Dlaczego nie ma nieprzewodzącego drutu rdzeniowego do cewek o wysokiej częstotliwości

tło

Wyprowadzane są powszechnie znane formuły efektu skórnego, które mają zastosowanie tylko do przewodów litych. Powszechnie stosowana „głębokość skóry” ma zastosowanie tylko w tych przypadkach. Z tego powodu w niektórych zastosowaniach stosowane są rury, ponieważ są one znacznie bardziej wydajne pod względem ciężaru niż drut o tej samej średnicy przy wystarczająco wysokiej częstotliwości.

Przy 1 MHz głębokość powłoki drutu miedzianego wynosi 65 µm, co oznacza, że ​​tylko 40% objętości drutu o średnicy 1 mm przenosi 95% prądu, a> 35% na zewnątrz 20%.

Ze wzorów na głębokość skóry wiadomo, że materiał o niższej przewodności (np. Aluminium) ma głębokość skóry, która jest znacznie większa niż o wyższej przewodności (np. Miedź). Jak przewiduje wzór, głębokość skóry jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego przewodności. Jeśli doprowadzimy to do jego logicznych konsekwencji, powinno być tak, że w przypadku rurki przewodzącej (która ma rdzeń izolacyjny) głębokość skóry powinna być większa niż w przypadku równoważnego litego przewodnika.

Jako alternatywną intuicję cienkościenny przewodnik z izolowanym rdzeniem miałby prawie dwa razy większą powierzchnię niż przewód stały. Powinno więc asymptotycznie zbliżać się do prawie połowy oporu z wystarczająco wysoką częstotliwością.

W efekcie, jak można zobaczyć w tym artykule z HB Dwight w 1922 r. (Możliwa ściana płatnicza) , wzrost częstotliwości wrt oporu dla rury, której grubość ścianki wynosi 20% jej średnicy, jest ponad dwa razy niższy niż dla ciała stałego drut.

Z powyższych krzywych można zauważyć, że rura o t = 200 µm id = 1 mm, ze względu na zwiększoną rzeczywistą głębokość skóry, powinna mieć mniej niż 50% wzrostu impedancji niż lity drut d = 1 mm (należy pamiętać, że krzywe są znormalizowane względem $F / R_{dc}$ , więc interpretacja jest nieco trudna).

Podobne efekty (choć nie tak dramatyczne) można zaobserwować w przypadku indywidualnie izolowanego drutu skręconego.

Podanie

W zastosowaniach o średniej częstotliwości, takich jak na przykład przełączanie zasilaczy, często stosuje się Litz Wire wielodrutowy izolowany drut, który zmniejsza straty spowodowane efektem naskórkowym, ale staje się coraz mniej skuteczny przy wyższych częstotliwościach (~ 1 MHz) z powodu efekt bliskości i pojemnościowe połączenie poszczególnych pasm.

Prawdopodobnie więcej korzyści (szczególnie w odniesieniu do efektów bliskości) można by uzyskać, gdyby na obwodzie nieprzewodzącego rdzenia osadzonych było wiele pojedynczych pasm.

Pytanie

Czy coś przeoczyłem w teorii?

Jeśli nie, to dlaczego izolowany drut rdzeniowy (rurki lub splotki wokół rdzenia) nie jest komercyjnie wykorzystywany do zastosowań indukcyjnych o wysokiej częstotliwości?

Uzupełnienie

Jak zauważa odpowiedź John Birckhead, drut płaski ma zasadniczo takie same zalety bez żadnych wad (np. Współczynnik wypełnienia). Ale to prowadzi mnie do pytania:

Dlaczego do tych zastosowań nie stosuje się płaskiego drutu izolowanego? Powinien mieć tę samą zaletę, co płaski drut z prawie połową rezystancji przy wystarczająco wysokich częstotliwościach. Czy możliwe zyski są nieistotne?

Nie, masz rację w teorii, ale twoje podejście prowadzi do niepotrzebnego wzrostu objętości w porównaniu z użyciem płaskiego drutu, który jest zarówno łatwiejszy w produkcji, jak i zapewnia podobną korzyść dla efektu skóry i zaletę wydajności objętościowej.

Wpis w Wikipedii dotyczący drutu Litz zawiera bezpośrednią odpowiedź na pytanie „Dlaczego zamiast tego nie stosuje się pustych rur?”:

Jedną z technik zmniejszenia rezystancji jest umieszczenie większej ilości materiału przewodzącego w pobliżu powierzchni, na której płynie prąd, poprzez zastąpienie drutu pustą rurką miedzianą. Większa powierzchnia rury przewodzi prąd o znacznie mniejszym oporze niż drut pełny o takim samym polu przekroju. Cewki czołowe nadajników radiowych dużej mocy są często wykonane z miedzianych rurek posrebrzanych na zewnątrz, aby zmniejszyć opór. Jednak rurki nie są elastyczne i wymagają specjalnych narzędzi do zginania i kształtowania.

W dalszej części artykułu opisano, dlaczego drut Litz stanowi alternatywne rozwiązanie.

Ogrzewanie indukcyjne (przemysłowe) zwykle wykorzystuje pustą rurkę miedzianą do cewki indukcyjnej.

Kiedy pracujesz z mocą 1000 kW lub wyższą, lepiej uwierzyć, że utratę miedzi należy zminimalizować.

Ponadto pusty rdzeń służy do chłodzenia wodą.

Czasami miedź nazywana jest „drążkiem drążonym”. Występuje w kształcie prostokątnym lub okrągłym. Często zdarza się, aby zamówić „przebieg frezowania” w celu uzyskania pożądanego pustego pręta i pożądanej grubości.

Zdjęcie z luvata dot com

Rzeczywiście istnieje wariant izolowanego drutu rdzeniowego do zastosowań o bardzo wysokiej częstotliwości. To się nazywa falowód. To pusta rura używana do przewodzenia fal radiowych. Rozumiem, że sygnał przemieszcza się wewnątrz skorupy przewodzącej, a nie na zewnątrz, ale istnieje pomysł, aby przewodząca skorupa była tak gruba, jak dyktuje efekt skóry.

Nie ma jednak większego zastosowania dla cewek indukcyjnych.