Elektrikli Xətlərdə Dəri Effektini Anlamaq

İletim hattı elektrik enerjisi veya sinyalleri bir noktadan diğerine taşımak için kullanılan bir iletken türüdür. İletim hatları, uygulamaya ve ilgili mesafeye bağlı olarak farklı malzemeler, şekiller ve ölçülerde olabilir. Ancak, iletim hatları alternatif akım (AC) sistemleri için kullanıldığında, performanslarını ve verimliliklerini etkileyen deri etkisi adı verilen bir fenomen gösterebilir.

İletim Hatlarında Deri Etkisi Nedir?

Deri etkisi, AC akımının iletkenin kesit alanı üzerinde eşit dağılmaması eğilimini tanımlar. Bu, iletkenin yüzeyindeki akım yoğunluğunun en yüksek olması ve çekirdek doğru üssel olarak azalması anlamına gelir. Bu durum, iletkenin iç kısmı dış kısmından daha az akım taşıdığı ve bu nedenle iletkenin etkili direncinin arttığı anlamına gelir.

Deri etkisi, akımın akan etkili kesit alanını azaltır, bu da güç kaybını ve iletkenin ısınmasını artırır. Ayrıca, iletim hattının impedansını değiştirir, bu da hattın boyunca gerilim ve akım dağılımını etkiler. Deri etkisi, daha yüksek frekanslarda, daha büyük çaplarında ve iletkenliklerde daha belirgindir.

Deri etkisi, doğu akım (DC) sistemlerinde meydana gelmez, çünkü akım iletkenin kesit alanında düzgün dağılır. Ancak, özellikle radyo ve mikrodalga sistemler gibi yüksek frekanslarda çalışan AC sistemlerinde, deri etkisi iletim hatlarının ve diğer bileşenlerin tasarımı ve analizinde önemli etkilere sahip olabilir.

İletim Hatlarında Deri Etkisine Neden Olanlar?

Deri etkisi, AC akımı tarafından oluşturulan manyetik alan ile iletken arasındaki etkileşim sonucunda ortaya çıkar. Aşağıdaki şema gösterdiği gibi, silindirik bir iletken aracılığıyla AC akımı akarken, iletkenin etrafında ve içinde bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın yönü ve büyüklüğü, AC akımının frekansına ve genliğine bağlı olarak değişir.

Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasalarına göre, değişen bir manyetik alan iletken içinde bir elektrik alan oluşturur. Bu elektrik alan, iletken içinde karşıt bir akım olan eddy akımını inducer. Eddy akımları iletken içinde dolaşır ve orijinal AC akımına karşıt bir etkiye sahiptir.

Eddy akımları, orijinal AC akımı ile daha fazla manyetik akım bağı olan iletkenin çekirdeğine yakın daha güçlüdür. Bu nedenle, daha yüksek karşıt bir elektrik alan oluştururlar ve çekirdekteki net akım yoğunluğunu azaltırlar. Diğer yandan, iletkenin yüzeyine yakın, orijinal AC akımı ile daha az manyetik akım bağı olan yerlerde, daha zayıf eddy akımları ve daha düşük karşıt bir elektrik alan vardır. Bu nedenle, yüzeyde daha yüksek bir net akım yoğunluğu olur.

Bu fenomen, iletkenin kesit alanında akımın eşitsiz dağılımına neden olur, yüzeyde daha fazla akım akar ve çekirdekte daha az akım akar. Bu, iletim hatlarındaki deri etkisi olarak bilinir.

İletim Hatlarında Deri Etkisini Nasıl Nicelendiririz?

İletim hatlarındaki deri etkisini nicelendirmenin bir yolu, deri derinliği veya δ (delta) parametresini kullanmaktır. Deri derinliği, iletkenin yüzeyinden itibaren akım yoğunluğunun yüzeydeki değerinin yaklaşık %37'sine düşdüğü derinlik olarak tanımlanır. Daha küçük deri derinliği, daha ciddi deri etkisini gösterir.

Deri derinliği, aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

• AC akımının frekansı: Daha yüksek frekans, manyetik alanın daha hızlı değişimini ve daha güçlü eddy akımlarını sağlar. Bu nedenle, frekans arttıkça deri derinliği azalır.

• İletkenin iletkenliği: Daha yüksek iletkenlik, daha düşük direnç ve daha kolay eddy akım akışını sağlar. Bu nedenle, iletkenlik arttıkça deri derinliği azalır.

• İletkenin manyetik geçirgenliği: Daha yüksek geçirgenlik, daha fazla manyetik akım bağı ve daha güçlü eddy akımlarını sağlar. Bu nedenle, geçirgenlik arttıkça deri derinliği azalır.

• İletkenin şekli: Farklı şekiller, manyetik alan dağılımını ve eddy akımlarını etkileyen farklı geometrik faktörlere sahiptir. Bu nedenle, iletkenin şekline göre deri derinliği değişir.

Dairesel kesitli silindirik bir iletken için deri derinliğini hesaplamak için kullanılan formül şu şekildedir:

burada:

• δ deri derinliği (metre cinsinden)

• ω AC akımının açısal frekansı (saniye başına radian cinsinden)

• μ iletkenin manyetik geçirgenliği (henry/metre cinsinden)

• σ iletkenin iletkenliği (siemens/metre cinsinden)

Örneğin, 10 MHz frekansında çalışan dairesel kesitli bir bakır iletken için deri derinliği şu şekildedir:

Bu, bu frekansta iletkenin yüzeyine yakın 0.066 mm kalınlıkta ince bir tabakanın çoğunlukla akım taşıdığını gösterir.

İletim Hatlarında Deri Etkisini Nasıl Azaltırız?

Deri etkisi, iletim hatlarında aşağıdaki sorunlara neden olabilir:

• Artan güç kaybı ve iletkenin ısınması, bu da sistemin verimliliğini ve güvenilirliğini azaltır.

• Artan impedans ve gerilim düşümü bu, sinyal kalitesini ve güç teslimatını etkiler.

• Artan elektromanyetik interferans ve iletim hattından gelen radyasyon, bu da yakındaki cihazları ve devreleri etkileyebilir.

Bu nedenle, iletim hatlarındaki deri etkisini mümkün olduğunca azaltmak istenebilir. Deri etkisini azaltmak için kullanılabilen bazı yöntemler şunlardır:

• Daha yüksek iletkenliğe ve daha düşük geçirgenliğe sahip iletkenler, örneğin bakır veya gümüş, demir veya çeliğin yerine kullanılabilir.

• Daha küçük çaplı veya kesit alanına sahip iletkenler, yüzey ve çekirdek akım yoğunlukları arasındaki farkı azaltır.

• Katı iletkenler yerine çoklu tel veya örgülü iletkenler, iletkenin etkili yüzey alanını artırır ve eddy akımlarını azaltır. Litz kablosu adı verilen özel bir tip çoklu tel, her bir telin uzunluğuna göre kesit alanında farklı pozisyonları kaplayacak şekilde bükülerek deri etkisini minimize eder.

• Katı iletkenler yerine boş veya tüplü iletkenler, iletkenin ağırlığını ve maliyetini azaltır ve performansını anlamlı ölçüde etkilemez. Deri etkisi nedeniyle iletkenin boş kısmında çok az akım akar, bu nedenle bu kısım kaldırılabilir ve akım akışı etkilenmez.

• Tek iletken yerine birden fazla paralel iletken, iletkenin etkili kesit alanını artırır ve direncini azaltır. Bu yöntem ayrıca paketleme veya transpozisyon olarak da bilinir.

• AC akımının frekansını azaltmak, deri derinliğini artırır ve deri etkisini azaltır. Ancak, bazı yüksek frekanslı sinyaller gerektiren uygulamalar için bu uygun olmayabilir.

Sonuç

Deri etkisi, bir iletken aracılığıyla AC akımının akması durumunda iletim hatlarında meydana gelen bir fenomendir. Bu, iletkenin kesit alanında akımın eşitsiz dağılımına neden olur, yüzeyde daha fazla akım akar ve çekirdekte daha az akım akar. Bu, iletkenin etkili direncini ve impedansını artırır ve verimliliğini ve performansını azaltır.

Deri etkisi, iletkenin frekansı, iletkenliği, geçirgenliği ve şekline bağlı olarak değişir. Deri derinliği parametresi, iletkenin yüzeyindeki değerin %37'sine düşen derinlik olarak tanımlanarak deri etkisi nicelendirilebilir.

Deri etkisi, daha yüksek iletkenliğe ve daha düşük geçirgenliğe sahip iletkenler, daha küçük çaplı veya kesit alanına sahip iletkenler, çoklu tel veya örgülü yapı, boş veya tüplü şekil, birden fazla paralel düzenlemeler veya daha düşük frekans kullanılarak azaltılabilir.

Deri etkisi, AC akımlarını kullanan iletim hatları ve diğer bileşenlerin tasarım ve analizinde önemli bir kavramdır. Farklı uygulamalar ve frekanslar için uygun iletken türlerini ve boyutlarını seçerken dikkate alınmalıdır.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.