Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Индуктивность/Что такое «скин-эффект»?: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
(не показано 9 промежуточных версий 1 участника) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
{{Блок/Панель навигации1 | |||
|заголовок=Реактанс и импеданс – Индуктивность | |||
|назад=Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Индуктивность/Особенности катушек индуктивности | |||
|вперед=Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Ёмкость | |||
}} | |||
{{Панель управления/Электроника}} | {{Панель управления/Электроника}} | ||
{{Перевод от valemak}} | {{Перевод от valemak}} | ||
{{Myagkij-редактор}} | {{Myagkij-редактор}} | ||
=<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-3/more-on-the-skin-effect/ www.allaboutcircuits.com - What Is the Skin Effect? ]</ref>= | =Что такое «скин-эффект»?<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-3/more-on-the-skin-effect/ www.allaboutcircuits.com - What Is the Skin Effect? ]</ref>= | ||
==Глубина скин-слоя меди в электротехнике== | |||
Из прошлой лекции мы знаем, [[скин-эффект]] заключается в том, что переменный ток течёт не через всё поперечное сечение проволоки, а ограничено проходит по краю вблизи поверхности провода. | |||
Это ограничивает эффективную (т.е. используемую с этой целью) площадь поперечного сечения проводника, доступную для переноса переменного электронного потока. Что в свою очередь увеличивает сопротивление проводника. Оно выше, чем было бы для обычного постоянного тока: | |||
[[File:Скин-эффект глубина скин-слоя уменьшается с увеличением частоты тока_1_09062021_1017.jpg|frame|center|'''Рис. 1.''' Скин-эффект: глубина скин-слоя уменьшается с увеличением частоты тока.|alt=Рис. 1. Скин-эффект: глубина скин-слоя уменьшается с увеличением частоты тока.]] | |||
Электрическое сопротивление проводника, когда используется вся площадь поперечного сечения, известно как «сопротивление постоянному току». «Сопротивление переменному току» для того же проводника имеет более высокое значение, как раз из-за скин-эффекта. | |||
Как видите, при высоких частотах переменный ток не проходит через бо́льшую часть поперечного сечения проводника. А это значит, что с тем же успехом можно использовать и полый провод! | |||
== Полые проводники в высокочастотных приложениях == | |||
В некоторых радиоприложениях (особенно в антеннах) используется этот эффект. Поскольку переменный ток, генерирующий радиочастоты, в любом случае не проходит через центр сечения проводника, почему бы не использовать полые металлические стержни вместо сплошных металлических проводов – ведь тогда можно сэкономить как на весе, так на и стоимости? | |||
По этой причине большинство антенных конструкций и высокочастотных силовых проводов изготовлены из полых металлических трубок. | |||
На фотографии можно увидеть большие по размерам [[катушки индуктивности]], используемые в радиопередающей цепи мощностью 50 кВт. [[Индуктор]]ы представляют собой полые медные трубки, покрытые [[серебро]]м (которое обеспечивает повышенную проводимость для [[скин-эффект]]а): | |||
[[File:Катушки индуктивности большой мощности, сформированные из полых трубок_2_09062021_1017.jpg|frame|center|'''Рис. 2.''' Катушки индуктивности большой мощности, сформированные из полых трубок.|alt=Рис. 2. Катушки индуктивности большой мощности, сформированные из полых трубок.]] | |||
== Как калибр проволоки влияет на частоту и эффективное сопротивление == | |||
Степень, в которой частота влияет на эффективное сопротивление сплошного проводника, зависит от калибра самого провода. Как правило, на любой заданной частоте, проволока с большим сечением демонстрируют более выраженный скин-эффект (сопротивление от переменного тока в таких проводах изменяется сильнее), чем провода малого калибра. | |||
Уравнение для аппроксимации [[скин-эффект]]а на высоких частотах (более 1 МГц): | |||
[[File:Формула для вычисления сквозного сопротивления (характеризующего скин-эффект)_3_09062021_1018.png|frame|center|'''Рис. 3.''' Формула для вычисления сквозного сопротивления (характеризующего скин-эффект).|alt=Рис. 3. Формула для вычисления сквозного сопротивления (характеризующего скин-эффект).]] | |||
{{ads2}} | |||
В таблице приведены приблизительные значения коэффициента «k» для различных размеров круглой проволоки. Коэффициенты «k» приведены исходя из стандарта [[AWG]] (т.н. американский калибр проводов - American Wire Gauge). | |||
{| class="wikitable" style="margin:0 auto" | |||
|- | |||
! Калибр провода | |||
! Коэффициент k | |||
! Калибр провода | |||
! Коэффициент k | |||
|- | |||
| | 4/0 | |||
| | 124,5 | |||
| | 8 | |||
| | 34,8 | |||
|- | |||
| | 2/0 | |||
| | 99,0 | |||
| | 10 | |||
| | 27,6 | |||
|- | |||
| | 1/0 | |||
| | 88,0 | |||
| | 14 | |||
| | 17,6 | |||
|- | |||
| | 2 | |||
| | 69,8 | |||
| | 18 | |||
| | 10.9 | |||
|- | |||
| | 4 | |||
| | 55,5 | |||
| | 22 | |||
| | 6,86 | |||
|- | |||
| | 6 | |||
| | 47,9 | |||
| | - | |||
| | - | |||
|- | |||
|} | |||
Например, посчитаем эффективное сопротивление переменному току 2,182 кОм на частоте 10 МГц, если длина провода 10-го калибра имеет сквозное сопротивление постоянному току 25 Ом: | |||
[[File:Пример расчёта эффективного сопротивления постоянному току_4_09062021_1018.jpg|frame|center|'''Рис. 4.''' Пример расчёта эффективного сопротивления постоянному току.|alt=Рис. 4. Пример расчёта эффективного сопротивления постоянному току.]] | |||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
Строка 15: | Строка 95: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника}} | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
{{ | |||
{{Блок/Панель навигации1 | |||
|заголовок=Реактанс и импеданс – Индуктивность | |||
|назад=Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Индуктивность/Особенности катушек индуктивности | |||
|вперед=Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Ёмкость | |||
}} | |||
[[Категория:Переменный ток]] | |||
[[Категория:Реактанс и импеданс – Индуктивность]] | |||
[[Категория:Что такое «скин-эффект»]] | |||
[[Категория:Скин-эффект]] | |||
[[Категория:Теория]] | |||
[[Категория:Теория по электронике]] |
Текущая версия от 21:41, 22 мая 2023
Что такое «скин-эффект»?[1]
Глубина скин-слоя меди в электротехнике
Из прошлой лекции мы знаем, скин-эффект заключается в том, что переменный ток течёт не через всё поперечное сечение проволоки, а ограничено проходит по краю вблизи поверхности провода.
Это ограничивает эффективную (т.е. используемую с этой целью) площадь поперечного сечения проводника, доступную для переноса переменного электронного потока. Что в свою очередь увеличивает сопротивление проводника. Оно выше, чем было бы для обычного постоянного тока:
Электрическое сопротивление проводника, когда используется вся площадь поперечного сечения, известно как «сопротивление постоянному току». «Сопротивление переменному току» для того же проводника имеет более высокое значение, как раз из-за скин-эффекта.
Как видите, при высоких частотах переменный ток не проходит через бо́льшую часть поперечного сечения проводника. А это значит, что с тем же успехом можно использовать и полый провод!
Полые проводники в высокочастотных приложениях
В некоторых радиоприложениях (особенно в антеннах) используется этот эффект. Поскольку переменный ток, генерирующий радиочастоты, в любом случае не проходит через центр сечения проводника, почему бы не использовать полые металлические стержни вместо сплошных металлических проводов – ведь тогда можно сэкономить как на весе, так на и стоимости?
По этой причине большинство антенных конструкций и высокочастотных силовых проводов изготовлены из полых металлических трубок.
На фотографии можно увидеть большие по размерам катушки индуктивности, используемые в радиопередающей цепи мощностью 50 кВт. Индукторы представляют собой полые медные трубки, покрытые серебром (которое обеспечивает повышенную проводимость для скин-эффекта):
Как калибр проволоки влияет на частоту и эффективное сопротивление
Степень, в которой частота влияет на эффективное сопротивление сплошного проводника, зависит от калибра самого провода. Как правило, на любой заданной частоте, проволока с большим сечением демонстрируют более выраженный скин-эффект (сопротивление от переменного тока в таких проводах изменяется сильнее), чем провода малого калибра.
Уравнение для аппроксимации скин-эффекта на высоких частотах (более 1 МГц):
В таблице приведены приблизительные значения коэффициента «k» для различных размеров круглой проволоки. Коэффициенты «k» приведены исходя из стандарта AWG (т.н. американский калибр проводов - American Wire Gauge).
Калибр провода | Коэффициент k | Калибр провода | Коэффициент k |
---|---|---|---|
4/0 | 124,5 | 8 | 34,8 |
2/0 | 99,0 | 10 | 27,6 |
1/0 | 88,0 | 14 | 17,6 |
2 | 69,8 | 18 | 10.9 |
4 | 55,5 | 22 | 6,86 |
6 | 47,9 | - | - |
Например, посчитаем эффективное сопротивление переменному току 2,182 кОм на частоте 10 МГц, если длина провода 10-го калибра имеет сквозное сопротивление постоянному току 25 Ом:
См.также
Внешние ссылки
- Страницы, на которых используется шаблон "Блок/Панель навигации1"
- Электроника
- Перевод:valemak
- Перевод от valemak
- Перевёл valemak
- Проверка:myagkij
- Оформление:myagkij
- Редактирование:myagkij
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Переменный ток
- Реактанс и импеданс – Индуктивность
- Что такое «скин-эффект»
- Скин-эффект
- Теория
- Теория по электронике