Что такое скин-эффект?

Глубина скин-слоя меди в электротехнике

Как упоминалось ранее, скин-эффект заключается в том, что переменный ток стремится избежать прохождения через центр сплошного проводника, ограничиваясь проводимостью вблизи поверхности.

Это эффективно ограничивает площадь поперечного сечения проводника, способную переносить переменный поток электронов, увеличивая сопротивление этого проводника выше, чем оно обычно было бы для постоянного тока:

Эффект кожи:глубина кожи уменьшается с возрастающей частотой.

Электрическое сопротивление проводника со всей используемой площадью поперечного сечения известно как «сопротивление постоянному току». «Сопротивление переменному току» того же проводника означает более высокое значение в результате скин-эффекта.

Как видите, на высоких частотах переменный ток не проходит через большую часть поперечного сечения проводника. С тем же успехом провод может быть полым!

Полые проводники в ВЧ-приложениях

В некоторых радиоприложениях (особенно в антеннах) этот эффект используется. Поскольку радиочастотные («RF») переменные токи в любом случае не проходят через середину проводника, почему бы просто не использовать полые металлические стержни вместо сплошных металлических проводов и сэкономить как вес, так и стоимость? (См. Рисунок ниже.)

По этой причине большинство антенных конструкций и ВЧ силовых проводов изготовлены из полых металлических трубок.

На следующей фотографии вы можете увидеть некоторые большие индукторы, используемые в радиопередающей цепи мощностью 50 кВт. Индукторы представляют собой полые медные трубки, покрытые серебром, для обеспечения превосходной проводимости на «коже» трубки:

Мощные индукторы из полых трубок.

Как калибр проволоки влияет на частоту и эффективное сопротивление

Степень, в которой частота влияет на эффективное сопротивление сплошного проводника, зависит от калибра этого провода. Как правило, провода большого сечения демонстрируют более выраженный скин-эффект (изменение сопротивления от постоянного тока), чем провода малого сечения на любой заданной частоте.

Уравнение для аппроксимации скин-эффекта на высоких частотах (более 1 МГц) выглядит следующим образом:

В таблице ниже приведены приблизительные значения коэффициента «k» для различных размеров круглой проволоки. Коэффициент «k» для проводов AWG различного диаметра

размер датчика коэффициент k размер датчика коэффициент k 4 / 0124.5834.82 / 099.01027.61 / 088.01417.6269.81810.9455.5226.86647.9--

Например, длина провода калибра 10 с сквозным сопротивлением постоянному току 25 Ом будет иметь (эффективное) сопротивление переменному току 2,182 кОм на частоте 10 МГц:

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица типов и размеров проводов