İletim Hatlarında Cilt Etkisinin Anlamak

Bir iletim hattı, elektrik enerjisini veya sinyalleri bir noktadan diğerine taşıyan bir iletkendir. İletim hatları, uygulamaya ve ilgili mesafeye bağlı olarak farklı malzemeler, şekiller ve boyutlardan yapılmış olabilir. Ancak, iletim hatları alternatif akım (AC) sistemleri için kullanıldığında, performanslarını ve verimliliklerini etkileyen deri etkisi adı verilen bir fenomen sergileyebilir.

İletim Hatlarında Deri Etkisi Nedir?

Deri etkisi, AC akımının bir iletkenin kesit alanı üzerinde eşit dağılmaması eğilimini tanımlar. Bu durumda, akım yoğunluğu iletkenin derisinde en yüksek olup, çekirdeğe doğru üstel olarak azalır. Bu, iletkenin iç kısmı dış kısmından daha az akım taşıdığını ve bu nedenle iletkenin etkili dirençinin arttığını ifade eder.

Deri etkisi, iletkenin akım akışı için kullanılabilen etkili kesit alanını azaltır, bu da güç kayıplarını ve iletkenin ısınmasını artırır. Deri etkisi aynı zamanda iletim hattının impedansını değiştirir, bu da hattın boyunca gerilim ve akım dağılımını etkiler. Deri etkisi, daha yüksek frekanslarda, daha büyük çapta ve iletkenliğin daha düşük olduğu iletkenlerde daha belirgin hale gelir.

Deri etkisi, doğu akım (DC) sistemlerinde meydana gelmez, çünkü akım iletkenin kesit alanında düzgün bir şekilde akar. Ancak, özellikle radyo ve mikrodalga sistemleri gibi yüksek frekanslarda çalışan AC sistemlerinde, deri etkisi iletim hatlarının ve diğer bileşenlerin tasarımı ve analizi üzerinde önemli etkiler yaratabilir.

İletim Hatlarında Deri Etkisine Neden Olanlar?

Deri etkisi, AC akımın iletkenle oluşturduğu manyetik alan ile etkileşim sonucu ortaya çıkar. Aşağıdaki şema gösterdiği gibi, AC akım bir silindirik iletken aracılığıyla akarken, iletkenin etrafında ve içinde bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın yönü ve büyüklüğü, AC akımın frekansına ve genliğine göre değişir.

Faraday'ın elektromanyetik endüksiyon yasalarına göre, değişen bir manyetik alan iletken içinde bir elektrik alan oluşturur. Bu elektrik alan, kendi başına iletken içinde karşıt bir akım olan eddy akımı oluşturur. Eddy akımları iletken içinde dolaşır ve orijinal AC akımına karşı çalışır.

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

Bu fenomen, iletkenin kesit alanında akımın eşit dağılmamasına 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 yüzeyinin altında akım yoğunluğunun yüzey değerinin 1/e (yaklaşık 37%)'si olan derinlik olarak tanımlanır. Daha küçük deri derinliği, daha ciddi deri etkisini ifade eder.

Deri derinliği, birkaç faktöre bağlıdır, örneğin:

• AC akımının frekansı: Daha yüksek frekans, manyetik alanın daha hızlı değişmesi ve daha güçlü eddy akımları anlamına gelir. Bu nedenle, deri derinliği frekansın artmasıyla azalır.

• Iletkenin iletkenliği: Daha yüksek iletkenlik, daha düşük direnç ve eddy akımlarının daha kolay akması anlamına gelir. Bu nedenle, deri derinliği iletkenliğin artmasıyla azalır.

• Iletkenin geçirgenliği: Daha yüksek geçirgenlik, daha fazla manyetik akım bağıntısı ve daha güçlü eddy akımları anlamına gelir. Bu nedenle, deri derinliği geçirgenliğin artmasıyla azalır.

• Iletkenin şekli: Farklı şekiller, manyetik alan dağılımını ve eddy akımlarını etkileyen farklı geometrik faktörler sunar. Bu nedenle, iletkenin farklı şekilleriyle 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 geçirgenliği (henry/metre cinsinden)

• σ, iletkenin iletkenliği (siemens/metre cinsinden)

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

Bu, bu frekanslarda iletkenin yüzeyine yakın 0.066 mm kalınlığında ince bir tabaka çoğunu taşımak anlamına gelir.

İletim Hatlarında Deri Etkisini Nasıl Azaltırız?

Deri etkileri, iletim hatlarında aşağıdaki sorunları yol açabilir:

• Güç kayıplarının ve iletkenin ısınmasının artması, sistemin verimliliğini ve güvenilirliğini azaltır.

• Impedansın ve gerilim düşümünün artması, sinyal kalitesini ve güç teslimatını etkiler.

• İletim hattından gelen elektromanyetik interferans ve radyasyonun artması, yakındaki cihazları ve devreleri etkileyebilir.

Bu nedenle, iletim hatlarında deri etkisini mümkün olduğunca azaltmak istenebilir. Deri etkilerini azaltmak için kullanılacak bazı yöntemler şunlardır:

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

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

• Kaplama veya örgülü iletkenlerin, katı iletkenlerin yerine kullanılması, iletkenin etkili yüzey alanını artırır ve eddy akımlarını azaltır. Litz kablosu adı verilen özel bir tip kaplama iletken, her bir telin uzunluğu boyunca kesit alanında farklı pozisyonlarda olması şeklinde bükülerek deri etkisini minimize edilmiştir.

• Hollow veya tüp şeklinde iletkenlerin, katı iletkenlerin yerine kullanılması, iletkenin ağırlığını ve maliyetini azaltır ancak performansını önemli ölçüde etkilemez. Deri etkisi nedeniyle iletkenin boş kısmında çok az akım akar, bu nedenle akım akışını etkilemeden kaldırılabilir.

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

• AC akımının frekansının azaltılması, deri derinliğini artırır ve deri etkisini azaltır. Ancak, bazı yüksek frekanslı sinyallere ihtiyaç duyan uygulamalar için bu mümkün olmayabilir.

Sonuç

Deri etkisi, bir AC akımın iletken aracılığıyla aktarıldığı iletim hatlarında ortaya çıkan bir fenomendir. iletkenin kesit alanında akımın eşit dağılmamasına 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 adı verilen bir parametre kullanılarak nicelendirilebilir. Deri derinliği, iletkenin yüzeyinin altında akım yoğunluğunun yüzey değerinin %37'si olduğu derinliktir.

Deri etkisi, daha yüksek iletkenliğe ve daha düşük geçirgenliğe sahip iletkenlerin, daha küçük çaplı veya kesit alanına sahip iletkenlerin, kaplama veya örgülü yapısı, boş veya tüp şeklinde iletkenlerin, birden fazla paralel düzenlemelerin veya daha düşük frekansların kullanılması gibi çeşitli yöntemlerle azaltılabilir.

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

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