بیش از یک سیم: اثرات پوست و مجاورت در سیم پیچ های ترانسفورماتور

دو افکت پنهان

اثر پوستی: جریان متناوب سطح یک هادی را ترجیح می دهد. چگالی جریان به طور تصاعدی به سمت داخل کاهش می یابد، و مشخصه "عمق پوست" δ - عمقی که به 1/e (37٪) می رسد - عبارت است از:

δ = √(ρ / (π · f · μ))

- مرجع عمق پوست EngiCalcsHub؛ یادداشت برنامه TI SLUP197 (لوید دیکسون)

برای مس در دمای 20 درجه سانتی گراد، این حدود 8.5 میلی متر در 50/60 هرتز است، اما در 100 کیلوهرتز تقریباً به 0.21 میلی متر کاهش می یابد (passive-components.eu؛ EngiCalcsHub). بنابراین در یک سیم استاندارد 1 میلی متری با فرکانس 100 کیلوهرتز، تقریباً تمام جریان بر روی پوسته بیرونی نازک قرار می گیرد و هسته سیم هیچ مفیدی ندارد.

اثر مجاورت پسر عموی زیرکتر است. میدان مغناطیسی متناوب از یک سیم پیچ، جریان های گردابی را در همسایگان خود القا می کند. این حلقه‌های القایی جریان را به سمت سطوحی که از همسایه دور می‌کنند، می‌رانند - بنابراین در یک سیم پیچ محکم و چند لایه، جریان در طرف‌های روبروی هر لایه جمع می‌شود. از آنجایی که میدان در هر لایه متوالی ایجاد می‌شود، از دست دادن مجاورت تقریباً با مجذور تعداد لایه‌ها افزایش می‌یابد: یک سیم‌پیچ 4 لایه می‌تواند تا حدود 16 برابر آنچه که یک لایه در جریان یکسان انجام می‌دهد از دست بدهد (passive-components.eu). مدل کلاسیک 1966 داول هر دو افکت را در یک نسبت مقاومت AC/DC، F _R = R _ac / R _dc قرار می دهد.

مثال واقعی: یک شارژر USB-C

یک ترانسفورماتور Flyback یا LLC را در شارژر تلفن USB-C 65 واتی در نظر بگیرید که نزدیک به 100 کیلوهرتز سوئیچ می‌کند. یک سیم مسی میناکاری شده جامد 1 میلی متری در آنجا بیشتر سطح مقطع خود را هدر می دهد. مقاومت AC آن ممکن است 3-5 × مقدار DC باشد، قطعه را گرم می کند و راندمان کوچک شدن را دارد.

راه حلی که طراحان به آن دست یافته اند سیم لیتز است - بسیاری از رشته های عایق بندی شده جداگانه که هر کدام از دو برابر عمق پوست نازک تر هستند. یک قاعده کلی رایج، قطر رشته را ≤ 2δ، یعنی ≤ ~ 0.42 میلی متر در 100 کیلوهرتز نگه می دارد (راهنمای فنی سیم سیم پیچ LP). درهم پیچیدن (تناوب لایه های اولیه و ثانویه) و کاهش تعداد لایه ها نیز کمک می کند.

تصور غلط رایج و واقعیت سرگرم کننده

تصور غلط: "مقاومت سیم پیچ فقط ρ·L/A است، بنابراین می توانم سیم را با اهم DC اندازه بگیرم."

در مغناطیسی متناوب، این فرمول می تواند چند برابر باشد. همیشه R _ac / R _dc را برای فرکانس کاری و اندازه هادی خود بررسی کنید.

واقعیت جالب: فرکانس را به 1 مگاهرتز برسانید و عمق پوست مس تا حدود 65 میکرومتر کاهش می یابد - نازک تر از موی انسان. دقیقاً به همین دلیل است که سیم‌پیچ‌های فرکانس رادیویی شبیه دسته‌هایی از رشته‌های ریز مو هستند تا سیم جامد.