Феномен збліжэння

З’ява збліжэння ў двух круглых медных правадах. Відаць размеркаванне шчыльнасці току. Ток амплітуднай сілай 10 А і частатой 20 кГц цячэ ў процілеглых напрамках. Дыяметр дроту 2 мм, адлегласць паміж іх цэнтрамі 3 мм.

Феномен збліжэння (эфект блізкасці) — з’ява, якая ўзнікае ў сістэме з двух і больш праваднікоў, па якіх праходзіць пераменны ток. Часцей за ўсё гэта адбываецца разам з эпідэрмальныя з’явай. Дзякуючы ўзаемадзеянню паміж праваднікамі змяняецца размеркаванне шчыльнасці току . Калі токі, якія цякуць у суседніх правадах, маюць процілеглы накірунак, то носьбіты току прыцягваюцца (збліжаюцца) а шчыльнасць току ўзрастае ў найбольш блізкіх адзін да аднаго частках правадоў. Калі токі ў правадах маюць аднолькавы кірунак, зарады адштурхваюцца і шчыльнасць току найбольшая ў тых частках правадоў, якія найбольш аддалены адзін ад аднаго. З’ява блізкасці ўплывае на эфектыўнае супраціўленне кабеляў пераменнаму току і, такім чынам, на страты магутнасці, якія адбываюцца ў іх.

Прычына з’явы

Механізм утварэння феномену падобны да механізму ўтварэння скінападобнага феномену. У скін-эфекце феномене бягучага току стварае магнітнае поле, якое затым уплывае на яго размеркаванне. У з’яве блізкасці магнітнае поле, якое ствараецца адным провадам, уплывае на размеркаванне току провада, размешчанага побач з ім ^[1] .

Феномен блізкасці — шчыльнасць току ў дзвюх паралельных плоскіх пласцінах, у якіх токі цякуць у процілеглых кірунках

Магнітнае поле, якое ствараецца провадам з токам, падпарадкоўваецца закону магнітнай дыфузіі ў адпаведнасці з ураўненнямі Максвела ^[2] . Гэта поле пранікае ў провад, які яго стварае, а таксама ў правады, размешчаныя паблізу (у межах уздзеяння магнітнага поля) на глыбіню, якая называецца глыбінёй пранікнення, вызначанай формулай ^[3] :

${\displaystyle \delta ={\sqrt {\frac {1}{\pi f\mu \sigma }}},}$

Дзе:

${\displaystyle f}$ — частата току,

${\displaystyle \mu }$ — магнітная пранікальнасць (абсалютная),

${\displaystyle \sigma }$ — электраправоднасць кабеля (адваротная ўдзельнаму супраціўленню).

З’ява збліжэння ў плоскіх пласцінах

З’ява блізкасці ў чатырох паралельных правадах з токам, які цячэ ў адным кірунку

іЗ’ява блізкасці можа быць апісана матэматычна на прыкладзе двух правадоў у выглядзе плоскіх пласцін ^[4] шырынёй ${\displaystyle w1=w2=w}$ бясконцай даўжыні і таўшчыні ${\displaystyle d1=d2=d}$ аддаленыя адзін ад аднаго на адлегласць ${\displaystyle 2\cdot s}$ (таўшчыня ў напрамку x, даўжыня ў напрамку y і шырыня ў напрамку z дэкартавай сістэмы каардынат). Калі ў пласцінах цякуць токі з аднолькавымі амплітудамі ${\displaystyle J_{m}}$ і супрацьлеглыя напрамкі (адпаведна ${\displaystyle y}$ і ${\displaystyle -y}$), то размеркаванне току ў гэтых правадах можна апісаць ураўненнем:

${\displaystyle J\left({x}\right)=\pm {\frac {k}{w}}\cdot J_{m}\cdot {\frac {\vert \cosh k\left({s+d\pm x}\right)\vert }{\sinh kd}},}$

Дзе:

${\displaystyle k={\frac {1}{\delta }}\left({1+j}\right).}$

Феномен блізкасці ў шматправадных сістэмах

З’ява блізкасці ў сістэме кааксіяльнага кабеля (бачная 1/4 папярочнага перасеку) — размеркаванне шчыльнасці току. Калі ток цячэ толькі ў вонкавым правадніку, найбольшая яго шчыльнасць прыпадае на вонкавы бок. Калі ва ўнутраным правадніку ток цячэ ў процілеглым кірунку, ток у вонкавым правадніку будзе рухацца да ўнутранай сценкі

У выпадку сістэмы з некалькімі праваднікамі ўзаемадзеянне будзе адбывацца паміж кожнай парай праваднікоў, для чаго магнітнае поле, створанае адным з праваднікоў, будзе ахопліваць другі праваднік. Прыкладам з’явы шматправаднага скін-эфекту з’яўляецца пучок кабеляў (ізаляваных або неізаляваных). З’ява блізкасці адбываецца паміж усімі кабелямі. Калі ток цячэ ў адным кірунку ва ўсіх кабелях пучка, то з-за эфекту блізкасці токі суседніх пучкоў будуць адштурхоўвацца адзін ад аднаго і, як следства, найбольшая шчыльнасць току будзе ў вонкавых правадах, таму што яны будуць ўзаемадзейнічаюць з іншымі кабелямі толькі аднабакова. Гэта з’ява таксама адносіцца да кабеляў тыпу літцэндрат. Каб забяспечыць раўнамернае размеркаванне току ў тарцы, у такім кабелі павінны быць належным чынам пераплецены, каб кожная жыла знаходзілася ў кожным магчымым становішчы адпаведна даўжыні. Гэта гарантуе, што эквівалентнае супраціўленне кожнай жылы аднолькавае, што раўнамерна размяркоўвае ток.

Эфект блізкасці з токамі, якія цякуць у адным кірунку

Эфект блізкасці з токамі, якія цякуць у процілеглых кірунках

З’ява блізкасці ў канцэнтрычных сістэмах

З’яўленне з’явы блізкасці ў кааксіяльных сістэмах вельмі цікава. Калі ў кабелі цячэ высокачашчынны ток, то з-за скін-эфекту найбольшая шчыльнасць току будзе ў вонкавай частцы кабеля. Але калі ў нутры яго размяшчана жыла з токам ідучым у процілеглым кірунку, то гэта прывядзе да перамяшчэння току ад знешняй часткі да ўнутранай з-за эфекту блізкасці. Гэта з’ява назіраецца ў некаторых сілавых трансфарматараў . У выніку можа адбыцца значнае змяненне не толькі супраціўлення сістэмы, але і індуктыўнасці .

Зноскі

1. Rajeev Bansal (ed.): Fundamentals of Engineering Electromagnetics. Boca Raton, Florida, USA: CRC Taylor & Francis Group, 2006, ss. 133–136. ISBN 0-8493-7360-3. 
2. Jean G. Van Badel: Electromagnetic Fields. Second Edition. Hoboken, New Jersey, USA: JohnWiley & Sons, Inc., 2007, ss. 277–282. ISBN 978-0-471-26388-3. 
3. Edward J. Rothwell Michael J. Cloud: Electromagnetics. Boca Raton, Florida, USA: CRC Press, 2007. ISBN 0-8493-1397-X. 
4. Maciej Krakowski: Elektrotechnika teoretyczna. Pole elektromagnetyczne. Warszawa: WNT, 1985, ss. 182–185. ISBN 83-01-11953-5.