GEKADE GeKaDe GKD GKDMAGNETICS PACK FEINDRAEHTE: Skineffect

terug naar index
hoofdpagina
startblad pack
terug theorie

... laat impulsen stromen ...

Stroomverdringing of skineffect heet ook wel KELVIN stroomverdringing, skineffect (huid effect) of Kelvin effect volgens het onderzoek van Lord Kelvin in 1887. Ook Tesla heeft hieraan onderzoek gedaan.
Voor koperdraad word de weerstand in µOhm/m berekend: R=(261√f)/p [µΩ/m] waar f de frequentie is en p de omtrek van de geleider in mm.

Hieronder een tabel met de stroomdiepte δ voor een ronde koperdraad afhangend van de frequentie.

frequentie

relatie frequentie / δ=stroomdiepte

frequentie	Ø enkeldraad	stroom per enkeldraad voor
frequentie	optimum	4A/mm²	10A/mm²
4,4kHz	1mm	3,14A	7,85A
11kHz	0,63mm	1,25A	3,11A
28kHz	0,40 mm	0,5A	1,25A
35kHz	0,355 mm	0,35A	0,88A
110kHz	0,20 mm	125mA	31mA
440kHz	0,10 mm	31mA	78,5mA
0,88MHz	0,071 mm	16mA	40mA
1,8MHz	0,05 mm	8mA	20mA
2,8MHz	0,04 mm	5mA	12,5mA
4,9MHz	0,03 mm	2,8mA	7,1mA
7,1MHz	0,025 mm	2mA	4,9mA
9,1MHz	0,022 mm	1,5mA	3,8mA
11MHz	0,020 mm	1,3mA	3,1mA
17,2MHz	0,016 mm	0,8mA	2mA

50 Hz

9,38 mm

60 Hz

8,57 mm

10 kHz

0,66 mm

100 kHz

0,21 mm

1 MHz

66 µm

10 MHz

21 µm

Dus voor 11kHz kan de enkeldraad tot Ø0,63mm gaan en voor een stroomdichtheid van 4A/mm² kan zo een draad dan 1,25A geleiden.
In een transformator voor een op 35kHz werkende schakelende voeding zonder ventilator zal men voor een wikkeling van 3,5A het beste rendement krijgen met een Litzkabel uit 10 draden van Ø 0,355.
Dezelfde wikkeling goed geventileerd kan dan tot 8,8A leveren met een goed rendement.
Een op 100kHz werkende schakelende voeding zal het beste rendement hebben met Ø0,20mm enkeldraden.

Een elektrisch optimum is niet per se een economisch of technisch optimum. Men moet altijd een evenwicht vinden tussen de verschillende voorwaarden!

meer informatie:

Engels: http://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect
$\delta = \sqrt{\frac {2} {\omega\cdot\mu\cdot\sigma}}\ = \sqrt{\frac {2\cdot\rho} {\omega\cdot\mu}}$
$\delta \,$ : huid dikte in meters [m]
$\omega \,$ : puls in radiaal per seconde [rad/s] $(\omega = 2\cdot\pi\cdot f)$
$f \,$ : frequentie van de stroom in Hertz [Hz]
$\mu \,$ : magnetische permeabiliteit in Henry per meter [H/m]
$\rho \,$ : weerstand in ohm meter [Ωm] $(\rho = \frac 1 \sigma)$
$\sigma \,$ : geleidbaarheid in Siemens per meter [S/m]

Voor een geleider met een veel grotere doorsnede dan δ kan de effectieve weerstand berekend worden bij een bepaalde frequentie als men toelaat dat alleen de huid dikte δ de weerstand bepaalt.
Voor een ronde geleider met een straal van R is de nuttige sectie Su: $S_u = \pi\cdot{(R^2 - (R-\delta)^2)}$

(Zie ook in het Frans: http://perso.orange.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23I/RM23i01.html)
L'effet de peau ou effet pelliculaire (skin effect)

Les courants à haute fréquence ne se propagent pas dans les conducteurs comme le courant continu ou à basse fréquence. Au lieu d'utiliser la totalité de la section du conducteur ils se cantonnent dans les couches proches de la surface du conducteur. La densité de courant décroît de façon exponentielle au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface. L'épaisseur moyenne e (en m) de la "peau" dans laquelle circule les courants HF peut être estimée à l'aide de la formule:

µo : perméabilité magnétique du vide (4p.10-7)
µr : perméabilité magnétique relative du conducteur (on prendra 1 pour le cuivre)
f : fréquence en Hz
r : résistivité du conducteur en W.m (18.10-9 W.m pour le cuivre)
La résistance d'un conducteur en HF est plus importante qu'en continu.

... laat impulsen stromen ...