Osnove elektrotehnike II, udžbenik - Ljubomir Malešević

OSNOVE ELEKTROTEHNIKE II 25
3. TROŠILO U KRUGU IZMJENIČNE STRUJE
Istosmjerne mreže su električni krugovi sastavljeni kao složene mreže izvora EMS-a i/ili strujnih
izvora i različitih kombinacija otpornika. Kondenzatori kapacitivnosti C u takvim mrežama, po
završetku prijelazne pojave, predstavljaju prekid strujnog kruga. Svitci induktivnosti L zanemariva
otpora R predstavljaju kratki spoj, ako kroz njih teče istosmjerna struja. Izmjenične struje i naponi su
vremenski promjenljive veličine koje uzrokuju sasvim drukčije ponašanje kondenzatora, svitka pa i
otpornika pod određenim uvjetima. Stoga izmjenične mreže osim izvora sadrže i pasivne elemente koji
predstavljaju otpor protjecanju izmjenične struje, a to su djelatni, induktivni i kapacitivni otpori.
3.1. Djelatni otpor
Protjecanje struje kroz vodič izaziva gubitke energije zbog zagrijavanja vodiča. Otpor jednog te istog
vodiča za izmjeničnu struju veći je nego za istosmjernu. Omski otpor je otpor kod protjecanja
istosmjerne struje, a djelatni (aktivni) otpor je otpor kod protjecanja izmjenične struje.
Povišenje djelatnog otpora u odnosu na omski objašnjava se time što izmjenično elektromagnetsko
polje izaziva u vodičima i oko njih niz fizikalnih pojava vezanih s dopunskim gubitcima energije.
Istosmjerna struja je ravnomjerno raspoređena po poprečnom presjeku vodiča, tj. gustoća joj je
konstantna. Izmjenična struja se neravnomjerno raspoređuje po poprečnom presjeku. Gustoća
struje u središnjim dijelovima vodiča manja je nego u području uz površinu vodiča. Magnetsko
polje proizvedeno izmjeničnom strujom generira elektromotornu silu koja stvara vrtložne struje, a
one djeluju protiv uzroka koji ih je izazvao. Posljedica stvaranja vrtložnih struja je otiskivanje
izmjenične struje prema površini vodiča. Ova efektivna redukcija površine kroz koju teče struja
uzrokuje povećanje otpora. Fenomen se zove površinski ili skin (koža) efekt. Tendencija porasta
otpora postaje jako izražena na višim frekvencijama (f > 10 4 Hz), a kod ultravisokih frekvencija i
otpor postaje ekstremno velik. Primjerice bakrena žica s promjerom od 1 mm za frekvenciju
izmjenične struje od 1 MHz ima otpor četiri puta veći od otpora za istosmjernu struju.
Prikaz skin efekta na segmentu vodiča dan je na Slici 3.1.
Slika 3.1 – Skin efekt na segmentu vodiča
Izmjenično magnetsko polje stvara vrtložne struje u kompaktnim vodljivim masama, kao što su
svitci s feromagnetskim jezgrama, jezgre transformatora, elektromagneta i dr., što zbog
zagrijavanja stvara energetske gubitke. U ekvivalentnim shemama ti se gubitci prikazuju kao
dodatni gubitci na odgovarajućem djelatnom otporu.