельном случае весь ток должен концентрироваться на поверхности провода в бесконечно тонком слое.

Вследствие поверхностного эффекта поперечное сечение провода при переменном токе используется хуже, чем при постоянном токе. При одинаковых значениях переменного и постоянного токов (равенстве значения постоянного тока и действующего значения переменного тока) тепловые потери больше при переменном токе. Поэтому сопротивление провода переменному току (активное сопротивление) выше, чем сопротивление провода постоянному току.
Другим следствием поверхностного эффекта является некоторое уменьшение индуктивности цепи ввиду ослабления магнитного поля во внутренней части провода. В предельном теоретическом случае ток концентрируется на поверхности провода в бесконечно тонком слое и магнитное поле внутри провода отсутствует.
При высоких частотах переменного тока внутренняя часть провода практически не используется, поэтому часто применяют пустотелые провода в форме труб. Применяют также высокочастотные многожильные провода. Они состоят из тонких изолированных друг от друга жил, перевитых таким образом, чтобы каждая из жил поочередно занимала в поперечном сечении провода различные положения от его оси до периферии. При такой конструкции каждая из жил находится в одинаковых условиях и токи в жилах равны друг другу. Кроме того, в пределах каждой жилы вследствие малого ее диаметра поверхностный эффект проявляется нерезко и плотность тока по сечению жилы различается незначительно. При очень больших частотах емкостная проводимость между жилами становится настолько значительной, что жилы оказываются как бы замкнутыми между собой, и поверхностный эффект проявляется так же, как и в сплошном проводе. Кроме того, становятся весьма заметными потери энергии в изоляции между жилами. Поэтому при частотах выше Гц многожильные провода не применяются. При частоте 50 Гц поверхностный эффект заметен только в проводах (шинах) достаточно большого поперечного сечения. В медных проводах с диаметром меньше 1 см при частоте 50 Гц увеличением сопротивления вследствие поверхностного эффекта практически можно пренебречь.
На распределение переменного тока в проводе оказывают влияние токи соседних проводов. Это явление называют эффектом близости. Как показано на схематических картинах магнитных полей двух проводов с токами (рис. 3.24), различные части сечений проводов сцеплены с неодинаковым числом магнитных линий. На основании рассуждений, аналогичных приведенным для одиночного провода, можно прийти к заключению, что наибольшая плотность тока будет в тех частях сечения проводов, которые сцеплены с наименьшим числом магнитных линий.
Если токи в проводах направлены одинаково (рис. 3.24, а), наибольшая плотность тока наблюдается в наиболее удаленных друг от друга частях сечений; при различных направлениях токов (рис. 3.24, б) наибольшая плотность тока получается в наиболее близких друг к другу частях сечений проводов. Области наибольших плотностей тока отмечены на рис. 3.24 толстыми линиями. Вызываемая эффектом близости неравномерность распределения тока по сечению проводов приводит к увеличению потерь энергии, к увеличению разницы в сопротивлениях проводов переменному и постоянному токам. Расчеты распределения тока по сечению проводника с учетом поверхностного эффекта или эффекта близости и сопротивления проводника относятся к задачам теории поля.

При промышленной частоте влиянием поверхностного эффекта часто пренебрегают. Исключение составляют медные и алюминиевые провода диаметром более 1 см и стальные любого сечения, имеющие большую магнитную проницаемость. На высоких частотах, используемых в радиотехнике, переменный ток проходит по поверхностному слою проводника. Поэтому для экономии металла применяют полые провода (в виде трубок), снаружи покрытые тонким слоем серебра, снижающим электрическое сопротивление. В устройствах высокочастотной связи применяются биметаллические провода, сердцевина которых выполнена из стали, а наружный слой, по которому проходит ток высокой частоты, — из меди. Такие провода имеют высокую механическую прочность и хорошую электропроводность. На активное сопротивление влияет и эффект близости, заключающийся во взаимном влиянии нескольких близко лежащих проводов с переменными токами на распределение плотности тока по сечению.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 45 | Нарушение авторских прав

Скин и эффект близости переменного тока — Новости — 2020

Электродинамика | скин эффект (Ноябрь 2020).

Кожа и эффект близости от переменного тока

Когда ток переменного тока протекает через проводник, внешняя нить этого проводника несет больше тока по сравнению с нитью ближе к ее центру. Это приводит к более высокой устойчивости к AC, чем к DC, и известно как эффект кожи. Эффект близости, чередующийся поток в проводнике вызван током другого соседнего проводника.

Рекомендуемый уровень

Введение в эффекты кожи и близости

Эффект кожи: Когда через проводник течет постоянный ток, ток равномерно распределяется по участку проводника. С другой стороны, когда ток переменного тока протекает через проводник, внешняя нить этого проводника несет больше тока по сравнению с нитью ближе к ее центру. Это приводит к более высокой устойчивости к AC, чем к DC, и называется скин-эффектом . Это связано с большей связностью потока на ампер с внутренними нитями по сравнению с внешней стороной проводника.

Этот эффект более значим для проводников больших размеров и для более высоких частот. Плотность тока будет экспоненциально уменьшаться относительно глубины проводника снаружи.

Рассмотрим переменный ток, который протекает в катушках с медным проводником, подключенных к обмотке.

Тогда глубина проникновения определяется формулой

$$ \ omega $$ = 2π f; σ cu = проводимость меди.

Если диаметр проводника меньше значения глубины проникновения, то скин-эффект будет низким.

Эффект близости: чередующийся поток в проводнике вызван током другого соседнего проводника. Этот поток создает циркуляционный ток или вихревой ток в проводнике, что приводит к явному увеличению сопротивления провода и; таким образом, больше потерь мощности в обмотках. Это явление — эффект близости .

Эффект близости можно уменьшить, выбирая ядро ​​и количество витков, которые оптимизируют количество слоев. Увеличенное количество слоев уменьшает потери после первого выбора. Слои обмотки фольги уменьшают потери более эффективно по сравнению с круглыми проводами на одном слое. Перемедление обмотки также уменьшает эффект близости. Перемежение уменьшает эффективное количество слоев в каждом разделе обмотки и; таким образом, полученное поле формируется более равномерно, чем постепенно возрастает между ними.

Произведенный ток в основном обусловлен насыщением сердечника, который содержит ток ШИМ, имеющий значительные гармонические искажения. Это также может привести к увеличению потерь меди в основном в нескольких слоях и неперемещенных обмоток по сравнению с импедансом одиночных слоев, что для таких случаев практически ничтожно.


Флюс утечки в обмотках

Ранее мы обсуждали, что поток утечки представлен индуктивностью утечки последовательно с источником трансформаторной модели. Линии потока утечки следует трехмерному пути, как показано ниже.

Рисунок 1. Поток утечки 3D для концентрической обмотки

В зависимости от конфигурации его обмотки мы можем определить его значение на основе определенных допущений.

Рассмотрим магнитный путь линейный. Тогда конфигурация потока утечки для концентрической обмотки будет такой, как показано ниже. Интенсивность магнитного поля будет варьироваться в зависимости от расстояния от конечности трансформатора.

Рисунок 2. Концентрическая обмотка трансформатора

Предполагается, что поток каждой обмотки заполняет их собственный объем половиной пространства между этими двумя обмотками.

Из рисунка и основных уравнений для поля Н,

Теперь, для расстояния a 2 2 V P и потери меди во вторичном = ρ c δ s 2 V S

Следовательно, общая потеря меди

Дифференцируя его с V P и приравнивая его к нулю, получаем условие минимальной потери. Мы можем получить то же значение плотности тока для обоих проводников. Однако плотность тока для внешней обмотки несколько больше, чем ее внутренняя обмотка из-за лучшего охлаждения.

Перемешивание обмоток

Эта схема перемежения применима к трансформатору, но не к индукторам. Если конструкция обмотки трансформатора изменяется таким образом, что один слой обмотки лежит внутри другого слоя с использованием того же провода. Например, четырехслойная обмотка с рисунком (P1, P2, S1, S2) изменена на (P1, S1, P2, S2) или (S1, P1, P2, S2) или (P1, S1, S2, P2).

Перемещение может уменьшить потери омического и вихревого тока в два раза. Кроме того, текущая способность обмотки может быть увеличена в $$ \ sqrt <2>$$.

Поверхностный эффект в проводниках

Дата публикации: 30 марта 2015 .
Категория: Электротехника.

Сущность этого явления заключается в следующем. Как известно, магнитные линии поля прямолинейного проводника имеют форму концентрических окружностей. Магнитное поле образуется как внутри проводника, так и в пространстве, окружающем проводник.

Прямолинейный проводник с током мы можем разбить на отдельные нити тока, параллельные друг другу. Чем ближе такая нить лежит к оси самого проводника, тем больший магнитный поток, замыкающийся внутри проводника, ее охватывает. Индуктивность нити тока и индуктивное сопротивление пропорциональны магнитному потоку, сцепленному с ней. Поэтому внутренние нити проводника, по которым проходит переменный ток, имеют большее индуктивное сопротивление, чем наружные периферийные нити. Последнее вызывает неравномерное распределение тока по сечению проводника, так что плотность тока будет возрастать от оси к поверхности проводника. Это явление называется поверхностным эффектом.

Рисунок 1. Распределение переменного тока по сечению проводника

Неравномерное распределение плотности тока приводит к увеличению сопротивления проводника. Сопротивление проводника переменному току с учетом поверхностного эффекта мы назвали активным сопротивлением в отличие от сопротивления (омического), которое оказал бы этот проводник постоянному току.

При стандартной частоте 50 Гц, небольшом сечении и медных проводах явление поверхностного эффекта сказывается слабо. При высокой частоте, большом сечении и железных проводах оно значительно.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Поверхностный эффект и эффект близости

Сопротивление проводника постоянному току определяется по известной формуле rо=ρl/S.

Это сопротивление можно также определить, зная величину постоянного тока Iо и мощность Ро:

Оказывается, что в цепи переменного тока сопротивление r того же проводника больше сопротивления постоянному току: r > rо

Это сопротивление r в отличие от сопротивления постоянному току rо и носит название активного сопротивления. Увеличение сопротивления проводника объясняется тем, что при переменном токе плотность тока не одинакова в различных точках поперечного сечения проводника. У поверхности проводника плотность тока получается больше, чем при постоянном токе, а и центре меньше.

При высокой частоте неравномерность проявляется так резко, что плотность тока в значительной центральной чисти сечения проводника практически равна нулю, ток проходит только в поверхностном слое, отчего это явление и получило название поверхностного эффекта.

Таким образом, поверхностный эффект приводит к уменьшению сечения проводника, по которому проходит ток (активного сечения), и, следовательно, к увеличению его сопротивления по сравнению с сопротивлением постоянному току.

Для объяснения причины возникновения поверхностного эффекта представим цилиндрический провод (рис. 1) состоящим из большего числа элементарных проводников одинакового сечения, прилегающих вплотную друг к другу и расположенных концентрическими слоями.

Сопротивления этих проводников постоянному току, найденные по формуле ρl/S будут одинаковы.

Рис. 1. Магнитное поле цилиндрического проводника.

При переменном электрическом токе вокруг каждого проводника создается переменное магнитное поле (рис. 1). Очевидно, элементарный проводник, расположенный ближе к оси, охватывается большим магнитным потоком проводник, расположенный у поверхности провода, поэтому первый обладает большей индуктивностью и индуктивным сопротивлением, чем второй.

При одинаковом напряжении на концах элементарных 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 возрастает с увеличением диаметра провода d, проводимости материала γ, магнитной проницаемости материала μ и частоты переменного токаf.

Отношение активного сопротивления проводника r к его сопротивлению при. постоянном, токе rо называется коэффициентом поверхностного эффекта и обозначается буквой ξ (кси), следовательно, коэффициент ξ можно определить 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. Необходимо определить коэффициент поверхностного эффекта для медного проводника диаметром d= 11,3 мм (S = 100 мм2) при частоте f = 150 гц.

По графику на рис. 2 находим ξ = 1,03

Неодинаковая плотность тока в проводе получается также из-за влияния токов в соседних проводах. Это явление называется эффектом близости.

Рассматривая магнитное поле токов одною направления в двух параллельно расположенных проводах, легко показать, что те элементарные проводники, принадлежащие разным проводам, которые наиболее удалены друг от друга, сцеплены с наименьшим магнитным потоком, следовательно, плотность тока в них наибольшая. Если токи в параллельных проводах имеют, разные направления, то можно показать, что большая плотность тока наблюдается в тех элементарных проводниках, принадлежащих разным проводам, которые наиболее сближены друг с другом.

Дата добавления: 2015-06-29 ; просмотров: 223 . Нарушение авторских прав

«Эффект близости» в истории и повседневности

Иногда возникает вопрос: почему отношения между самыми близкими людьми оставляют желать лучшего? Различные, порой даже беспричинные ссоры отравляют жизнь близких людей. Кро­ме того, бывают такие внутренние состояния, когда один человек целыми днями мысленно спорит со своим близким человеком, или вчерашний близкий друг неожиданно сегодня даже не желает раз­говаривать и отворачивается при встрече. Наглядный пример это­му можно найти в Киево-Печерском Патерике, где говорится о Ти­те и Евагрии [1].

Сложность взаимоотношений с ближними показана и в Еванге­лии. Когда Христос Спаситель однажды пришел во отечествие Свое (Мф. 13:54), то соотечественники, знавшие Его родственни­ков, блажняхуся о Нем. Иисус же рече им: Несть пророк без чес­ти, токмо во отечествии своем и в дому своем (Мф. 13:57). В дру­гой раз Христос на пути в Иерусалим вошел в некую весь на гра­нице между Самариею и Галилеею, где Его встретило десять про­каженных мужей. Видя их моление, Господь исцелил их. Един же от них, видев, яко изцеле, возвратися, со гласом велиим славя Бо­га, и паде ниц при ногу Его, хвалу Ему воздая: и той бе самарянин. Отвещав же Иисус рече: Не десять ли очистишася; да девять где? (Лк. 17:15-17). Таким образом, только «иноплеменник» при­шел выразить Христу Спасителю благодарность. Интересно отме­тить, что первыми в Вифлеем Иудейский к родившемуся Богомладенцу Христу пришли волхвы с востока (Мф. 2:1), то есть инозем­ные мудрецы. Христа Спасителя руками римлян отправили на крестную смерть Его соплеменники, хотя в предшествующее вре­мя они хотели придти, нечаянно взять Его и сделать царем (Ин. 6:15). Интересен и такой Евангельский пример. На вопрос некоего законника, кто есть ближний (Лк. 10:29), Христос рассказал ему притчу о милосердном самарянине, с которым иудеи не сообщаются (Ин. 4:9). Именно он, в отличие от священника и левита, про­явил милость и сострадание к впадшему в разбойники (см. Лк. 10:30).

Данная проблема встречается и в личной жизни, и в общест­венных отношениях, прослеживается она также и в истории. Можно привести интересный исторический пример. После Кули­ковской битвы в 1382 году последовало нашествие на Русь хана Тохтамыша, который разорил Москву. В летописях сохранилась повесть с описанием бедствия, постигшего стольный град [2]. Если ранее на Куликовом поле Димитрий Донской противостоял нечин­гизиду, узурпировавшему власть в Золотой Орде, то в 1382 году на Русь пришел «законный» властитель. Аналогию русским событиям исследователь Н. Борисов усматривает в книге пророка Иеремии. «Сюжетная линия книги такова. Иерусалимский правитель Седекия, посаженный на престол Иудеи вавилонским царем Навуходо­носором, отказался повиноваться своему прежнему покровителю. Разгневанный царь двинул войско на Иерусалим» [3]. Покорность Тохтамышу проявили князья Димитрий Суздальский, Олег Рязан­ский. Князь Димитрий Донской не выступил против хана, но и «не вышел ему навстречу с дарами, а бежал в недосягаемые для татар заволжские края. Автор повести не объясняет причины такого по­ведения князя. Но в книге Иеремии легко найти ответ: Седекия не отдает себя на милость Навуходоносора, опасаясь своих соотече­ственников, которые уже перешли на службу к халдеям. Седекия более всего боится не чужих, а своих: . да не предадут мя (хал­дее) в руце их, и поругаются ми (Иер. 38:19). Ненависти «своих» опасался и Дмитрий Донской летом 1382 г. Сыновья Дмитрия Константиновича Суздальского, старинного недруга и соперника Москвы, по приказу отца присоединились к войску Тохтамыша и ждали своего часа» [4].

Можно привести исторический пример, относящийся к XVII веку и свидетельствующий о плачевном завершении отношений некогда близких людей. Душевное общение царя Алексия Михай­ловича и его «собинного» друга, Патриарха Никона, первоначаль­но может быть охарактеризовано как идеал личных отношений, а также единения и взаимодействия государственной и церковной властей. Но в отличие от предшествующего времени, когда на Первосвятительском престоле был Патриарх Филарет, а на цар­ском – его сын Михаил, ситуация при его сыне, Алексии Михайловиче, не будучи скрепленной родственными узами, завершилась трагично в отечественной истории: по царской инициативе неко­гда желанный Глава Церкви был осужден соборне и сослан в зато­чение.

Переходя к окружающей действительности, можно сказать, что всякая наша неприятность имеет первопричину в темной силе, а совершитель недостойного деяния – просто несчастный человек, находящийся под властью диавола, следовательно, он нуждается в усиленной молитве. Видя какие-то козни от своих ближних, мы начинаем им платить тем же и т. д. В результате – лукавый дово­лен. Когда же силой молитвы человек освободится от действа лу­кавого, то он станет ближе к Богу, а, следовательно, и к своему ближнему. В таком случае нестроения с ближними сами собой бу­дут отходить. «Таким образом, если бы мы больше молились, то меньше бы было зла вокруг нас» [5]. Говоря о духовной природе данной проблемы, вспоминаешь мысль Ф. Достоевского, что душа человека – это поле, где диавол борется с Богом за обладание душой и властвование над ней. Человеческие нестроения навеяны отнюдь не Ангелом-хранителем, а злою силой, которая заинтере­сована в погублении человека. А это удобно делать через ссоры именно с близким человеком, так как с дальними мы редко встре­чаемся и большой выгоды диаволу от распрей с ними очень мало. Более того, напрашивается вывод, что вопреки бытующему мне­нию в спорах истина и взаимопонимание не рождаются.

«Обостренное» чувство «справедливости» толкает нас на дейст­вия, не имеющие ничего общего с христианской любовью и пото­му не приносящие успеха и пользы. Это вполне понятно, так как в силу своей греховности мы хорошо видим в глазу ближнего даже сучок (Мф. 7:3). Народная мудрость гласит: видел не видал, слы­шал не слыхал. Ее смысл: увидел, но не осудил. Но есть еще более высшая мудрость: увидел неладное – помолился.

Говоря же об истории, необходимо отметить также следующее наблюдение. Должную оценку тем или иным событиям историки дают спустя определенное время, делая ее беспристрастно. Это понятно, так как хорошее лучше видится издалека. Поэтому в ис­тории нужно, чтобы прошло время, необходимое для верного по­нимания и осмысления событий, чтобы перестал работать эффект близости.

Источник: Макарий (Веретенников), архим. Честнии друзи Божии. Сборник статей к 60-летию автора и к 15-летию его сотрудничества в журнале «Альфа и Омега». М., 2011.

[1] Памятники литературы Древней Руси: XII век. – М., 1980. С. 512-515; Древне­русские Патерики: Киево-Печерский Патерик. Волоколамский Патерик / Изд. подг. Л.А. Ольшевская и С.Н. Травников. – М., 1999. С. 35-36, 138-139.

[2] ПСРЛ. Т. 15. Ч. 1. – Пг. 1922. С. 143-146.

[3] Борисов Н.С. Политика Московских князей: Конец XIII — первая половина XIV века. – М., 1999. С. 39.

[5] Макарий (Веретенников), архим. Мысли о вере, традициях, обычаях, особенностях // Вышенский паломник. Православный журнал. – Рязань, 1998. № 2(7). С. 97.

Каждый электрик должен знать:  Срок эксплуатации аккумуляторных батарей какой
Добавить комментарий
Читайте также:

  1. I.1. Объяснение выбора темы. Цели и задачи работы
  2. II. ВЫБОР ТЕМЫ ДИПЛОМА
  3. IV. Типы с влиянием ладожского элемента
  4. XX.Выбор места за столом
  5. Автоматизация гостиниц: выбор системы
  6. Автомобили и Их Влияние на Чувство Территории
  7. Алгоритм выбора плавких предохранителей
  8. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОБЪЯСНЕНИЯ ЭФФЕКТА МЕТОДА СКРЫТЫХ ВОПРОСОВ
  9. Анализ выбора туроператором собственной или арендованной площади, собственного или привлеченного транспорта для турпоездок
  10. Анализ предвыборной ситуаци