- Эффект близости и другие эффекты, связанные с поверхностным
Эффектом близости называется явление неравномерного распределения тока по поперечному сечению ТЭ, обусловленное магнитным полем тока, проходящего по расположенному рядом другому ТЭ.
Объяснить эффект близости можно по-разному, а именно:
- В сплошном ТЭ (рис. 1.6, а) вследствие поверхностного эффекта наибольшая плотность тока наблюдается вблизи боковой поверхности ТЭ. Если этот ТЭ разрезать по диаметру на две половины, изолировав их друг от друга, то распределение тока и магнитного потока не изменится. Однако в данном случае уже будет не один ТЭ, а два, и тогда говорят об эффекте близости, т. е. об увеличении плотности тока на внешних краях ТЭ при одинаковом направлении токов в ТЭ. Предполагается, что материал ТЭ немагнитный. В ферромагнетиках уже при небольшом расстоянии между ТЭ произойдет перераспределение магнитных потоков, ослабляющее эффект близости (рис. 1.6,б). При значительном увеличении расстояния эффект близости ослабляется и у немагнитных ТЭ.
Рис. 1.6. Эффект близости в немагнитных (а) и магнитных (б) ТЭ
Рис. 1.7. Эффект близости при противоположном (а) и одинаковом (б) направлении токов в шинах
- По двум ТЭ 1 и 2, расположенным параллельно друг другу (рис. 1.7,а), проходят токи I1 и I2 противоположных направлений. Магнитный поток Ф21, образованный током I1 и
пронизывающий ТЭ 2, наводит в ТЭ 2 индукционные вихревые токи Iи, которые согласно правилу Ленца стремятся ослабить вызвавший их синусоидальный магнитный поток Ф21. Их направление противоположно направлению, указываемому правилом буравчика. На участках ТЭ 2, расположенных ближе к ТЭ 7, индукционные токи Iи складываются с током I2, а на противоположных — вычитаются из тока I2. Это приводит к неравномерному распределению тока по поперечному сечению ТЭ, в результате чего наиболее нагруженными оказываются стороны ТЭ, обращенные друг к другу.
При одинаковом направлении токов I1 и I2 на внутренних, обращенных друг к другу сторонах плотность тока оказывается меньше, чем на внешних сторонах (рис. 1.7,б).
- При противоположном направлении токов в ТЭ магнитный поток Φ1, сцепленный с нитями тока АВ и CD на внутренних краях, меньше, чем магнитный поток Ф2, сцепленный с нитями тока KL и MN на внешних краях (рис. 1.8). Поэтому на внутренних краях меньше электродвижущая сила электромагнитной индукции, препятствующая току. Стало быть, при встречных токах плотность тока на внутренних краях больше, чем на внешних.
Рис. 1.8. Эффект близости при противоположном направлении токов в шинах
Различают резко выраженный и нерезко выраженный эффект близости. При резко выраженном эффекте близости весь ток сосредоточен в тонком слое у поверхности ТЭ и распределение тока аналогично распределению заряда в системе заряженных проводников в электростатике. При нерезко выраженном эффекте близости наблюдается более сложная картина.
При несинусоидальных периодических токах наличие высших гармоник приводит к усилению поверхностного эффекта и эффекта близости. Поверхностный эффект и эффект близости проявляются и в цепях постоянного тока в момент включения. При отключении этих цепей наблюдается обратное явление, т. е. плотность тока на поверхности ТЭ оказывается меньше, чем внутри него.
В выступающих частях ТЭ плотность тока обычно велика. Иногда с целью ее уменьшения стремятся увеличить индукционную составляющую напряжения, располагая около выступающих частей магнитопроводы, что приводит к более равномерному распределению тока.
Эффект близости в цилиндрических катушках вызывает катушечный эффект, при котором наибольшая плотность тока наблюдается на внутренних поверхностях витков.
В дисковых катушках проявляется междувитковый эффект, заключающийся в том, что плотность тока на внутренних поверхностях витков оказывается большей, чем на внешних, где плотность тока при большой частоте может даже быть направлена против основного тока.
В ТЭ сложной формы неравномерное распределение тока наблюдается и при переменном и при постоянном токе. А это заметно усложняет математический аппарат, необходимый для вычисления распределения тока.
