ทำไมไม่มีแกนลวดที่ไม่มีตัวนำสำหรับการใช้งานขดลวดความถี่สูง

พื้นหลัง

สูตรผลผิวที่รู้จักกันทั่วไปจะได้รับและนำไปใช้กับตัวนำที่เป็นของแข็ง "ความลึกของผิวหนัง" ที่ใช้กันทั่วไปจะใช้ในกรณีเหล่านี้เท่านั้น ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้หลอดแอปพลิเคชั่นบางตัวเนื่องจากมีน้ำหนักมากกว่าลวดที่มีความถี่สูงพอสมควร

ที่ 1MHz ความลึกของผิวลวดทองแดงคือ 65µm ซึ่งหมายความว่ามีเพียง 40% ของปริมาตรของเส้นลวดขนาด 1 มม. ที่มีกระแส 95% ของกระแสไฟฟ้าโดยมี> 35% จากภายนอก 20%

จากสูตรที่มีความลึกของผิวเป็นที่ทราบกันว่าวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่า (เช่นอลูมิเนียม) มีความลึกของผิวที่มีขนาดใหญ่กว่าค่าการนำไฟฟ้าที่สูงกว่ามาก (เช่นทองแดง) เมื่อสูตรทำนายความลึกของผิวจะแปรผกผันกับสแควร์รูทของการนำไฟฟ้า หากเราทำสิ่งนี้ตามผลเชิงตรรกะมันควรจะเป็นกรณีที่ความลึกของผิวของท่อนำไฟฟ้า (ซึ่งมีแกนฉนวน) ควรมีขนาดใหญ่กว่าตัวนำที่เป็นของแข็งที่เทียบเท่ากัน

ในฐานะที่เป็นสัญชาตญาณทางเลือกตัวนำหุ้มฉนวนแกนบางจะมีพื้นที่ผิวเกือบสองเท่าของตัวนำที่เป็นของแข็ง ดังนั้นจึงควรเข้าใกล้แนวต้านเกือบครึ่งหนึ่งที่ความถี่สูงพอสมควร

ตามที่เห็นได้ในกระดาษนี้จาก HB Dwight ในปี 1922 (เป็นไปได้ paywall)การเพิ่มขึ้นของความต้านทานความถี่ของท่อที่มีความหนาของผนังเท่ากับ 20% ของเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าสองเท่าของของแข็ง ลวด

จากเส้นโค้งด้านบนจะเห็นได้ว่าหลอดที่มี t = 200µm และ d = 1 มม. เนื่องจากความลึกของผิวที่เพิ่มขึ้นจริงควรมีอิมพีแดนซ์น้อยกว่า 50% ของการเพิ่มความต้านทานมากกว่าเส้นลวดแข็ง d = 1 มม. เส้นโค้งเป็นมาตรฐาน wrt $F / R_{dc}$ดังนั้นการตีความจึงค่อนข้างยุ่งยาก)

เอฟเฟ็กต์ที่คล้ายกัน (ถึงแม้จะไม่น่าทึ่ง) สามารถสังเกตได้ด้วยลวดพันเกลียว

ใบสมัคร

ในการใช้งานความถี่กลางเช่นการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟเป็นเรื่องปกติที่จะต้องใช้Litz Wire ซึ่งเป็นฉนวนลวดหลายเส้นที่ลดการสูญเสียเนื่องจากผลกระทบของผิว ความใกล้ชิดและการมีเพศสัมพันธ์แบบ capacitive ของแต่ละเส้น

อาจได้รับมากขึ้น (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับผลกระทบใกล้เคียง) อาจได้รับหากมีหลายเส้นที่ฝังอยู่รอบนอกของแกนที่ไม่ใช่ตัวนำ

คำถาม

ฉันคิดถึงบางอย่างในทางทฤษฎีหรือไม่?

ถ้าไม่ทำไมไม่หุ้มฉนวนสายแกน (หลอดหรือเส้นรอบแกน) ถูกใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์สำหรับการใช้งานตัวเหนี่ยวนำความถี่สูง?

ภาคผนวก

ในฐานะที่เป็นคำตอบของจอห์นเบอร์คเฮดชี้ว่าลวดแบนมีข้อได้เปรียบเหมือนกันโดยทั่วไปโดยไม่มีข้อเสียใด ๆ (เช่นเติมปัจจัย) แต่สิ่งนี้ทำให้ฉันถาม:

เหตุใดจึงไม่ใช้สายแบนที่เป็นฉนวนหลักสำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ มันควรจะมีข้อได้เปรียบที่เหมือนกันของลวดแบนที่มีความต้านทานเกือบครึ่งหนึ่งที่ความถี่สูงพอ ผลกำไรที่เป็นไปได้เป็นไปได้หรือไม่?

ไม่คุณถูกต้องในทางทฤษฎี แต่วิธีการของคุณนำไปสู่การเพิ่มปริมาณที่ไม่จำเป็นเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ลวดแบนซึ่งทั้งง่ายในการผลิตและให้ประโยชน์ที่คล้ายกันสำหรับผลกระทบผิวและข้อดีของประสิทธิภาพเชิงปริมาตร

รายการ Wikipediaสำหรับลวด Litz มีคำตอบสำหรับคำถามของคุณโดยตรงว่า "ทำไมจึงไม่ใช้ท่อกลวงแทน"

เทคนิคหนึ่งในการลดความต้านทานคือการวางวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้นใกล้กับพื้นผิวที่กระแสอยู่โดยการแทนที่ลวดด้วยท่อทองแดงกลวง พื้นที่ผิวของท่อมีขนาดใหญ่ขึ้นนำกระแสที่มีความต้านทานน้อยกว่าลวดแข็งที่มีพื้นที่หน้าตัดเท่ากัน คอยล์ถังของเครื่องส่งสัญญาณวิทยุกำลังสูงมักทำจากท่อทองแดงชุบเงินด้านนอกเพื่อลดความต้านทาน อย่างไรก็ตามท่อไม่ยืดหยุ่นและต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการโค้งงอและรูปร่าง

บทความอธิบายต่อไปว่าทำไม Litz wire จึงเสนอทางเลือกอื่น

การเหนี่ยวนำความร้อน (อุตสาหกรรม) มักใช้ท่อทองแดงกลวงสำหรับตัวเหนี่ยวนำ

เมื่อคุณใช้งาน 1,000 kW หรือสูงกว่าคุณควรเชื่อว่าการสูญเสียทองแดงจะลดลง

นอกจากนี้แกนกลวงยังใช้สำหรับระบายความร้อนด้วยน้ำ

บางครั้งทองแดงเรียกว่า "แท่งกลวง" มันมาในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือกลม ไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะสั่ง "mill run" เพื่อรับแท่งกลวงและความหนาที่ต้องการ

ภาพจาก luvata dot com

แท้จริงแล้วมีความแตกต่างในสายลวดหุ้มฉนวนสำหรับการใช้งานความถี่สูงมาก มันเรียกว่าท่อนำคลื่น มันเป็นท่อกลวงที่ใช้สำหรับทำ RF ฉันมีความเข้าใจว่าสัญญาณเดินทางผ่านด้านในของเปลือกนำไฟฟ้ามากกว่าด้านนอก แต่มีความคิดว่าต้องการเพียงเปลือกตัวนำที่หนาเพียงเท่าที่ผลกระทบทางผิวหนังกำหนดไว้ที่นั่น

ไม่ค่อยใช้สำหรับตัวเหนี่ยวนำแม้ว่า