Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Индуктивность/Что такое «скин-эффект»?: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 3: | Строка 3: | ||
{{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.]] | |||
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): | |||
[[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.]] | |||
== 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): | |||
[[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).]] | |||
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" | |||
|- | |||
| | '''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.]] | |||
=См.также= | =См.также= |
Версия от 10:21, 9 июня 2021
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