Efecto de superficie y efecto de proximidad

La resistencia del conductor a la corriente continua está determinada por la conocida fórmula ro =ρl / S.

Esta resistencia también se puede determinar conociendo la magnitud de la corriente constante IО y la potencia PO:

ro = PO / AzO2

Resulta que en un circuito de corriente alterna, la resistencia r del mismo conductor es mayor que la resistencia de corriente constante: r> rО

Esta resistencia r en contraste con la resistencia de corriente continua rO y se llama resistencia activa. El aumento de la resistencia del cable se explica por el hecho de que con la corriente alterna, la densidad de corriente no es la misma en diferentes puntos de la sección transversal del cable. Tengo superficies conductoras, la densidad de corriente es mayor que con corriente continua y el centro es más pequeño.

A alta frecuencia, las irregularidades aparecen tan bruscamente que la densidad de corriente en una pureza central significativa de la sección transversal del conductor es prácticamente cero. La corriente pasa solo en la capa superficial, por lo que este fenómeno se denomina efecto de superficie.

Así, el efecto de superficie conduce a una reducción de la sección del conductor por el que circula la corriente (sección activa), y por tanto a un aumento de su resistencia con respecto a la resistencia de la corriente continua.

Para explicar la causa del efecto de superficie, imagine un conductor cilíndrico (Fig. 1), que consta de una gran cantidad de conductores elementales de la misma sección transversal, muy próximos entre sí y dispuestos en capas concéntricas.

Las resistencias de estos cables a la corriente continua, encontradas por la fórmula ρl / S, serán las mismas.

Arroz. 1. El campo magnético de un conductor cilíndrico.

Una corriente eléctrica alterna crea un campo magnético alterno alrededor de cada cable (Fig. 1). Evidentemente, el conductor elemental situado más cerca del eje está rodeado por un gran conductor superficial de flujo magnético, por lo que el primero tiene una inductancia y una reactancia inductiva superiores a las del segundo.

Con el mismo voltaje en los extremos de los cables elementales de longitud l ubicados a lo largo del eje y en la superficie, la densidad de corriente en el primero es menor que en el segundo.

Diferencia v la densidad de corriente a lo largo del eje y a lo largo de la periferia del conductor aumenta con un aumento en el diámetro del conductor d, la conductividad del material γ, la permeabilidad magnética del material μ y la frecuencia de CA.

La relación de la resistencia activa de un conductor r a su resistencia en. la corriente continua rО se denomina coeficiente de efecto pelicular y se denota con la letra ξ (xi), por lo tanto, el coeficiente ξ se puede determinar a partir del gráfico de la fig. 2, que muestra la dependencia de ξ del producto d y √γμμое.

Arroz. 2. Tabla para la determinación del coeficiente de efecto pelicular.

Al calcular este producto, d debe expresarse en cm, γ — en 1 / ohm-cm, μo — v gn/ cm y f = en Hz.

Un ejemplo. Es necesario determinar el coeficiente del efecto piel para I soy un conductor de cobre con un diámetro de d= 11,3 mm (S = 100 mm2) a una frecuencia de f = 150 Hz.

Buen trabajo.

Según el gráfico de la fig. 2 encontramos ξ = 1.03

La densidad de corriente desigual en un conductor también ocurre debido a la influencia de las corrientes en los conductores vecinos. Este fenómeno se denomina efecto de proximidad.

Teniendo en cuenta el campo magnético de las corrientes en la misma dirección en dos conductores paralelos, es fácil demostrar que los conductores elementales que pertenecen a conductores diferentes, que están más alejados entre sí, están conectados con el flujo magnético más pequeño, por lo tanto, la densidad de corriente en ellos es el más alto. Si las corrientes en los cables paralelos tienen diferentes direcciones, se puede demostrar que se observa una alta densidad de corriente en aquellos cables elementales que pertenecen a diferentes cables que están más cerca entre sí.