Was ist der Hauteffekt?

Die Skin-Tiefe von Kupfer in der Elektrotechnik

Wie bereits erwähnt, tritt der Skin-Effekt auf, bei dem Wechselstrom dazu neigt, den Durchgang durch das Zentrum eines massiven Leiters zu vermeiden, und sich auf die Leitung in der Nähe der Oberfläche beschränkt.

Dies begrenzt effektiv die Leiterquerschnittsfläche, die für den Wechselelektronenfluss verfügbar ist, und erhöht den Widerstand dieses Leiters über den, der normalerweise für Gleichstrom wäre:

Skin-Effekt:Die Hauttiefe nimmt mit zunehmender Häufigkeit ab.

Der elektrische Widerstand des Leiters mit seiner gesamten Querschnittsfläche im Einsatz wird als „Gleichstromwiderstand“ bezeichnet. Der „Wechselstromwiderstand“ desselben Leiters bezieht sich auf einen höheren Wert, der sich aus dem Skin-Effekt ergibt.

Wie Sie sehen, vermeidet der Wechselstrom bei hohen Frequenzen, den größten Teil des Leiterquerschnitts zu durchqueren. Um Strom zu leiten, kann der Draht genauso gut hohl sein!

Hohlleiter in HF-Anwendungen

In einigen Funkanwendungen (insbesondere Antennen) wird dieser Effekt ausgenutzt. Da Hochfrequenz-Wechselströme („HF“) sowieso nicht durch die Mitte eines Leiters fließen würden, warum nicht einfach hohle Metallstäbe anstelle von massiven Metalldrähten verwenden und sowohl Gewicht als auch Kosten sparen? (Siehe Abbildung unten.)

Aus diesem Grund bestehen die meisten Antennenstrukturen und HF-Leistungsleiter aus hohlen Metallrohren.

Auf dem folgenden Foto sehen Sie einige große Induktivitäten, die in einem 50-kW-Funkübertragungskreis verwendet werden. Die Induktoren sind mit Silber beschichtete Kupferhohlrohre, für eine hervorragende Leitfähigkeit an der „Haut“ des Rohres:

Hochleistungsinduktoren aus Hohlrohren.

Wie sich der Drahtquerschnitt auf die Frequenz und den effektiven Widerstand auswirkt

Das Ausmaß, in dem die Frequenz den effektiven Widerstand eines Massivdrahtleiters beeinflusst, wird durch die Stärke dieses Drahts beeinflusst. In der Regel weisen großformatige Drähte bei jeder gegebenen Frequenz einen stärkeren Skin-Effekt (Widerstandsänderung gegenüber Gleichstrom) auf als kleindrahtige Drähte.

Die Gleichung zur Annäherung des Skin-Effekts bei hohen Frequenzen (größer als 1 MHz) lautet wie folgt:

Die folgende Tabelle enthält ungefähre Werte des „k“-Faktors für verschiedene Runddrahtgrößen. „k“-Faktor für verschiedene AWG-Drahtgrößen.

Messgröße k-Faktor Messgröße k-Faktor 4/0124.5834.82/099.01027.61/088.01417.6269.81810.9455.5226.86647,9--

Zum Beispiel hätte eine Länge von 10 Gauge Draht mit einem Gleichstrom-Ende-zu-Ende-Widerstand von 25 Ω einen (effektiven) Wechselstrom-Widerstand von 2,182 kΩ bei einer Frequenz von 10 MHz:

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für Drahttypen und -größen