Naskórkowość

Naskórkowość (ang. skin effect) to zjawisko występujące w obwodach prądu przemiennego, w którym gęstość prądu jest większa przy powierzchni przewodnika niż w jego wnętrzu. W rezultacie, efektywna rezystancja AC przewodnika wzrasta, co prowadzi do strat mocy. Zjawisko to charakteryzuje głębokość wnikania, zależna od rezystywności, przenikalności magnetycznej oraz częstotliwości prądu.

Przyczyna powstawania

Naskórkowość wynika z interakcji pola magnetycznego i elektrycznego. Prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne, które indukuje prądy wtórne w przeciwnym kierunku. To zjawisko zmniejsza gęstość prądu wewnątrz przewodnika, co prowadzi do jego charakterystycznego rozkładu.

Głębokość wnikania pola

Rozkład pola elektromagnetycznego w przewodniku opisuje równanie dyfuzji magnetycznej. Głębokość wnikania (δ) definiuje odległość, na której gęstość prądu osiąga wartość ok. 37% maksymalnej. Może być opisana równaniem:

$delta=sqrtfrac{2rho}{omegamu}.$

Gdzie: $rho$ – rezystywność, $mu$ – przenikalność magnetyczna, $omega$ – pulsacja kątowa.

Wpływ naskórkowości na rezystancję i indukcyjność

Naskórkowość wpływa na rezystancję zastępczą przewodnika. Rezystancję AC można obliczyć, zakładając stałą gęstość prądu na powierzchni. Zmiany w naskórkowości wpływają również na indukcyjność, co można zaobserwować w przewodach koncentrycznych.

Eliminacja negatywnego wpływu naskórkowości

Aby zminimalizować skutki naskórkowości, stosuje się różne rozwiązania konstrukcyjne, takie jak:

Wykonanie żył przewodów z wiązki cienkich przewodów.
Użycie licy w elektronice mocy.
Wzbudniki do nagrzewania indukcyjnego wykonane z odpowiednich rur.

Zjawisko naskórkowości w silnikach indukcyjnych

W silnikach indukcyjnych klatkowych naskórkowość wpływa na rozkład prądu podczas rozruchu, co zwiększa rezystancję prętów klatki i ogranicza prąd pobierany przez silnik.