Активные потери энергии в электрических аппаратах

В аппаратах постоянного тока нагрев происходит только за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи. Энергия выделяемая в проводнике:

где k_доб – коэффициент добавочных потерь, вызванных поверхностным эффектом и эффектом близости.

Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.

Переменный ток, текущий по проводнику, создает переменное магнитное поле, которое, пересекая тело проводника, наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС создает вихревые токи, которые геометрически суммируются с основным переменным током. В результате наибольшая плотность тока наблюдается на поверхности проводника (поверхностный эффект). По мере перемещения к центру плотность тока быстро падает. Чем больше частота тока и меньше удельное сопротивление проводника, тем сильнее проявляется поверхностный эффект. Из-за наличия поверхностного эффекта при большом сечении проводника применяются проводники трубчатого или коробчатого сечения.

Магнитное поле соседнего проводника пересекает данный проводник и наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС создает ток в теле проводника, который геометрически складывается с основным током (эффект близости). В результате ток по сечению распределяется неравномерно. Как и поверхностный эффект, эффект близости усиливается с увеличением частоты тока и электрической проводимости материала.

При переменном токе появляются активные потери в ферромагнитных конструкционных деталях, расположенных в переменном магнитном поле. Переменный магнитный поток пересекает ферромагнитные детали, и в них наводятся вихревые токи. Вихревые токи могут нагревать эти детали до высоких температур и создавать дополнительные потери энергии.

Кроме потерь от вихревых токов возникают дополнительные потери на перемагничивание ферромагнитного материала за счет гистерезиса.

В аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниковых и ферромагнитных материалах необходимо учитывать потери в изоляции проводов и изолирующих деталях. Изоляция аппарата нагревается за счет как этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.