Скин - эффект, что это?

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Природа потерь в проводниках на высоких частотах

В статье А.Гришина "Уменьшение нагрева деталей фильтров в цепях питания процессора." описана доработка накопительного дросселя инвертора с целью снижения его тепловыделения. Ниже рассказано почему это происходит и даны графики для практического применения.

 
 

Пишут, что скин–эффект возникает при протекании по проводнику тока, за счет вытеснения его к поверхности проводника магнитным полем тока. Этот эффект оказывает слабое влияние на проводниках с малой относительной магнитной проницаемостью.

Сейчас нас интересуют материалы, используемые для тоководов, а это медь (Cu) и алюминий (Al). Их относительная магнитная проницаемость равна 1. Для этих металлов можно говорить об ослаблении электромагнитного (ЭМ) поля с глубиной проникновения в металл. Это глубина проникновения определяется по формуле:
 

см.

 

здесь:
ρ - удельное сопротивление Ом/см,
μ - относительная магнитная проницаемость материала, для меди и алюминия = 1,
μ0 - магнитная проницаемость вакуума равная 1,256•10-8 Гн • см -1,
f –
частота Гц.

В этом случае X0 определяет ослабление ЭМ поля в 2,718 раз.

Для меди можно использовать упрощенную формулу:

 

X0=6,6 f -1/2 см

 

Здесь f в герцах.

При ослабления ЭМ поля в 10 и 100 раз соответственно, глубина проникновения равна:
 

 
К чему приводит это явление?

На рисунке показана эффективность использования площади сечения цилиндрического проводника. Здесь  X0 и есть глубина проникновения ЭМ поля. В результате при прохождении постоянного тока работает все сечение проводника, а при прохождении по нему переменного тока  только внешняя область (трубка). С ростом частоты X0 уменьшается. Уменьшается и площадь проводника, по которой течет ток.

 

 

В этом случае рабочая площадь определяется как:

 

 

S = SD - Sd = (Пи) х (D2 - d2) / 4

 

Ниже Вы видите график зависимости X0 от частоты f.
 

 

Это участок низких частот.
 

 

А это для высоких частот. По нему можно выбрать необходимый диаметр провода.

На обоих рисунках красная кривая для X0,01, синяя для X0,1, зеленая для X0.

Для реального применения можно рассматривать значения X0 или X0,1, что соответствует ослабления протекающего тока до 36% и 10% соответственно. На частоте 106 Гц (1Е+06 на графике) X0,1 = 0,17 мм. Это значит при использовании проводников толщиной (диаметром для круглого сечения) более 2X0,1 (0,34 мм), не используется для протекания тока внутренняя часть проводника. Для высокочастотной части токов это эквивалентно увеличению сопротивления проводника.

Это приводит к тому, что на повышенном сопротивлении выделяется мощность и проводники просто греются. Подобная ситуация происходит в проводниках накопительных дросселей инверторов питающих мощные потребители подобные современным высокопроизводительным процессорам.

Эти инверторы описаны ******, а их доработка в статье из журнала Радио. Частота их переключения 80-180 КГц при времени переключения порядка долей микросекунды. ВЧ граница спектра протекающего тока находится на частоте порядка единиц мегагерц.

При использовании в накопительной индуктивности L1 обмотки, выполненной медным проводом диаметром 1,7 мм, на максимальных частотах сопротивление проводника возрастает в 2,77 раз по сравнению с постоянным током.

S/SD=1- d2/D2= 0,36 или в 2,77 раза меньше. Соответственно и сопротивление в 2,77 раз выше.

При использовании жгута из 25 изолированных проводников диаметром 0,34 мм сопротивление жгута будет примерно одинаковом на постоянном токе и на частоте порядка 1 мегагерца. На более высоких частотах потери будут расти.

Потери и тепловыделение на таком жгуте на частоте 1 МГц снизятся в 2,77 раза.

сентябрь 2006 г.

Яндекс.Метрика

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через 
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002-2012