Eine andere Möglichkeit, die Frage zu formulieren, könnte lauten: "Ist der Skin-Effekt proportional zum Stromfluss?"
Der Skin-Effekt ist mir nur vage bekannt, deshalb habe ich mich aus rein akademischen Gründen in das Thema eingelesen, um mehr darüber zu erfahren. (Ich habe derzeit keine Projekte, bei denen dies ein Problem darstellt.)
Ich verstehe, dass man zur Bestimmung der Leitergröße für Wechselstrom (oder mehrere Leiter oder Wellenleiter usw.) die Frequenz, den spezifischen Widerstand des Leiters und die magnetische Permeabilität berücksichtigen muss. Der Wikipedia-Artikel erwähnt:
„Es ist auch bei Netzfrequenzen (50 – 60 Hz) in Wechselstromübertragungs- und -verteilungssystemen wichtig.“
Diese Aussage scheint zu implizieren, dass sie eher für die Hochleistungsverteilung als für das Haushaltsnetz gilt.
Ich verstehe, dass die Mitte eines Leiters mit zunehmender Frequenz weniger genutzt wird, aber mir ist nicht klar, wie dies mit dem Stromfluss zusammenhängt.
Wird der Skin-Effekt mit zunehmendem Strom stärker? Ein Diagramm im Wikipedia-Artikel zeigt, dass die Hauttiefe bei 60 Hz 8470 μm beträgt. Wenn dies für diese Frequenz konstant ist, liege ich dann richtig, wenn ich sage, dass der Durchmesser des Leiters auf dieser Tiefe für den beabsichtigten Stromfluss basieren sollte? Oder anders ausgedrückt, ist die Mitte des Leiters jenseits dieser Tiefe effektiv sinnlos, unabhängig vom Strom?
Ist die Mitte des Leiters jenseits dieser Tiefe effektiv sinnlos, unabhängig vom Strom?
Nein, das Zentrum ist nicht sinnlos, da, wie in einem RedGrittyBrick-Kommentar erwähnt, 63 % des Stroms in der Haut fließen (wenn das Kabel groß genug ist) und immer noch 37 % näher am Leiterzentrum fließen. Für widerstandskritische Anwendungen ist dies meines Erachtens von Bedeutung.
Wenn die Skin-Tiefe jedoch nur 0,1 mm (bei 400 kHz) beträgt, ist der zentrale Bereich (z. B. +/- 0,25 mm) eines Drahts mit 1 mm Durchmesser etwas sinnlos.
Wenn Sie große Ströme (zig Ampere) leiten müssten, würden Sie den Durchmesser des Drahtes vergrößern (mehr Querschnitt in 2 oder 3 Hauttiefen einschließen) oder den Draht hohl machen, um Geld zu sparen.
Es muss aber kein massiver Strom sein. Wenn Sie einen hochresonanten abgestimmten Schaltkreis haben, möchten Sie den Serienwiderstand auf einem Minimum halten, also würden Sie sich für einen Draht entscheiden, der unkonventionell groß ist, um das Q des Schaltkreises hoch zu halten.
Ich habe gesehen, wie ein Metalldetektor in einem Holzsägewerk ein Standard-Kupferrohr für seine Oszillatorspule verwendete, obwohl er wahrscheinlich nur ein paar Ampere bei einer Oszillatorfrequenz von 100 kHz durchließ. Sie verwenden MDs auf Holz in Kanada, um die Sägen davor zu schützen, dass sie brechen oder stumpf werden, wenn sie durch Holz schneiden, das jemand für Zielübungen verwendet hat!
Aus ähnlichen Gründen habe ich Litzendraht mit 750 Litzen verwendet, um Strom von einem resonanten Magnetfeld zu einem kleinen Schaltkreis zu leiten, der sich bis zu 40 mm entfernt befindet. Bei einem Abstand von 40 mm musste Q sehr hoch sein, um in diesem Abstand eine ausreichende "Tiefe" im Mag-Feld zu erzeugen.
Die Stränge wurden in drei Spulen mit jeweils 250 Drähten voneinander beabstandet, weil ich nicht nur versuchte, den Hauteffekt zu vermeiden, sondern auch den Nahbesprechungseffekt , ein weiteres Problem bei hohen Frequenzen, die nicht den vollen Leiterquerschnitt nutzen.
Nein, der Skin-Effekt ist eine Funktion der Frequenz, nicht des Stroms. Grundsätzlich lässt der Skin-Effekt den Draht so aussehen, als hätte er bei hohen Frequenzen einen höheren Widerstand als bei Gleichstrom. Dieser Widerstand ist keine Funktion des Stroms.
Dies ist etwas nebensächlich, aber beachten Sie, dass viele Quellen Ihnen irreführenderweise einen einzigen Hauttiefenwert als Funktion der Frequenz angeben. Was sie oft nicht erwähnen, ist, dass es tatsächlich einen glatten Gradienten der Stromdichte gibt, der von der Außenseite des Drahtes nach innen abfällt. Diese Funktion ist von Natur aus exponentiell, und normalerweise wird die Skin-"Tiefe" als eine Potenz von e nach unten angegeben.
RedGrittyBrick
Olin Lathrop