Áskilningur af húðarefni í flæðarleiðum

Flutningslína er leiðandi sem bætir elektrískri orku eða skilaboðum milli tveggja punkta. Flutningslínur geta verið gerðar af mismunandi efni, sniði og stærð, eftir því hvaða notkun og fjarlægð er við. Þegar flutningslínur eru notuð í afvikandi straumkerfum (AC) geta þær sýnt sjálfgefna einkenni sem kallast húð áhrif, sem hefur áhrif á þeirra afköst og gagnvirðingu.

Hvað eru húð áhrif í flutningslínunum?

Húð áhrif eru skilgreind sem tendens AC straums til að dreifast ójöfnlega yfir tvinnsektion leiðandis, þannig að straumþéttleiki sé hæst nálægt yfirborðinu leiðandisins og lækkar eksponenslega inn í miðju. Þetta merkir að inna hlutin leiðandi bæti minna straumi en ytri hlutur, sem leidir til auknum virkja viðmót leiðandisins.

Húð áhrif minnka virkja tvinnsektion leiðandisins sem er tiltæk fyrir straumaflæði, sem aukar orkutap og hitun leiðandisins. Húð áhrif valda einnig breytingu á móttegni flutningslínunnar, sem hefur áhrif á spenna og straumdreifingu á línunni. Húð áhrif eru meiri við hærri tíða, stærri geyslur og lægra geleðni leiðanda.

Húð áhrif koma ekki fyrir í beint straumkerfum (DC), vegna þess að straumur fer jafnt yfir allan tvinnsektion leiðandisins. En í AC kerfum, sérstaklega þeim sem vinna við hærri tíða eins og ráðasendihlutir og mikrobandakerfi, geta húð áhrif haft mikilvægar áhrif á hönnun og greiningu flutningslínna og annarra hluta.

Hvað valdar húð áhrif í flutningslínunum?

Húð áhrif eru valdar af samveru magnskeila sem AC straumur framleiðir við leiðandann sjálfan. Svo sem myndin að neðan sýnir, þegar AC straumur fer í gegnum cylindrískan leiðanda, framleiðir hann magnskeili um og innan leiðandans. Stefnan og stærð þessa magnskeilu breytast eftir tíðni og stærð AC straumsins.

Eftir Faraday's lögu um rafrænt sveifluð, framleiðir breyting á magnskeili rafræna sveiflu í leiðanda. Þessi rafræna sveifla framleiðir afturbænara straum í leiðanda, sem kallast eddy straum. Eddy straumar snúa inn í leiðanda og mótmæla upprunalega AC straumi.

Eddy straumar eru sterkari nær miðju leiðandans, þar sem þeir hafa meira magnskeilu tengsl við upprunalega AC straum. Þar af leiðandi, búa þeir til hærri mótrafa og minnka netstraumþéttleikinn í miðju. Að öfug, nær yfirborði leiðandans, þar sem það er minni magnskeilu tengsl við upprunalega AC straum, eru svagari eddy straumar og lágrar mótrafa. Þar af leiðandi, er hærri netstraumþéttleiki á yfirborðinu.

Þetta sjálfgefið valdar ójafn dreifingu straums yfir tvinnsektion leiðandans, með meiri straumi sem fer nær yfirborðinu en nær miðju. Þetta er kend sem húð áhrif í flutningslínunum.

Hvernig mælist húð áhrif í flutningslínunum?

Einn leið til að mæla húð áhrif í flutningslínunum er að nota parameter sem kallast húð dýpi eða δ (delta). Húð dýpi er skilgreint sem dýpi undir yfirborð leiðandans þar sem straumþéttleiki lækkar til 1/e (um 37%) af gildinu á yfirborðinu. Jo minni húð dýpi, jo sterkari húð áhrif.

Húð dýpi hefur áhrif af mörgum þætti, eins og:

• Tíðni AC straumsins: Hærri tíðni merkir hraðari breytingar í magnskeili og sterkari eddy straumar. Þar af leiðandi, lækkar húð dýpi þegar tíðni stækkar.

• Geleðni leiðandans: Hærri geleðni merkir lægra viðmót og auðveldari flæði eddy strauma. Þar af leiðandi, lækkar húð dýpi þegar geleðni stækkar.

• Magneðrásleiðandi leiðandans: Hærri magneðrásleiðandi merkir meira magnskeilu tengsl og sterkari eddy straumar. Þar af leiðandi, lækkar húð dýpi þegar magneðrásleiðandi stækkar.

• Snitill leiðandans: Misstu sniti hafa misstu formgerðarfæri sem hafa áhrif á magnskeilu dreifingu og eddy strauma. Þar af leiðandi, varierar húð dýpi með mismunandi sniti leiðanda.

Jafnan fyrir að reikna húð dýpi fyrir cylindrískan leiðanda með hringlaga tvinnsektion er:

þar sem:

• δ er húð dýpi (í metrum)

• ω er hornstefna AC straumsins (í radianum á sekúndu)

• μ er magneðrásleiðandi leiðandans (í henries á metrum)

• σ er geleðni leiðandans (í siemens á metrum)

Til dæmis, fyrir kopars leiðanda með hringlaga tvinnsektion, sem starfar við 10 MHz, er húð dýpið:

Þetta merkir að aðeins þynna lag 0.066 mm nær yfirborði leiðandans bæti mest straumi við þessa tíðni.

Hvernig minnka húð áhrif í flutningslínunum?

Húð áhrif geta valda mörgum vandamálum í flutningslínunum, eins og:

• Auknir orkutap og hitun leiðandans, sem minnka afköst og treysta kerfisins.

• Aukin móttegni og spennuslékk flutningslínunnar, sem hefur áhrif á gæði skilaboða og orkuflæði.

• Aukin rafmagns áhvarf og útsending frá flutningslínunni, sem geta haft áhrif á nereigna tæki og skemmtavörur.

Þar af leiðandi, er æskilegt að minnka húð áhrif í flutningslínunum sem mest. Sumar aðferðir sem geta verið notaðar til að minnka húð áhrif eru:

• Notkun leiðanda með hærri geleðni og lægra magneðrásleiðandi, eins og kopar eða silfur, í stað jarns eða stáls.

• Notkun leiðanda með minni geyslu eða tvinnsektion sem minnkar muninn á straumþéttleika á yfirborðinu og í miðju.

• Notkun strengdra eða flóknasta leiðanda í stað fasts leiðanda sem aukar virkja yfirborðsflatarmáli leiðanda og minnkar eddy strauma. Sérstakt tegund strengds leiðanda sem kallast litz wire er hönnuð til að minnka húð áhrif með því að snúa strengnum á máta sem hver strengur er í mismunandi stöðum í tvinnsektion yfir lengd hans.

• Notkun hólmiðra eða rúmbúnaðar leiðanda í stað fasts leiðanda sem minnkar þyngd og kostnað leiðanda án þess að hafa mjög áhrif á prestandu. Hóll partur leiðanda bæti ekki mikið straumi vegna húð áhrifa, svo hann getur verið fjarlægður án þess að hafa áhrif á straumflæði.

• Notkun margra samsíða leiðanda í stað einstakra leiðanda sem aukar virkja tvinnsektion leiðanda og minnkar viðmót hans. Þessi aðferð er einnig kend sem bundling eða transposition.

• Lækkun tíðni AC straumsins sem aukar húð dýpi og minnkar húð áhrif. En þetta gæti ekki verið hægt fyrir sumar notkunartilfelli sem krefjast hár tíðnis skilaboða.

Ályktun

Húð áhrif eru sjálfgefið sem kemur fyrir í flutningslínunum þegar AC straumur fer í gegnum leiðanda. Þau valda ójafn dreifingu straums yfir tvinnsektion leiðandans, með meiri straumi sem fer nær yfirborðinu en nær miðju. Þetta aukar virkja viðmót og móttegni leiðandans og minnkar afköst og prestandu hans.

Húð áhrif hafa áhrif af mörgum þætti, eins og tíðni, geleðni, magneðrásleiðandi og snitill leiðanda. Þau geta verið mæld með parameter sem kallast húð dýpi, sem er dýpi undir yfirborði þar sem straumþéttleiki lækkar til 37% af gildinu á yfirborðinu.

Húð áhrif geta verið minnkað með ýmsum aðferðum, eins og notkun leiðanda með hærri geleðni og lægra magneðrásleiðandi, minni geyslu eða tvinnsektion, strengdr eða flóknasta bygging, hólmiðri eða rúmbúnaðar snið, margra samsíða skipulagi eða lægra tíðni.

Húð áhrif eru mikilvægt hugtak í rafmagnsverkfræði sem hefur áhrif á hönnun og greiningu flutningslínna og annarra hluta sem nota AC strauma. Það skal tekið tillit til þegar verið er að velja passandi tegund og stærð leiðanda fyrir mismunandi notkun og tíðni.

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