اثر پوستی در سیم ها در فرکانس های بالا
اثر پوستی چیست؟
جریان متناوب تمایل دارد در سطح رساناها عبور کند. به همین دلیل اگر یک جریان AC از یک رسانا عبور کند این جریان به طور یکنواخت در کل رسانا پخش نمیشود. بلکه در مرکز رسانا چگالی جریان کمتر و در سطح رسانا چگالی جریان بیشتر میشود. هر چه فرکانس بالاتر برود عمق نفوذ جریان کمتر خواهد شد. یعنی مساحت بیشتری از مرکز رسانا خالی از جریان می شود و کل جریان از یک فضای کم اطراف پوسته رسانا عبور میکند.
چرا اثر پوستی رخ میدهد؟
هر سیم حامل جریان یک میدان مغناطیسی در اطراف و درون خود ایجاد میکند. مطابق با قوانین فیزیکی هر میدان مغناطیسی متغیر باعث ایجاد ولتاژ در رساناهایی که در معرض این میدان مغناطیسی قرار گرفته اند میشود. حال اگر جریان عبوری از سیم به صورت متناوب باشد. این میدان مغناطیسی متناوب یک نیروی الکتریکی در مرکز هادی به وجود می آورد که باعث فشار دادن الکترون های حامل جریان به سطح سیم خواهد شد. در شکل در شکل زیر این موضوع به خوبی نمایان شده است.
آیا در جریان DC اثر پوستی داریم؟
در جریان DC میدان مغناطیسی متناوب به وجود نمی آید پس ولتاژی نیز در سیم القا نمیشود و این مشکل را نخواهیم داشت.
اثر پوستی چه مشکلی ایجاد میکند؟
باعث افزایش مقاومت یک رسانا خواهد شد. زیرا سطح مقطع موثر سیم حامل جریان را کم میکند. بنابراین تلفات اهمی و حرارتی زیاد تر میشوند و راندمان سیستم پایین می آید. اما راه حل چیست؟؟؟ آیا سیم ضخیم تر استفاده کنیم؟؟
اگر سیم ضخیم تر استفاده کنید سطح مقطع موثر را زیاد تر کرده اید اما بخش زیادی از سیم بدون جریان باقی مانده و هیچ جریانی عبور نمیدهد.
در فرکانس های رادیویی که خیلی بالا است به جای استفاده از سیم تو پر از رساناهای تو خالی استفاده می شود تا وزن و قیمت کمتری داشته باشد. در مبدل های سوئیچینگ و آمپلی فایرها که فرکانس کاری حدود چند ده کیلو هرتز تا نهایتا 1 مگاهرتز است از سیم های لیتز استفاده میشود.
سیم های لیتز در واقع چند رشته سیم لاکی هستند که به هم تنیده شده اند. این امر باعث میشود که اثر پوستی تا حد قابل توجهی کاهش یا حتی کامل از بین برود.
مثال
تصور کنید شما برای عبور یک جریان نیاز به یک رشته سیم با قطر 1 میلیمتر دارید. فرض کنید شما سه انتخاب دارید.
- یک رشته سیم با قطر 1 میلیمتر به کار ببرید.
- چهار رشته سیم با قطر 0.5 میلیمتر به کار ببرید.
- 16 رشته سیم با قطر 0.25 میلیمتر به کار ببرید.
توجه کنید که این سه گزینه سطح مقطع یکسانی به شما میدهد. اما گزینه 1 تا فرکانس حدود 20 کیلوهرتز میتواند کار کند و بعد از آن به دلیل اثر پوستی مقاومتش افزایش می یابد. گزینه 2 تا حدود 65 کیلوهرتز و گزینه 3 تا حدود 270 کیلوهرتز!!! که بیش از 13 برابر گزینه 1 است. در واقع با لیتز کردن سیم ها نسبت محیط به سطح مقطع آنها به سرعت افزایش میابد که این موضوع باعث کاهش مقاومت فرکانس بالای سیم خواهد شد.
در هر فرکانس چه قطر سیمی انتخاب کنیم؟
در نمودار های زیر میتوانید فرکانس اثر پوستی هر قطر سیم را مشاهده کنید. این فرکانس مشخص میکند که یک رشته سیم تا چه فرکانسی میتواند بدون اثر پوستی جریان را هدایت کند. در نمودار بعد مقدار مقاومت یک متر سیم در فرکانس اثر پوستی را خواهد دید. این نمودار ها بر اساس اطلاعات این سایت ترسیم شده اند و شما میتوانید برای هر سیم و هر فرکانس دیگری از آن کمک بگیرید.
دیدگاه (10)
سلام
چرا خازن در فرکانس پایین جریان را از خود عبور نمیدهد
با تشکر
از نظر مداری چون امپدانس بالایی در فرکانس های پایین دارد. از نظر فیزیکی چون صفحات خازن کاملا با بار الکتریکی پر میشوند و دیگر امکان پذیرش بار بیشتری ندارند.
ممنون از پاسختون
میشه در مورد دلیل فیزیکی کمی بیشتر توضیح بدید
مگه در جریان متناوب ما ولتاژ معکوس نداریم خوب در زمان تغییر ولتاژ خازن تخلیه میشود و جریان در مدار ایجاد میشود
بله. هر چه فرکانس بالاتر باشد جریان بیشتر و هر چه فرکانس کمتر باشد جریان کمتری عبور میکند در حالت DC جریان صفر است.
سلام
برای اینکه اثر پوستی را از بین ببریم یا کم کنیم یک راه اصولی استفاده از چند هادی موازی نازکتر به جای یک هادی ذخیم در کابل است.
حال سئوال من اینه که ایا باید از نظر الکتریکی این هادیها عایق هم باشند یا اگر مثل هادیهای سیم افشان به همدیگر اتصال الکتریکی هم داشته باشند ما اثر پوستی را از بین برده ایم.
ممنون میشوم اگر در این خصوص توضیحات کامل بفرمایید.
با تشکر از شما
سلام. بله سیم ها باید از هم عایق باشند.
سلام.
اطلاعات در حد بالا میخواستم. خود سایت شما که نه. ولی لینکی رو که گذاشته بودین به مقاله اصلی راهنمایم کرد که تشکر میکنم .
خدا خیرت بده انشاالله
سلام اگر در سیم پیچ ساب و بلندگو بجای یک رشته سیم لاکی از سیم لیتز استفاده کنیم چه اتفاقی میفته ؟
سلام. وقت بخیر
در فرکانس های بالاتر میتونه کمی بیشتر توان بده البته توجه کنید بیشتر توان در فرکانس های کمتر از 4 کیلوهرتز قرار داره و شاید تفاوت رو حس نکنید.
من همین الان ی ترانس با قطر ثانویه ۲میل پیچیده بودم بخاطر همین اثر پوستی که اتفاقی تو ی سایت دیدم باز کردم که خوب شد متوجه شدم.
سوالم.. اگه بیایم از ی ورق مسی که قطرش یک میل باشه یا کمتر عرض یکو نیم سانت برفرض. و طول هرچقدر تعداد دورمونه. اون موقع اثر پوستی چی سرش میاد؟؟ البته باید هردور همراه با عایق پیچیده شه بجا سیم لاکی