Какво е скин ефект?

Какво е скин - ефект

Скин-ефект или повърхностен ефект се нарича ефекта на намаляване на амплитудата на електромагнитните вълни в зависимост от честотата при тяхното проникване в дълбочина на проводящата среда. Като резултат от този ефект, променливият ток с по-висока честота, при протичането си не се разпределя равномерно в цялото сечение на проводника, а се разпределя със значителна плътност предимно в повърхностния слой.

Определение: Неравномерното разпределение на тока през дадената площ на напречното сечение на проводника, когато той работи на променлив ток, е известен като скин ефект.

Когато постоянен ток преминава през проводника, той се разпределя равномерно в областта на напречното сечение на проводника или повърността.

Променлив ток, протичащ през проводника, обаче не се разпределя равномерно. Той концентрира на повърхностната площ на проводника. това явление е известно като скин ефект.

Скин ефектът е правопропорционален на честотата и диаметъра на проводника.

Този ефект в преносната линия е незначителен, ако честотата на захранването е по -малка от 50Hz

Основната причина за скин ефекта са неравномерните поточни връзки. Поради този ефект ефективната площ на напречното сечение на проводника намалява. Следователно ефективното съпротивление на проводника се увеличава. когато проводникът носи AC (променлив) ток.

В системата с постоянен ток няма скорост на промяна на тока и честотата е нула, така че токът се разпределя равномерно в областта на напречното сечение на проводника.

Следователно кожният ефект е отсъствието в DC (постоянен ток) системата.

Кратко математическо обяснение

Обемната плътност на тока е максимална върху повърхността на проводника. При отдалечаване от повърхността в дълбочина на проводника, тя намалява и на дълбочина Δ става в пъти по-малка. Затова практически целият ток е съсредоточен в слоя с дебелина Δ и на основание по-горе получените зависимости дебелината на слоя е равна на

Очевидно, че при достатъчно висока честота w дебелината на скин-слоя може да бъде много малка. Като пример може да се приведе зависимостта на дебелината на скин-слоя от честотата за меден проводник:

Честота	Δ
60 Hz	8,57 mm
10 kHz	0,66 mm
100 kHz	0,21 mm
1 MHz	66 мкм
10 MHz	21 мкм

Намаляване на скин ефекта

С увеличение на честотата на променливия ток, скин ефекта се проявява по-силно, което налага да се отчита при изчисление и конструиране на електрически схеми, работещи с променлив ток или в режимите на импулсно управление. Прилагат се технологични методи за намаляване на скин ефекта, като се посребряват медните проводници и с това се намалява специфичното съпротивление в повърхностния слой. Посребряване се използва и при направата на трептящи кръгове. Характеристиките на трептящите кръгове и тяхното качество като показател не се влошават значително и с ниското активно съпротивление на повърхностния слой не водят до бързо затихване на електрическите трептения в трептящия контур. За намаляване на скин-ефекта в трептящите кръгове се използва т.нар. литцендрат – проводник съставен от преплетени тънки проводници изолирани помежду си.

Указаните методи за борба с вредното явление не са приложими при радиоелектронното оборудване работещо на свръхвисоки честоти. В тези случаи се създават трептящи кръгове с особена форма – обемни резонатори, а преносните линии са вълноводи.

Използване

Скин-ефекта е полезен при индукционното загряване и закаляване на метали.
Проявява се и при фарадеевия кафез, който защитава електрониката в себе си.
Намаляване на смущения поради резонансни явления.

Фактори, влияещи върху скин ефекта в проводника

Естество на материала: Увеличава се с увеличаване на пропускливостта на материала.
Диаметър на проводника : Увеличава се с диаметъра на проводника.
Честота: Ефектът се увеличава с увеличаване на честотата.
Форма на проводника : По-малко за многожилен проводник отколкото единичен проводник.