Yfirlagsáhrif í flutningslínum

Skinná áhrif skilgreind

Skinná áhrif í færsluvírum eru einkenni þar sem víxlaströmur samþykkast nálægt yfirborði leitarstrengsins, sem hefur áhrif á aukna virkni.

Skinná áhrif eru skilgreind sem það einkenni að víxlaströmur dreifist ójafnt yfir krossmál leitarstrengsins, þannig að strömmuþéttleiki er hæst nálægt yfirborði leitarstrengsins og minnkar hornalínulega inn í miðju. Þetta þýðir að innri hlutur leitarstrengsins fer meiri strömu en ytri hlutur, sem leiðir til auknar virkni leitarstrengsins.

Skinná áhrif minnka tiltæk krossmál fyrir strömulag, sem aukar aflgönguloss og hitun leitarstrengs. Þau breyta viðmiðu færsluvírs, sem hefur áhrif á spenna- og strömulag. Þessi áhrif stækka við hærra tíðni, stærri leitarstrengsdíametr og lægra geleðni.

Skinná áhrif koma ekki fyrir í beinstraumakerfum (DC), vegna þess að strömur fer jafnt um allt krossmál leitarstrengsins. En í víxlastreymi (AC) kerfum, sérstaklega þeim sem vinna við hærra tíðni eins og ráðkerfi og mikrohvarma kerfi, geta skinná áhrif haft mikil áhrif á hönnun og greiningu færsluvíra og annarra eininga.

Örver skinná áhrifa

Skinná áhrif eru orsakað af tvinnumagnsfeldi sem víxlaströmur mynda í leitarstrengnum sjálfan. Svo sem sýnt er í myndinni hér að neðan, þegar víxlaströmur fer í gegnum rúmkúpu leitarstrengs, myndar það tvinnumagnsfeldi um og inn í leitarstrenginn. Stefna og stærð þessa tvinnumagnsfelda breytast eftir tíðni og amplitúdu víxlaströmsins.

Samkvæmt Faraday's lögum um elektrómagnetsk orku, býr breyting á tvinnumagnsfeldi upp elektrófjöld í leitarstrengnum. Þessi elektrófjöld, í sínu sinni, byrja upp andstæða strömu í leitarstrengnum, sem kallast sveipaströmr. Sveipaströmar fara í kringum í leitarstrengnum og standa við upprunalega víxlaströmu.

Sveipaströmar eru sterkari nálægt miðju leitarstrengsins, þar sem þeir hafa meira tvinnumagnsfeldabinding við upprunalega víxlaströmu. Því bera þeir hærra andstæða elektrófjöld og minnka netto-strömustigið í miðju. Á öðru hándar, nálægt yfirborði leitarstrengsins, þar sem það er minna tvinnumagnsfeldabinding við upprunalega víxlaströmu, eru sveipaströmar svæðari og andstæða elektrófjöld lægri. Því er netto-strömustigið hærra á yfirborði.

Þetta einkenni leiðir til ójafns dreifingar ströms yfir krossmál leitarstrengs, meiri strömufer nálægt yfirborði en nálægt miðju. Þetta er kend skinná áhrif í færsluvírum.

Mæling skinná áhrifa

Skinná áhrif má mæla með skinnadypi eða δ (delta), sem er dýpið undir yfirborð leitarstrengsins þar sem strömustigið fellur til um 37% af gildinu á yfirborðinu. Minna skinnadypið bendir á sterka skinná áhrif.

Skinnadypið fer eftir mörgum möguleikum, svo sem:

Tíðni víxlaströmsins: Hærra tíðni merkir flýtur breytingar á tvinnumagnsfeldinu og sterkari sveipaströmur. Því minnkar skinnadypið eftir því að tíðnin stækkar.

Geleðni leitarstrengsins: Hærra geleðni merkir lægri viðmóti og auðveldara sveipaströmufer. Því minnkar skinnadypið eftir því að geleðnin stækkar.

Permeabilita leitarstrengsins: Hærra permeabilita merkir meira tvinnumagnsfeldabinding og sterkari sveipaströmur. Því minnkar skinnadypið eftir því að permeabilitan stækkar.

Form leitarstrengsins: Einkennandi form hafa mismunandi stærðfræðilegar möguleikar sem hafa áhrif á tvinnumagnsfeldadreifingu og sveipaströmur. Því breytist skinnadypið eftir mismunandi formum leitarstrengsins.

Formúlan fyrir reikning skinnadypis fyrir rúmkúpu leitarstreng með hringlaga krossmál er:

δ er skinnadypið (í metrum)

ω er hornatíðni víxlaströmsins (í radianum á sekúndu)

μ er permeabilita leitarstrengsins (í henryum á metrum)

σ er geleðni leitarstrengsins (í siemens á metrum)

Til dæmis, fyrir koparleitarstreng með hringlaga krossmál, sem starfar við 10 MHz, er skinnadypið:

Þetta merkir að einungis þynn laus 0,066 mm nálægt yfirborði leitarstrengsins fer mest strömu við þessa tíðni.

Lækkun skinná áhrifa

Skinná áhrif geta valdið mörgum vandamálum í færsluvírum, eins og:

• Aukinn aflgönguloss og hitun leitarstrengs, sem minnkar hagnýðni og trúaðleika kerfisins.

• Aukinn viðmóti og spennudropi færsluvírs, sem hefur áhrif á signalkvalit og aflgöngu.

• Aukinn tvinnumagnsgeymsla og útsending frá færsluvíri, sem geta haft áhrif á nærliggjandi tæki og kerfi.

Því er æskilegt að minnka skinná áhrif í færsluvírum eins mikið og mögulegt er. Sumar aðferðir sem geta verið notaðar til að minnka skinná áhrif eru:

• Notkun leitarstrengja með hærra geleðni og lægra permeabilita, eins og kopar eða silfur, í stað járn eða stál.

• Notkun leitarstrengja með minni díametra eða krossmál, sem minnkar muninn á strömustigi á yfirborði og miðju.

• Notkun strengja með flötavirkju eða flekkju snertingu í stað fasts leitarstrengs, sem aukar efstu flatarmál leitarstrengsins og minnkar sveipaströmur. Sérstakt tegund flötavirkju snertingu sem kallast litz snertingu er hönnuð til að minnka skinná áhrif með því að snúa snertunum á þann hátt að hver snertun fer í mismunandi stöðu í krossmálum yfir lengdina.

• Notkun hólka eða rúmkúpu leitarstrengs í stað fasts leitarstrengs, sem minnkar vægi og kostnað leitarstrengsins án að hafa miklar áhrif á virkni hans. Hólki hluti leitarstrengsins fer ekki mikið strömu vegna skinná áhrifa, svo hann getur verið tekinn af án að hafa áhrif á strömulag.

• Notkun margra samhliða leitarstrengja í stað einstakra leitarstrengs, sem aukar efstu krossmál leitarstrengsins og minnkar viðmóti hans. Þessi aðferð er einnig kend sem bundling eða transposition.

• Lækkun tíðni víxlaströmsins, sem aukar skinnadypið og minnkar skinná áhrif. En þetta gæti ekki verið mögulegt fyrir sumar forrit sem krefjast hár tíðnis.

Niðurstöður

Skinná áhrif eru einkenni sem kemur fyrir í færsluvírum þegar víxlaströmur fer í gegnum leitarstreng. Það valdar ójafn dreifingu ströms yfir krossmál leitarstrengs, meiri strömufer nálægt yfirborði en nálægt miðju. Þetta aukar virkni og viðmóti leitarstrengsins og minnkar hagnýðni og virkni hans.

Skinná áhrif fer eftir mörgum möguleikum, eins og tíðni, geleðni, permeabilita og form leitarstrengsins. Það má mæla með stuðli sem kallað er skinnadypi, sem er dýpið undir yfirborði þar sem strömustigið fellur til 37% af gildinu á yfirborðinu.

Skinná áhrif má minnka með ýmsum aðferðum, eins og notkun leitarstrengja með hærra geleðni og lægra permeabilita, minni díametra eða krossmál, flötavirkju eða flekkju snertingu, hólka eða rúmkúpu form, margra samhliða skipulag eða lágra tíðni.

Skinná áhrif eru mikilvægt hugmynd í raforkufrumal, sem hefur áhrif á hönnun og greiningu færsluvíra og annarra eininga sem nota víxlaströmur. Það ætti að taka tillit til þess við að velja rétt gerð og stærð leitarstrengs fyrir mismunandi forrit og tíðni.