Чому не існує непровідного основного дроту для високочастотних котушок

Фон

Загальновідомі формули шкірного ефекту виведені і застосовуються лише до твердих провідників. Загальноприйнята «глибина шкіри» застосовується лише в цих випадках. Саме тому в деяких областях застосування використовуються трубки, оскільки вони набагато ефективніші за вагу, ніж провід одного діаметру на досить високій частоті.

На 1 МГц глибина шкіри мідного дроту становить 65 мкм, це означає, що лише 40% об'єму дроту діаметром 1 мм несе 95% струму, при цьому> 35% - зовні 20%.

З формул на глибину шкіри відомо, що матеріал із нижчою провідністю (наприклад, алюміній) має глибину шкіри, яка значно більша, ніж більша провідність (наприклад, мідь). Як прогнозує формула, глибина шкіри обернено пропорційна квадратному кореню провідності. Якщо ми доводимо це до своїх логічних наслідків, то у випадку, що для провідної трубки (яка має ізоляційне серцевину) глибина шкіри повинна бути більшою, ніж для еквівалентного твердого провідника.

В якості альтернативи інтуїції тонкостінний ізоляційний провідник мав би майже вдвічі більше площі поверхні твердого провідника. Тому слід асимптотично наближатися до майже половини опору з досить високою частотою.

Насправді, як видно в цій роботі з HB Dwight в 1922 р. (Можлива платня) , збільшення частоти WR опору для трубки, товщина стінки якої на 20% від її діаметра, більше ніж у два рази менше, ніж для твердої речовини дріт.

З наведених вище кривих видно, що трубка з t = 200 мкм і d = 1 мм, внаслідок збільшення фактичної глибини шкіри, повинна мати менше 50% збільшення імпедансу, ніж суцільний д = 1 мм дріт (зауважте, що криві нормалізуються wrt $F / R_{dc}$ , тому інтерпретація трохи хитра).

Подібні ефекти (хоча і не настільки різкі) можна спостерігати з окремо ізольованим дротом.

Застосування

Для застосувань середньої частоти, наприклад, для джерел живлення комутації, зазвичай використовується Litz Wire багатожильний ізольований провід, який зменшує втрати внаслідок дії шкіри, але стає менш ефективним на більш високих частотах (~ 1 МГц) через ефект близькості та ємнісний з’єднання окремих ниток.

Ймовірно, можна отримати більше вигод (особливо стосовно ефектів близькості), якщо навколо периферії непровідного ядра було вбудовано кілька окремих ниток.

Питання

Я щось пропустив у теорії?

Якщо ні, то чому не застосовується комерційна експлуатація ізольованого дротяного дроту (ні трубочок, ні ниток навколо серцевини) для застосування частотних індукторів?

Додаток

Як вказує відповідь Джона Біркгеда, плоский провід має в основному ті ж переваги, що не мають жодних недоліків (наприклад, коефіцієнт заливки). Але це змушує мене запитати:

Чому для цих застосувань не використовується ізоляційний плоский провід? Він повинен мати таку ж перевагу плоского проводу з майже половиною опору на досить високих частотах. Чи можливі вигоди неістотні?

Ні, ви правильно в теорії, але ваш підхід призводить до зайвого збільшення обсягу в порівнянні з використанням плоского дроту, який є простішим у виробництві та забезпечує аналогічну перевагу для ефекту шкіри та переваги об'ємної ефективності.

Запис у Вікіпедії для дроту Litz містить пряму відповідь на ваше запитання "Чому замість цього не використовуються порожнисті трубки?":

Однією з методів зниження опору є розміщення більшої частини електропровідного матеріалу біля поверхні, де відбувається струм, шляхом заміни дроту на порожню мідну трубку. Більша площа поверхні трубки проводить струм зі значно меншим опором, ніж твердий провід з такою ж площею поперечного перерізу. Балонні котушки радіопередавачів високої потужності часто виготовлені з мідних труб, срібних з зовнішньої сторони для зменшення опору. Однак трубки не є гнучкими і вимагають спеціальних інструментів для вигину та форми.

У статті йдеться про те, чому провід Litz надає альтернативне рішення.

Індукційне опалення (промислове) зазвичай використовує порожнисті мідні трубки для індуктора.

Коли ви працюєте на 1000 кВт або вище, то краще вважайте, що втрати міді потрібно звести до мінімуму.

Крім того, порожнє серцевина використовується для водяного охолодження.

Іноді мідь називають «порожнистим бруском». Він поставляється прямокутним або круглим. Не рідкість замовити "млин", щоб отримати бажану порожнисту планку і товщину.

Зображення від luvata dot com

Дійсно є варіант на ізольованому дроті для дуже високих частот. Це називається хвилеводом. Це порожниста трубка, яка використовується для проведення ВЧ. Я розумію, що сигнал рухається всередині провідної оболонки, а не зовні, але існує думка лише про необхідність проведення товстої оболонки такої товстої, як диктує шкірний ефект.

Хоча для індукторів не так багато користі.