Wat is het huideffect?

De huiddiepte van koper in de elektrotechniek

Zoals eerder vermeld, is het skin-effect waar wisselstroom de neiging heeft om door het midden van een massieve geleider te reizen, waardoor het zich beperkt tot geleiding nabij het oppervlak.

Dit beperkt effectief het geleideroppervlak in dwarsdoorsnede dat beschikbaar is voor het transporteren van wisselende elektronenstroom, waardoor de weerstand van die geleider wordt verhoogd tot boven wat het normaal zou zijn voor gelijkstroom:

Huideffect:huiddiepte neemt af met toenemende frequentie.

De elektrische weerstand van de geleider met al zijn dwarsdoorsnede die in gebruik is, staat bekend als de "DC-weerstand". De "AC-weerstand" van dezelfde geleider verwijst naar een hoger cijfer als gevolg van het skin-effect.

Zoals u kunt zien, vermijdt de wisselstroom bij hoge frequenties het reizen door het grootste deel van het dwarsdoorsnede-oppervlak van de geleider. Om stroom te geleiden kan de draad net zo goed hol zijn!

Holle geleiders in RF-toepassingen

In sommige radiotoepassingen (met name antennes) wordt van dit effect gebruik gemaakt. Aangezien radiofrequentie ("RF") wisselstroom toch niet door het midden van een geleider zou gaan, waarom zou u dan niet gewoon holle metalen staven gebruiken in plaats van massieve metalen draden en zowel gewicht als kosten besparen? (Zie onderstaande afbeelding.)

De meeste antennestructuren en RF-stroomgeleiders zijn om deze reden gemaakt van holle metalen buizen.

Op de volgende foto ziet u enkele grote inductoren die worden gebruikt in een radiozendcircuit van 50 kW. De inductoren zijn holle koperen buizen bedekt met zilver, voor uitstekende geleiding op de "huid" van de buis:

Inductoren met hoog vermogen gevormd uit holle buizen.

Hoe draaddikte de frequentie en effectieve weerstand beïnvloedt

De mate waarin de frequentie de effectieve weerstand van een massieve draadgeleider beïnvloedt, wordt beïnvloed door de dikte van die draad. In de regel vertonen draden met een grote dikte een meer uitgesproken skin-effect (verandering in weerstand van DC) dan draden met een kleine dikte bij een bepaalde frequentie.

De vergelijking voor het benaderen van het skin-effect bij hoge frequenties (hoger dan 1 MHz) is als volgt:

De onderstaande tabel geeft geschatte waarden van de "k"-factor voor verschillende ronde draadmaten. “k”-factor voor verschillende AWG-draadmaten.

meter maat k-factor meter maat k-factor 4/0124.5834.82/099.01027.61/088.01417.6269.81810.9455.5226.86647.9--

Bijvoorbeeld, een lengte van 10 gauge draad met een DC end-to-end weerstand van 25 zou een AC (effectieve) weerstand van 2.182 kΩ hebben bij een frequentie van 10 MHz:

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Draadtypes en -maten