יותר מחוט: השפעות עור וקרבה בפיתולי שנאי

שני אפקטים נסתרים

אפקט עור: זרם חילופין מעדיף את פני השטח של מוליך. צפיפות הזרם דועכת באופן אקספוננציאלי פנימה, ו"עומק העור" האופייני δ - העומק שבו הוא נופל ל-1/e (37%) - הוא:

δ = √(ρ / (π · f · μ))

- התייחסות לעומק העור של EngiCalcsHub; הערת יישום TI SLUP197 (לויד דיקסון)

עבור נחושת ב-20 מעלות צלזיוס זה בערך 8.5 מ"מ ב-50/60 הרץ אך מתכווץ לכ -0.21 מ"מ ב-100 קילו-הרץ (passive-components.eu; EngiCalcsHub). אז בחוט סטנדרטי של 1 מ"מ במהירות 100 קילו-הרץ, כמעט כל הזרם רוכב על מעטפת חיצונית דקה וליבה של החוט לא עושה שום דבר מועיל.

אפקט הקרבה הוא בן הדוד המתגנב יותר. השדה המגנטי המתחלף מפיתול אחד גורם לזרמי מערבולת בשכנותיו. הלולאות המושרות הללו דוחפות זרם לעבר המשטחים הפונים הרחק מהשכן - כך שבסליל כרוך בחוזקה, רב שכבתי, זרם מצטופף בצדדים הפוכים של כל שכבה. מכיוון שהשדה מצטבר דרך כל שכבה עוקבת, אובדן הקרבה גדל בערך עם הריבוע של ספירת השכבות: פיתול של 4 שכבות יכול לאבד עד בערך 16× מה ששכבה בודדת עושה באותו זרם (passive-components.eu). הדגם הקלאסי של דאוול משנת 1966 מגלגל את שני האפקטים ליחס התנגדות AC/DC אחד, F _R = R _ac / R _dc .

דוגמה בעולם האמיתי: מטען USB-C

שקול טרנספורמציה או שנאי LLC במטען טלפון USB-C של 65 וואט שמתג ליד 100 קילו-הרץ . חוט נחושת מוצק 1 מ"מ מצופה אמייל שם מבזבז את רוב חתך הרוחב שלו; התנגדות ה-AC שלו עשויה להיות 3-5× מערך ה-DC , חימום החלק ויעילות כיווץ.

המעצבים של התיקון מגיעים אליו הוא חוט ליץ - הרבה גדילים מבודדים בנפרד, כל אחד דק יותר מפי שניים מעומק העור. כלל אצבע נפוץ שומר על קוטר גדיל ≤ 2δ, כלומר ≤ ~0.42 מ"מ ב-100 קילו-הרץ (מדריך טכני של LP Winding Wire). פיתול שזירה (שכבות ראשוניות ומשניות מתחלפות) והפחתת ספירת השכבות עוזרים גם הם.

תפיסה שגויה נפוצה ועובדה מהנה

תפיסה שגויה: "התנגדות הליפוף היא רק ρ·L/A, אז אני יכול לשנות את גודל החוט לפי אוהם DC."

במגנטיות AC יכולה הנוסחה הזו להיות כבויה בכפולות. בדוק תמיד את R _ac / R _dc עבור תדר הפעולה וגודל המוליך שלך.

עובדה מהנה: דחוף את התדר ל -1 מגה-הרץ ועומק העור של הנחושת יתמוטט לכ -65 מיקרומטר - דק יותר משערת אדם. זו בדיוק הסיבה שסלילי תדר רדיו נראים כמו צרורות של קווצות עדינות שיער ולא חוט מוצק.