Dūjas efekts pārvades līnijās

Apgalvots efekts definēts

Apgalvots efekts pārraides līnijās ir parādība, kur AC strāva koncentrējas virsnes tuvumā, palielinot tās efektīvo upurus.

Apgalvots efekts tiek definēts kā tendence, ka AC strāve nevienmērīgi sadala savā šķērsgriezienā, tā, ka strāvas blīvums ir augstāk virsnes tuvumā un eksponenciāli samazinās uz centrālo daļu. Tas nozīmē, ka vedņa iekšdaļa nes pārāk mazu strāvu salīdzinājumā ar ārējo daļu, kas rezultēt efektīvāka upura palielināšanos.

Apgalvots efekts samazina pieejamo šķērsgrieziena laukumu strāves plūsmai, palielinot enerģijas zaudējumus un vedņa sildīšanos. Tas maina pārraides līnijas impēdance, ietekmējot sprieguma un strāvas sadalījumu. Šis efekts pastiprinās ar augstākajiem frekvencēm, lielākiem vedņa diametriem un zemākiem vedņa lejupstrāvības rādītājiem.

Apgalvots efekts nepiecišamais DC sistēmās, jo strāva vienmērīgi plūst caur šķērsgrieziena visu daļu. Tomēr, AC sistēmās, īpaši tās, kas darbojas ar augstām frekvencēm, piemēram, radio un mikroviļņu sistēmas, apgalvots efekts var būtiski ietekmēt pārraides līniju un citu komponentu dizainu un analīzi.

Apgalvota efekta cēloņi

Apgalvots efekts izraisa interakcija starp magnētisko lauku, ko veido AC strāve, un vedni. Kā attēlotā diagrammā, kad AC strāve plūst cauri cilindriskam vednim, tā veido magnētisko lauku ap un iekšā vedna. Šī magnētiskā lauka virziena un intensitāte maina atkarībā no AC strāves frekvences un amplitūdes.

Pēc Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likuma, mainīgais magnētiskais lauks indikē elektrisku lauku vednī. Šis elektriskais lauks savukārt indikē pretēju strāvi vednī, ko sauc par vārsta strāvi. Vārsta strāves cirkulē vednī un pretojas sākotnējai AC strāvei.

Vārsta strāves ir stiprākas tuvumā vedna centram, kur tām ir vairāk magnētiskās flukssasaistes ar sākotnējo AC strāvi. Tāpēc tās radīt lielāku pretējo elektrisko lauku un samazina neto strāvas blīvumu centrā. Savukārt tuvumā vedna virsnei, kur ir mazāk magnētiskās flukssasaistes ar sākotnējo AC strāvi, vārsta strāves ir vājākas un pretējais elektriskais lauks ir zemāks. Tāpēc virsnē ir lielāks neto strāvas blīvums.

Šī parādība rezultē nevienmērīgu strāvas sadalījumu pāri šķērsgrieziena, ar vairāk strāvas plūstošu tuvumā virsnei nekā centrā. Tas pazīstams kā apgalvots efekts pārraides līnijās.

Apgalvota efekta kvantifikācija

Apgalvots efekts var tikt kvantificēts, izmantojot apgalvoto dziļumu vai δ (delta), kas ir dziļums zem vedna virsnes, kur strāvas blīvums samazinās līdz aptuveni 37% no tās virsnē esošā vērtības. Mazāks apgalvots dziļums norāda uz smagāku apgalvoto efektu.

Apgalvots dziļums atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram:

AC strāves frekvence: Augstāka frekvence nozīmē ātrākus magnētiskā lauka maiņas un stiprākas vārsta strāves. Tāpēc apgalvots dziļums samazinās, kā tikai frekvence palielinās.

Vedņa lejupstrāvība: Augstāka lejupstrāvība nozīmē zemāku upuru un vieglāku vārsta strāves plūsmu. Tāpēc apgalvots dziļums samazinās, kā tikai lejupstrāvība palielinās.

Vedņa permeabilitāte: Augstāka permeabilitāte nozīmē vairāk magnētiskās flukssasaistes un stiprākas vārsta strāves. Tāpēc apgalvots dziļums samazinās, kā tikai permeabilitāte palielinās.

Vedņa forma: Dažādas formas ir dažādi ģeometriski faktori, kas ietekmē magnētiskā lauka sadalījumu un vārsta strāves. Tāpēc apgalvots dziļums mainās atkarībā no dažādām vedņa formām.

Formula apgalvoto dziļuma aprēķināšanai cilindriskom vednam ar apļu šķērsgriezienam ir:

δ ir apgalvots dziļums (metros)

ω ir AC strāves leņķiskā frekvence (radiānos sekundē)

μ ir vedņa permeabilitāte (henrijos metrā)

σ ir vedņa lejupstrāvība (siemensos metrā)

Piemēram, apļa šķērsgrieziena mednieka vednam, strādājamam 10 MHz frekvencē, apgalvots dziļums ir:

Tas nozīmē, ka tikai 0,066 mm biezums tuvumā virsnei vednā nes lielāko daļu strāvas šajā frekvencē.

Apgalvota efekta samazināšana

Apgalvoti efekti var rasties vairākas problēmas pārraides līnijās, piemēram:

• Palielinātie enerģijas zaudējumi un vedņa sildīšanās, kas samazina sistēmas efektivitāti un uzticamību.

• Palielinātā impēdance un sprieguma pazemināšanās pārraides līnijā, kas ietekmē signāla kvalitāti un enerģijas piegādi.

• Palielinātā elektromagnētiskā interferencija un radiācija no pārraides līnijas, kas var ietekmēt tuvākos ierīces un shēmas.

Tāpēc, ir vēlamāk samazināt apgalvoto efektu pārraides līnijās cik iespējams. Dažas metodes, kas var tikt izmantotas, lai samazinātu apgalvoto efektu, ir:

• Izmantojot vedņus ar augstāku lejupstrāvību un zemāku permeabilitāti, piemēram, varu vai sidru, nevis dzelzs vai stāvaka.

• Izmantojot mazākus diametru vai šķērsgrieziena laukumu vedņus, kas samazina atšķirību starp virsnes un centrālās daļas strāvas blīvumu.

• Izmantojot strādu vai plestu vedņus, nevis solidus vedņus, kas palielina efektīvo virsnes laukumu vednī un samazina vārsta strāves. Speciāls strādu vednis, ko sauc par litz vadu, ir izstrādāts, lai minimizētu apgalvoto efektu, savstarpēji sakrītojot strādes tā, ka katrs strāds ieņem dažādas pozīcijas šķērsgriezienā gar tā garumu.

• Izmantojot tukšus vai tubulārus vedņus, nevis solidus vedņus, kas samazina vedņa svaru un izmaksas, neietekmējot tā veiktspēju būtiski. Tukšais vedņa daļa nes daudz strāvas dēļ apgalvoto efekta, tāpēc to var izņemt, neietekmējot strāvas plūsmu.

• Izmantojot vairākus paralēlus vedņus, nevis vienu vedni, kas palielina efektīvo šķērsgrieziena laukumu vednī un samazina tā upuru. Šo metodi arī sauc par savienojumu vai transpozīciju.

• Samazinot AC strāves frekvenci, kas palielina apgalvoto dziļumu un samazina apgalvoto efektu. Tomēr, šis risinājums var nebūt praktisks dažām lietojumprogrammām, kas prasa augstfrekvences signālus.

Kopums

Apgalvots efekts ir parādība, kas notiek pārraides līnijās, kad AC strāve plūst caur vednu. Tas rada nevienmērīgu strāvas sadalījumu pāri šķērsgrieziena, ar vairāk strāvas plūstošu tuvumā virsnei nekā centrā. Tas palielinās efektīvo upuru un impēdance vednī un samazina tā efektivitāti un veiktspēju.

Apgalvots efekts atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, frekvence, lejupstrāvība, permeabilitāte un vedņa forma. To var kvantificēt, izmantojot parametru, ko sauc par apgalvoto dziļumu, kas ir dziļums zem virsnes, kur strāvas blīvums samazinās līdz 37% no tās vērtības virsnē.

Apgalvots efekts var tikt samazināts, izmantojot dažādas metodes, piemēram, izmantojot vedņus ar augstāku lejupstrāvību un zemāku permeabilitāti, mazāku diametru vai šķērsgrieziena laukumu, strādu vai plestu struktūru, tukšu vai tubulāru formu, vairāku paralēlu apvienojumu vai zemāku frekvenci.

Apgalvots efekts ir svarīga koncepte elektrotehnikā, kas ietekmē pārraides līniju un citu komponentu dizainu un analīzi, kas izmanto AC strāves. Tā jāņem vērā, izvēloties atbilstošo tipu un izmēru vedņiem dažādiem lietojumiem un frekvencēm.