Transmiyyon liniyalarında Cilt Etkisi
Cilt Effekti Təriflənir
İletim liniyalarında cilt effekti, AC elektrik akımı iletici yüzeyinə yığılıp, onun effektiv mukavemetini artırmağa meyllidir.
Cilt effekti, bir AC elektrik akımının ileticinin kesitində dengesiz dağılmasının tendensiyası kimi tərif olunur. Bu, akım yoğunluğunun ileticinin cildi yaxınlığında ən yüksək olan və eksponensial olaraq mərkəzə doğru azalan bir qayda ilə paylanır. Bu o deməkdir ki, ileticinin iç hissəsi, xarici hissədən daha az akım taşır, bu da ileticinin effektiv mukavemetini artırır.
Cilt effekti, akım axını üçün mövcud olan kesit sahəsini azaltır, bu da enerji zərərini və ileticinin istiləsini artırır. İletim liniyasının impedansını dəyişdirir, voltaj və akım paylanmasını təsirləyir. Bu effekt, yüksək frekvanslar, böyük iletici çapları və aşağı ileticiyyətlərlə birgə intensivləşir.
Cilt effekti, DC sistemlərində (doğu elektrik akımı) baş vermir, çünki akım ileticinin tam kesitində ümumi şəkildə yayılır. Amma, müxtəlif radyo və mikrodalga sistemləri kimi yüksək frekvanslı AC (alternativ elektrik akımı) sistemlərində, cilt effekti, iletim liniyalarının və digər komponentlərin dizayn və təhlili üzərində nəticəvi təsir edə bilər.
Cilt Effektinin Səbəbləri
Cilt effekti, AC elektrik akımı tərəfindən yaratılan maqnit sahənin iletici ilə müntazamlaşması səbəbindən baş verir. Aşağıda göstərilən şəkilə görə, bir AC elektrik akımı silindrik ileticidən keçdiyi zaman, ileticinin etrafında və içində bir maqnit sahə yaradır. Bu maqnit sahənin istiqaməti və miqdarı, AC elektrik akımının frekvansına və amplituduna görə dəyişir.
Faradayın elektromaqnit induksiyasının qanunu əsasında, dəyişən bir maqnit sahə, ileticide bir elektrik sahə indük edir. Bu elektrik sahə, növbəsində, orijinal AC elektrik akımına qarşı olan bir eddy akım (eddy current) adlanan akımı indük edir. Eddy akımları ileticinin içində dairəvi şəkildə dolaşır və orijinal AC elektrik akımına qarşı təsir edir.
Eddy akımları, ileticinin mərkəzində, orijinal AC elektrik akımı ilə daha çox maqnit flux bağlantısı olan yerlərdə daha güclüdür. Buna görə, onlar daha yüksək qarşı elektrik sahəsi yaratır və mərkəzdəki net akım yoğunluğunu azaldır. Başqa tərəfdən, ileticinin səthində, orijinal AC elektrik akımı ilə daha az maqnit flux bağlantısı olan yerlərdə, daha zəif eddy akımları və daha aşağı qarşı elektrik sahəsi var. Buna görə, səthdə daha yüksək net akım yoğunluğu var.
Bu hadisə, ileticinin kesitində akımın dengesiz paylanması nəticəsində ortaya çıxır. Səthdən daha çox akım, mərkəzə yaxın daha az akım axır. Bu, iletim liniyalarında cilt effekti kimi tanınır.
Cilt Effektinin Kvantifikasiya Olunması
Cilt effekti, cilt səviyyəsi (skin depth) və ya δ (delta) kimi kvantifikasiya oluna bilər. Cilt səviyyəsi, ileticinin səthinin altında, akım yoğunluğunun səthdəkinin təxminən 37%-inə düşən hündürlükdür. Kiçik bir cilt səviyyəsi, daha ciddi cilt effektini göstərir.
Cilt səviyyəsi, aşağıdakı faktorlardan asılıdır:
AC elektrik akımının frekvansı: Yüksək frekvans, maqnit sahədə daha sürətli dəyişikliklər və daha güclü eddy akımları deməkdir. Buna görə, cilt səviyyəsi, frekvans artıqca azalır.
İleticinin ileticiyyəti: Yüksək ileticiyyət, aşağı mukavemet və eddy akımlarının daha asan axını deməkdir. Buna görə, cilt səviyyəsi, ileticiyyət artıqca azalır.
İleticinin permeabilitəsi: Yüksək permeabilitə, daha çox maqnit flux bağlantısı və daha güclü eddy akımları deməkdir. Buna görə, cilt səviyyəsi, permeabilitə artıqca azalır.
İleticinin forması: Fərqli forması, fərqli geometrik faktorlarla maqnit sahə paylanmasını və eddy akımlarını təsirləyir. Buna görə, cilt səviyyəsi, ileticinin fərqli formaları ilə dəyişir.
Dairəvi kesitli silindrik ileticinin cilt səviyyəsini hesablamaq üçün düstur:
δ - cilt səviyyəsi (metr)
ω - AC elektrik akımının dövrəvi frekvansı (sekund başına radian)
μ - ileticinin permeabilitəsi (henri metr)
σ - ileticinin ileticiyyəti (siemens metr)
Məsələn, 10 MHz-da işləyən dairəvi kesitli bir mis ileticisi üçün, cilt səviyyəsi:
Bu, bu frekvansda ileticinin səthindən 0.066 mm qədər inci bir tabaka əksər hissəni axıttıqlarını göstərir.
Cilt Effektinin Azaldılması
Cilt effekti, iletim liniyalarında aşağıdakı problemlərə səbəb olabilir:
Enerji zərərlərinin və ileticinin istiləsinin artması, bu da sistemin effektivliyini və inkişaf etməsini azaldır.
İletim liniyanın impedansının və voltaj düşməsinin artması, bu da signal keyfiyyətini və enerji təminatını təsirləyir.
İletim liniyasından gələn artıq elektromaqnit təsir və radyasiya, bu da yaxınlıqdakı qurular və şəbəkələri təsirləyir.
Buna görə, iletim liniyalarında cilt effektini mümkün qədər azaltmaq istənilir. Cilt effektini azaltmaq üçün istifadə edilə bilən bəzi üsullar:
Daha yüksək ileticiyyət və aşağı permeabilitəli ileticilərdən, məsələn, mis və ya gümüş, demir və ya çelik əvəzinə istifadə etmək.
Kiçik diametr və ya kesit sahəsi olan ileticilərdən istifadə etmək, səth və mərkəz akım yoğunluğunda fərqin azalmasına kömək edir.
Tək blok ileticilər əvəzinə, telələr və ya örfələrden ibarət ileticilərdən istifadə etmək, ileticinin effektiv səth sahəsini artırır və eddy akımlarını azaldır. Litz wire adlandırılan xüsusi bir tək blok iletici, telərinin uzunluğunda fərqli pozisiyalarda yerləşməsi ilə cilt effektini minimuma endirir.
Tək blok ileticilər əvəzinə boş və ya tüplü ileticilərdən istifadə etmək, ileticinin ağırlığını və qiymətini azaltda, performansını ciddi şəkildə təsirləməz. Cilt effektinə görə, ileticinin boş hissəsi çox akım axıttamır, beləliklə, onu aradan qaldırmaqla akım axını təsirlənmir.
Bir ileticinin əvəzinə bir neçə paralel ileticidən istifadə etmək, ileticinin effektiv kesit sahəsini artırır və mukavemetini azaldır. Bu metod, bundling və ya transpozisiya kimi də tanınır.
AC elektrik akımının frekvansını azaltmaq, cilt səviyyəsini artırır və cilt effektini azaldır. Amma, bazı yüksək frekvanslı signal tələb edən tətbiqlər üçün bu praktik olmayacaq.
Nəticə
Cilt effekti, AC elektrik akımı ileticide axıttıqda iletim liniyalarında baş verən bir hadisədir. Bu, ileticinin kesitində akımın dengesiz paylanması və səthdən daha çox akımın axını nəticəsində ortaya çıxır. Bu, ileticinin effektiv mukavemetini və impedansını artırır və effektivliyini və performansını azaldır.
Cilt effekti, ileticinin frekvansı, ileticiyyəti, permeabilitəsi və formasına asılıdır. Bu, cilt səviyyəsi adlanan bir parametrlə kvantifikasiya oluna bilər. Cilt səviyyəsi, ileticinin səthinin altında, akım yoğunluğunun səthdəkinin 37%-inə düşən hündürlükdür.
Cilt effekti, daha yüksək ileticiyyət və aşağı permeabilitəli ileticilərdən, kiçik diametr və ya kesit sahəsi olan ileticilərdən, telələr və ya örfələrden ibarət ileticilərdən, boş və ya tüplü ileticilərdən, bir neçə paralel ileticilərdən və ya aşağı frekvanslı AC elektrik akımından istifadə edərək azalılabilir.
Cilt effekti, AC elektrik akımını istifadə edən iletim liniyaları və digər komponentlərin dizayn və təhlili üzərində təsir edən elektrik mühəndisliyində əhəmiyyətli bir konseptdir. Fərqli tətbiqlər və frekvanslar üçün uyğun ileticinin növ və ölçüsünü seçərkən nəzərə alınmalıdır.
