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 16: | Строка 16: | ||
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: | 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.]] | [[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. | 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. | ||
Строка 30: | Строка 30: | ||
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): | 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.]] | [[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 == | == Как калибр проволоки влияет на частоту и эффективное сопротивление == | ||
Строка 38: | Строка 38: | ||
Уравнение для аппроксимации скин-эффекта на высоких частотах (более 1 МГц): | 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).]] | [[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}} | {{ads2}} | ||
Строка 46: | Строка 46: | ||
{| class="wikitable" style="margin:0 auto" | {| class="wikitable" style="margin:0 auto" | ||
|- | |- | ||
!! Калибр провода | |||
! Коэффициент k | |||
! Калибр провода | |||
! Коэффициент k | |||
|- | |- | ||
| | 4/0 | | | 4/0 |
Версия от 14:54, 23 июля 2022
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:
![Рис. 1. Скин-эффект: глубина скин-слоя уменьшается с увеличением частоты тока.](/ruwiki/images/a/a5/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%B3%D0%BB%D1%83%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%8F_%D1%83%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%8C%D1%88%D0%B0%D0%B5%D1%82%D1%81%D1%8F_%D1%81_%D1%83%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%D0%BC_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D1%8B_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0_1_09062021_1017.jpg)
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):
![Рис. 2. Катушки индуктивности большой мощности, сформированные из полых трубок.](/ruwiki/images/e/e6/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B8_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8_%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%88%D0%BE%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8%2C_%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B8%D0%B7_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8B%D1%85_%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%BE%D0%BA_2_09062021_1017.jpg)
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):
![Рис. 3. Формула для вычисления сквозного сопротивления (характеризующего скин-эффект).](/ruwiki/images/0/04/%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%28%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B7%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B5%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%29_3_09062021_1018.png)
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:
![](/ruwiki/images/7/70/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%87%D1%91%D1%82%D0%B0_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D1%83_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D1%83_4_09062021_1018.jpg)
См.также
Внешние ссылки