Что такое скин эффект

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника.

Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится.

Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}4с{-1}$, а ${\omega }_2={10}6с{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}6}{{10}4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект).

Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода.

Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/vysokochastotnye_toki_skin-effekt/

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Рисунок Fig. 3 показывает плотность тока соответственно для невыраженного и выраженного скин-эффекта.

Рисунок 3. Плотность тока в проводнике

Можно определить коэффициент u который будет показывать, является ли скин-эффект выраженным или нет:

d — диаметр проводника (м);

μ = 4π х 10-7 (Гн/м);

μr  — относительная магнитная проницаемость;

ρ — удельное сопротивление (Ом/м);

f — частота (Гц).

Если u > 6 имеет место выраженный скин-эффект.

Для медного проводника (ρ = 1.72 x 10-8 Ом/м) и d  в мм, а f  в кГц имеем: 

Омическое сопротивление R переменному току вычисляется как RAC RDC · K.AC=RDC⋅K

при u > 6 : K=u22√+0.25

при u < 6: K приведен в таблице 1

Таблица 1. величины К для невыраженного скин-эффекта

Величина глубины скин-эффекта

Рисунок 4 показывает распределение тока внутри проводника по отношению к плотности тока на внешней поверхности проводника.

Рисунок 4. Плотность тока для выраженного скин-эффекта

Интерпретацией для глубины скин-эффекта является расстояние до внешней поверхности, на котором плотность тока снижается в е раз. Другим подходом является замена распределенной плотности тока на среднюю постоянную плотность тока (с учетом амплитуды и фазы) в слое sdi на поверхности проводника. Можно считать таким образом, что полезное сечение проводника определяется формулой .

Для случая медного проводника и частоты f выраженной в кГц для sdi в мм имеем: .

Источник: http://skb-proton.ru/publ/teorija/fizika/skin_ehffekt/5-1-0-3

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Для практических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую характеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц 50 60 10 000 100 000 1 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,34 8,53 0,66 0,21 0,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь).

Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя.

Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • практически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трансформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/skin-effekt.html

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Геймерская тусовка не такая широкая, как кажется на первый взгляд. Своего образа закрытое общество по интересам. О хороших игроках известно даже тем, кто сам не сидит за компьютером или приставкой. Популярность приносит определенные выгоды игрокам, и поэтому возможность выделяться сильно ценится.

Многие профессиональные игроки используют в своем арсенале индивидуальные скины, которых ни у кого нет. Когда с такими людьми люди встречаются на одной игровой площадке, многие игроки ликуют от радости. Со временем стиль становится трендом, и многие готовы платить, чтобы иметь возможность использовать тот же вид визуального оформления.

Особенно заметно это в игре «Counter-Strike». Миллионы игроков со всего мира сражаются друг с другом на различных серверах. Возможность бегать с автоматом Калашникова, которого нет больше ни у кого, приносит удовольствие игроку.

В других играх, таких как «Minecraft» или «GTA: San Andreas» можно влиять не только на внешний вид оружия. Многие предпочитают преобразить персонажа в героя мультфильма или кино. Это интересный прием, когда вы путешествуете по виртуальному миру, и внезапно встречаете Гомера Симпсона или Наруто. Также можно изменить оформление автомобилей или прочей техники.

Где взять скины?

Крупные игровые сервисы предпочитают зарабатывать на желаниях своих пользователей. Для этого они организуют либо продажу скинов, либо лотерею.

В первом случае игрок попадает в своеобразный магазин, в котором он может выбрать подходящее для него визуальное оформление. На стоимость предмета влияет его оригинальность и уникальность. Известны случаи, когда богатые шейхи покупали авторские работы за сотни тысяч долларов. Это послужило началом того, что многие стали пробовать себя в качестве виртуальных дизайнеров.

Лотерея представляет собой подобие беспроигрышной игры, в которой вы в начале платите определенную сумму, а затем крутите барабан. В кейсах находятся вещи.

Их общая стоимость намного превышает заплаченную вами цену, но они распределены так, что дорогие скины находятся в одном из сотни других, более дешевых кейсов.

В данном случае вы не получаете гарантию того, что вложения окупятся, но если вы выберете именно тот самый, желанный кейс, то можете хорошо заработать, продав его другому игроку или системе.

Как их можно сделать самому?

Конечно, возможность выделяться в виртуальном пространстве давно используется сервисами для заработка, и им не выгодно позволять игрокам делать это бесплатно. Создавать собственную «шкурку» можно на неофициальных серверах, единственное отличие которых это отсутствие официального рейтинга лучших игроков.

Казалось, что может быть сложного в том, чтобы переместить свой файл в папку с игрой и наслаждаться своим творением. Проблемы в данном случае две:

  • Несовпадающий формат;
  • Плохой графический редактор.

Первая проблема заключается в том, что игра просто не видит то, что вы сделали, и поэтому игнорирует.

Рисовать хорошие скины нужно в правильных графических редакторах. Использование обычного «Пейнта», конечно, никто не отменял, но это не самая удачная идея, так как изображение будет не лучшего качества.

Лучше всего использовать стандартный фотошоп. В нем имеется множество интересных функций, которые позволят вам довести выбранное оружие или облик персонажа до желаемых результатов. Также он расширяет диапазон возможных форматов. В противном случае придется искать приложение для его изменения.

Заключение

Говоря простым языком, скин – это одежда, в которую игроки могут одеть любой виртуальный предмет. Разнообразие изменяемых визуальных эффектов зависит от выбранной игры. В некоторых нет смысла в изменении облика персонажа, в других открытый мир позволяет создать чуть-ли не собственную копию. Это один из способов стать более узнаваемым на просторах онлайн-игр, и самому при этом чувствовать свою индивидуальность.

Источник: https://gadget-house.ru/chto-takoe-skin-v-igrax-prostymi-slovami-primery-skinov/

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Скин эффект

что такое скин эффект

Скин эффект

что такое скин эффект

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

Скин-эффект: принцип работы

Скин-эффект: принцип работы

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Вот нефть оказалась на поверхности, прошла первичную обработку и готова отправиться дальше.

Впереди у неё десятки, а то и сотни километров трубопровода, и на этом пути её температуру тоже лучше поддерживать постоянно. Это вопрос экологической безопасности.

А заодно и способ избежать больших финансовых потерь, если с трубопроводом вдруг что-то произойдёт.

Чтобы предотвратить разрушение и простой в работе, можно построить резервуарные парки на всём протяжении трубопровода и в критических ситуациях сливать застывшую нефть туда, но это очень дорого.

Ещё один вариант — сливать на рельеф, то есть просто на землю. Природа после подобных сливов может восстанавливаться несколько десятков лет.

Но есть и третий способ решения проблемы — установка на трубопроводе особых систем обогрева на основе скин-эффекта.
Именно такое решение предлагают специалисты Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»). Это один из четырёх мировых производителей систем электрообогрева на основе скин-эффекта.

Скин-система

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

При постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле.

Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру.

Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника.

При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель.

Распределение плотности тока в проводнике

Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии.

Глубина проникновения

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Это действие следует рассматривать на примере относительно длинного цилиндрического проводника, на который оказывает воздействие переменное напряжение, имеющее определенную частоту с изменением по времени.

Если взять постоянное напряжение, частота которого равна нулю, то в этом случае распределение электрического тока будет по всему сечению проводника. Это связано с тем, что напряженность постоянного тока будет одинаковой в каждой точке сечения проводника. Силовые линии магнитного поля, создаваемого током, образуются в виде концентрических окружностей, центр которых совпадает с осью проводника.

Таким образом, постоянный ток распределяется по сечению вне зависимости от действия магнитного поля.

В случае с переменным током в проводнике, происходит его изменение во времени с одновременным изменением магнитного поля. При изменении потока магнитного поля наблюдается появление электродвижущей силы. Именно эта ЭДС вытесняет электрический ток к поверхности проводника с помощью магнитного поля.

При очень высоких частотах весь ток будет протекать только по тонкому слою наружной части проводника.

Свойства скин-эффекта

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой.

Практическое использование скин-эффекта

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Говоря простым языком, скин эффект заключается в том, что протекающий по проводнику переменный ток, вытесняется к поверхности проводника с ростом частоты.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.

Толщина скин слоя

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника.

Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится.

Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}4с{-1}$, а ${\omega }_2={10}6с{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}6}{{10}4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект).

Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода.

Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/vysokochastotnye_toki_skin-effekt/

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Рисунок Fig. 3 показывает плотность тока соответственно для невыраженного и выраженного скин-эффекта.

Рисунок 3. Плотность тока в проводнике

Можно определить коэффициент u который будет показывать, является ли скин-эффект выраженным или нет:

d — диаметр проводника (м);

μ = 4π х 10-7 (Гн/м);

μr  — относительная магнитная проницаемость;

ρ — удельное сопротивление (Ом/м);

f — частота (Гц).

Если u > 6 имеет место выраженный скин-эффект.

Для медного проводника (ρ = 1.72 x 10-8 Ом/м) и d  в мм, а f  в кГц имеем: 

Омическое сопротивление R переменному току вычисляется как RAC RDC · K.AC=RDC⋅K

при u > 6 : K=u22√+0.25

при u < 6: K приведен в таблице 1

Таблица 1. величины К для невыраженного скин-эффекта

Величина глубины скин-эффекта

Рисунок 4 показывает распределение тока внутри проводника по отношению к плотности тока на внешней поверхности проводника.

Рисунок 4. Плотность тока для выраженного скин-эффекта

Интерпретацией для глубины скин-эффекта является расстояние до внешней поверхности, на котором плотность тока снижается в е раз. Другим подходом является замена распределенной плотности тока на среднюю постоянную плотность тока (с учетом амплитуды и фазы) в слое sdi на поверхности проводника. Можно считать таким образом, что полезное сечение проводника определяется формулой .

Для случая медного проводника и частоты f выраженной в кГц для sdi в мм имеем: .

Источник: http://skb-proton.ru/publ/teorija/fizika/skin_ehffekt/5-1-0-3

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Для практических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую характеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц 50 60 10 000 100 000 1 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,34 8,53 0,66 0,21 0,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь).

Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя.

Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • практически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трансформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/skin-effekt.html

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Геймерская тусовка не такая широкая, как кажется на первый взгляд. Своего образа закрытое общество по интересам. О хороших игроках известно даже тем, кто сам не сидит за компьютером или приставкой. Популярность приносит определенные выгоды игрокам, и поэтому возможность выделяться сильно ценится.

Многие профессиональные игроки используют в своем арсенале индивидуальные скины, которых ни у кого нет. Когда с такими людьми люди встречаются на одной игровой площадке, многие игроки ликуют от радости. Со временем стиль становится трендом, и многие готовы платить, чтобы иметь возможность использовать тот же вид визуального оформления.

Особенно заметно это в игре «Counter-Strike». Миллионы игроков со всего мира сражаются друг с другом на различных серверах. Возможность бегать с автоматом Калашникова, которого нет больше ни у кого, приносит удовольствие игроку.

В других играх, таких как «Minecraft» или «GTA: San Andreas» можно влиять не только на внешний вид оружия. Многие предпочитают преобразить персонажа в героя мультфильма или кино. Это интересный прием, когда вы путешествуете по виртуальному миру, и внезапно встречаете Гомера Симпсона или Наруто. Также можно изменить оформление автомобилей или прочей техники.

Где взять скины?

Крупные игровые сервисы предпочитают зарабатывать на желаниях своих пользователей. Для этого они организуют либо продажу скинов, либо лотерею.

В первом случае игрок попадает в своеобразный магазин, в котором он может выбрать подходящее для него визуальное оформление. На стоимость предмета влияет его оригинальность и уникальность. Известны случаи, когда богатые шейхи покупали авторские работы за сотни тысяч долларов. Это послужило началом того, что многие стали пробовать себя в качестве виртуальных дизайнеров.

Лотерея представляет собой подобие беспроигрышной игры, в которой вы в начале платите определенную сумму, а затем крутите барабан. В кейсах находятся вещи.

Их общая стоимость намного превышает заплаченную вами цену, но они распределены так, что дорогие скины находятся в одном из сотни других, более дешевых кейсов.

В данном случае вы не получаете гарантию того, что вложения окупятся, но если вы выберете именно тот самый, желанный кейс, то можете хорошо заработать, продав его другому игроку или системе.

Как их можно сделать самому?

Конечно, возможность выделяться в виртуальном пространстве давно используется сервисами для заработка, и им не выгодно позволять игрокам делать это бесплатно. Создавать собственную «шкурку» можно на неофициальных серверах, единственное отличие которых это отсутствие официального рейтинга лучших игроков.

Казалось, что может быть сложного в том, чтобы переместить свой файл в папку с игрой и наслаждаться своим творением. Проблемы в данном случае две:

  • Несовпадающий формат;
  • Плохой графический редактор.

Первая проблема заключается в том, что игра просто не видит то, что вы сделали, и поэтому игнорирует.

Рисовать хорошие скины нужно в правильных графических редакторах. Использование обычного «Пейнта», конечно, никто не отменял, но это не самая удачная идея, так как изображение будет не лучшего качества.

Лучше всего использовать стандартный фотошоп. В нем имеется множество интересных функций, которые позволят вам довести выбранное оружие или облик персонажа до желаемых результатов. Также он расширяет диапазон возможных форматов. В противном случае придется искать приложение для его изменения.

Заключение

Говоря простым языком, скин – это одежда, в которую игроки могут одеть любой виртуальный предмет. Разнообразие изменяемых визуальных эффектов зависит от выбранной игры. В некоторых нет смысла в изменении облика персонажа, в других открытый мир позволяет создать чуть-ли не собственную копию. Это один из способов стать более узнаваемым на просторах онлайн-игр, и самому при этом чувствовать свою индивидуальность.

Источник: https://gadget-house.ru/chto-takoe-skin-v-igrax-prostymi-slovami-primery-skinov/

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Нефтяное путешествие

Вот нефть оказалась на поверхности, прошла первичную обработку и готова отправиться дальше.

Впереди у неё десятки, а то и сотни километров трубопровода, и на этом пути её температуру тоже лучше поддерживать постоянно. Это вопрос экологической безопасности.

А заодно и способ избежать больших финансовых потерь, если с трубопроводом вдруг что-то произойдёт.

Чтобы предотвратить разрушение и простой в работе, можно построить резервуарные парки на всём протяжении трубопровода и в критических ситуациях сливать застывшую нефть туда, но это очень дорого.

Ещё один вариант — сливать на рельеф, то есть просто на землю. Природа после подобных сливов может восстанавливаться несколько десятков лет.

Но есть и третий способ решения проблемы — установка на трубопроводе особых систем обогрева на основе скин-эффекта.
Именно такое решение предлагают специалисты Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»). Это один из четырёх мировых производителей систем электрообогрева на основе скин-эффекта.

Скин-система

Скин-система

Система электрообогрева на основе скин-эффекта (или индукционно-резистивная система нагрева, ИРСН) является единственной конструкцией, позволяющей обогревать плечо трубопровода до 60 км и подавать питание с одного конца без сопроводительной сети.

Впервые такая технология появилась в Японии в 1960-х годах, и в настоящее время в мире всего несколько производителей сумели освоить её. Сегодня системы электрообогрева на основе скин-эффекта производятся только в Японии, США и России.

Принцип действия рассматриваемой системы основан на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте (поверхностном эффекте).

Нагревательным элементом системы электрообогрева выступает труба из ферромагнитной стали наружным диаметром 15-60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм, в которую свободно помещён изолированный проводник из немагнитного материала сечением 8–40 мм2. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Ток, протекающий по жиле проводника, индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубе. Вследствие чего в ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) возникает ярко выраженный скин-эффект: ток протекает не по всей толщине стенки трубки, а в тонком (около 1 мм) поверхностном слое. Причём этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Так как на внешней поверхности трубки ток практически отсутствует, потенциал наружной поверхности остаётся нулевым, что делает ИРСН электробезопасной.

Системы на основе скин-эффекта получили применение на крупнейших объектах Total, ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром», ПАО «ЛУКОЙЛ», среди которых Харьягинское, Южно-Шапкинское, Ванкорское, Песцовое, Заполярное, Новопортовское месторождения, и другиx.

В общей сложности такими системами инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» (входит в ГК «ССТ») оснастила более 1 000 км трубопроводов в России и за рубежом.

К слову

К слову

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» — российский разработчик и поставщик систем электрообогрева и теплоизоляции для различных отраслей промышленности. «ССТэнергомонтаж» входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии», которая является лидером российского рынка электрообогрева более 25 лет.

По опыту

По опыту

За годы работы «ССТэнергомонтаж» накопила существенный опыт в решении задач обогрева трубопроводов.

В портфолио компании — участие в крупнейших проектах, в числе которых магистральные трубопроводы ВСТО, Заполярье-Пурпе, Куюмба-Тайшет, БТС-2.

Так, «Заполярье-Пурпе» является самым северным нефтепроводом России.

Из 488 км — а именно такова его общая протяжённость объекта — 170 проложено за Полярным кругом.

«ССТэнергомонтаж» обеспечила объект системами электрообогрева на основе скин-эффекта и саморегулирующимися нагревательными кабелями.

«По проекту, созданному совместно с заказчиком — компанией «Транснефть» — мы обеспечили скин-системами более 10 км. На всём протяжении стабильно поддерживается температура +5 °C», — рассказали в ГК «ССТ».

Такой объект, как Ванкорское месторождение, в представлении не нуждается. Его называют величайшим нефтяным открытием послед-них 25 лет.

Специалистам ГК «ССТ» довелось поработать и здесь: они выполняли услуги по проектированию, производству, поставке, монтажу и вводу в эксплуатацию систем электрообогрева. Здесь также была установлена ИРСН, длина обогреваемого трубопровода составила 11 417 м. Экспертам пришлось работать с трубами разного диаметра — от 89 до 325 мм. Система функционирует уже более 10 лет, по трубопроводам транспортируется вода, нефть и газ, а благодаря точным расчётам поддерживается температура +2+20 °C.

Источник: https://dprom.online/oilngas/chto-takoe-skin-sistema-i-kak-ona-rabotaet/

Скин эффект

что такое скин эффект

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

Общее объяснение

При постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле.

Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру.

Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника.

При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель.

Распределение плотности тока в проводнике

Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии.

Глубина проникновения

Глубина проникновения

Расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока упала до коэффициента 1 / e = 0,37, или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения и рассчитывается по формуле:

d = √ (ρ / (π × μ × f)), где:

  • d – глубина проникновения, мм;
  • ρ – удельное сопротивление материала;
  • μ – постоянная проницаемости = 4 × p × 10 -7 Генри / м;
  • f – частота;

Отсюда можно составить эмпирическое правило для меди:

d = 66 × √ (ρ r / (μ r × f)), где:

  • ρ r = ρ / ρ Cu = 1;
  • μ r – для немагнитных материалов, таких как медь, равно 1.

Глубина скин слоя для э/м полей

Из формулы следует, что глубина проникновения для каждой частоты у сверхпроводников равна 0, то есть весь перенос заряда идет по поверхности, а для плохого проводника глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также пропорциональна потерям, возникающим в проводе.

Расчет увеличения сопротивления, возникающего во время скин эффекта, немного сложнее:

  1. Для круглой сплошной медной проволоки с диаметром 2 мм, что соответствует S = 3,15 мм², полученное сопротивление на частоте 100 кГц, по сравнению с таким же значением для частоты 32 кГц, возрастает в 1,5 раза;
  2. Для проводника с d = 0, 2 мм удвоение сопротивления происходит только на частоте 10 мГц.

Важно! Для исключения скин эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц проводник может иметь диаметр не более 1 мм. Если диапазон аудиосигнала величин до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм.

Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника:

f c = 4 / (π × μ × s Cu × D 2) = 1 / (π 2 × 5,8 × D 2), где:

  • f c – частота среза;
  • D – диаметр проводника;
  • s Cu= удельная проводимость меди = 5,8 × 10 7 (Ω × м) -1;

Несколько значений частоты среза для меди:

  • 0,1 мм – 1,75 мГц;
  • 0,3 мм – 194 кГц;
  • 0,5 мм – 70 кГц;
  • 0,8 мм – 27 кГц;
  • 1 мм – 17 кГц;
  • 2 мм – 4,4 кГц.

Фактический поверхностный эффект не является чистым увеличением сопротивления.

Часть э/м поля, которая не отражается на проводимости из-за неидеальных свойств провода, но проникает в него, можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована в осевом направлении вдоль длины проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально, начиная с поверхности. Это является причиной скин эффекта.

Таким образом, поле потерь напрямую зависит от проводимости, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло.

Способы подавления скин эффекта

Способы подавления скин эффекта

Поверхностный эффект можно подавить или значительно уменьшить, используя вместо сплошной проволоки пучок тонких проводов, покрытых специальным изоляционным лаком. В высокочастотной технологии часто используются тонкостенные трубки, поверхность которых покрыта хорошо проводящим слоем, например, серебром.

Основные особенности подавления скин эффекта:

  1. Идеальные проводники для аудиодиапазона – не толще 0,3 мм;
  2. Структура кабеля должна быть такой, чтобы по всей длине образовывалось однородное магнитное поле между проводниками;
  3. Провод должен быть максимально чистым и однородным, с поверхностью, абсолютно свободной от оксида меди;
  4. Следует избегать рядом лежащих неэкранированных шнуров питания из-за генерируемых магнитных полей;
  5. В качестве диэлектрика лучше использовать материал с возможно меньшей диэлектрической постоянной.

Многожильные провода часто используются и для передачи токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно применяется для передачи мощности на большие расстояния. Широкие дорожки на печатной плате обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление.

С учетом этих простых предложений скин-эффекта можно избежать в большинстве случаев применения электроэнергии. Но правильное функционирование конструкций, работающих на сотнях мегагерц и даже гигагерцах, требует тщательного планирования и инженерных решений.

Оптоволоконные кабели, в которых для передачи данных используется неметаллическая среда, обычно требуются, чтобы глубина поверхностного слоя стандартных проводников оставалась низкой.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/skin-ehffekt.html

Скин-эффект: принцип работы

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Принцип действия скин-эффекта

Это действие следует рассматривать на примере относительно длинного цилиндрического проводника, на который оказывает воздействие переменное напряжение, имеющее определенную частоту с изменением по времени.

Если взять постоянное напряжение, частота которого равна нулю, то в этом случае распределение электрического тока будет по всему сечению проводника. Это связано с тем, что напряженность постоянного тока будет одинаковой в каждой точке сечения проводника. Силовые линии магнитного поля, создаваемого током, образуются в виде концентрических окружностей, центр которых совпадает с осью проводника.

Таким образом, постоянный ток распределяется по сечению вне зависимости от действия магнитного поля.

В случае с переменным током в проводнике, происходит его изменение во времени с одновременным изменением магнитного поля. При изменении потока магнитного поля наблюдается появление электродвижущей силы. Именно эта ЭДС вытесняет электрический ток к поверхности проводника с помощью магнитного поля.

При очень высоких частотах весь ток будет протекать только по тонкому слою наружной части проводника.

Свойства скин-эффекта

Свойства скин-эффекта

Скин-эффект связан не только с высокочастотными токами, которые изменяются во времени. Это связано с любым временным изменением токов. Возникновение скин-эффекта может наблюдаться при непосредственном подключении проводника к постоянному напряжению. Именно в этот момент появляется ЭДС индукции большого значения, компенсирующая действие внешнего электрического поля на оси. Окончание этого процесса отмечается во время равномерного распределения тока в проводнике по всему сечению.

Работа по перемещению заряда в электрическом поле

При очень быстром изменении тока, водится специальное время, в течение которого ток и магнитное поле проникают в глубину проводника. Эта величина носит наименование скин-нового времени. При этом, следует учитывать и тот фактор, что с уменьшением удельного сопротивления проводника, увеличивается время проникновения в него тока и магнитного поля.

В случае использования сверхпроводников, скин-время, теоретически, будет иметь бесконечно большое значение, магнитного поля не наблюдается, а протекание тока происходит исключительно по поверхности.

Источник: https://electric-220.ru/news/skin_ehffekt_princip_dejstvija/2014-01-12-489

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой.

Практическое использование скин-эффекта

Практическое использование скин-эффекта

Распределение плотности тока в проводнике в зависимости от частоты тока позволяет по одному проводу передавать электрические сигналы разных частот. Сигналы более высокой частоты проходят по внешнему радиусу (большему) проводника, а сигналы меньшей частоты по меньшему радиусу. Получается нечто вроде слоенного пирога цилиндрической формы, где начинка распределяется сферически. Каждый вид начинки — это как бы отдельная частота тока.

Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель.

Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм.

Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели.

При передачи высокочастотных сигналов, в целях экономии цветного металла, основной несущий провод изготавливают из дешевого стального сплава, который затем покрывают тонким слоем меди. Благодаря скин-эффекту ток протекает практически только по медной оболочке, а в стальном основании он отсутствует. Это позволяет значительно удешевить провода и кабели для высокочастотных средств связи.

Дата: 27.05.2016

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/poverkhnostnyy-effekt-v-provodnike-skin-effekt-chastotnyye-svoystva

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Говоря простым языком, скин эффект заключается в том, что протекающий по проводнику переменный ток, вытесняется к поверхности проводника с ростом частоты.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя — это толщина слоя поверхности, углубившись на которую сигнал ослабевает в 2.71 раз (константа е). Говоря проще — это полезная площадь проводника, через которую сигнал проходит без изменений.

Представьте только. мы тратим колоссальные деньги на микросхемы и конденсаторы, а какой-то кусочек дешевого провода портит весь эффект. Грусть. печаль

А какая частота считается высокой?

А какая частота считается высокой?

Как уже было сказано, скин эффект проявляется только на переменном сигнале и только на высоких частотах. До этого я специально обходил числовые значения частоты стороной. Но что же означает высокая частота?

Тут стоит заострить внимание на том, что под «высокими частотами» подразумеваются высокие по меркам электроники, а не человеческого слуха. Бороться с проявлением скин эффекта начинают на частотах выше 1МГц. Там может доходить и до того, что проводники делаются не сплошными, а полыми в виде трубок. Т.к. в центральная часть проводника становится не просто ненужной, но еще и вредной для сигнала.

Конечно скин эффект проявляется и в слышимой области частот. Не зря же об этом пестрят все Хай-Энд издания. Но вот только хитрые маркетологи не говорит о том, насколько проявляется это влияние.

Скин эффект для конкретных частот

Скин эффект для конкретных частот

Сегодня существует довольно много онлайн калькуляторов, считающих толщину скин слоя для конкретной частоты. Мне приглянулся этот. На нем и будем считать.

А теперь давайте узнаем толщину скин слоя для максимальной слышимой частоты. Считается что мы слышим в лучшем случае до 20кГц. Но есть данные, что в улитке слухового аппарата есть специальные волоски, погруженные в лимфу, которые чувствуют частоты до 100кГц. Эти частоты, хоть мы их и не слышим влияют на восприятие слышимого диапазона

Да не важно) вообщем, для 100 кГц толщина скин слоя составляет 0.2 мм.

Если взять провод с радиусом равным толщине скин слоя, то на скин эффект можно наплевать. Ибо его толщина это весь провод.

Толщину проводков, применяемых в наушниках можно посмотреть зарезав одни из своих наушников или, например, в статье «как починить наушники без паяльника». Сегодня уже практически стандарт делать такие провода из литцендрата.

Литцендрат это многожильный провод, каждая жилка которого имеет отдельную лаковую изоляцию.

Так что толщина каждого проводка много меньше полученного результата. Вот таким нехитрым образом страницы красивых журналов нас красиво разводят.

Может другие эффекты?

Может другие эффекты?

Конечно есть еще один поверхностный эффект. Суть его сводится к тому, что все протекающие в проводнике заряды — электроны имеют одинаковый знак. А как известно, одинаковые заряды отталкиваются. В результате протекающий ток подобно скин эффекту прижимается к краю проводника.

Но этот эффект проявляется только при токах намного больших 10-20 ампер, и ни к межблочным ни к наушниковым кабелям никакого отношения не имеет

Заключение

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника.

Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится.

Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}4с{-1}$, а ${\omega }_2={10}6с{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}6}{{10}4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект).

Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода.

Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/vysokochastotnye_toki_skin-effekt/

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Рисунок Fig. 3 показывает плотность тока соответственно для невыраженного и выраженного скин-эффекта.

Рисунок 3. Плотность тока в проводнике

Можно определить коэффициент u который будет показывать, является ли скин-эффект выраженным или нет:

d — диаметр проводника (м);

μ = 4π х 10-7 (Гн/м);

μr  — относительная магнитная проницаемость;

ρ — удельное сопротивление (Ом/м);

f — частота (Гц).

Если u > 6 имеет место выраженный скин-эффект.

Для медного проводника (ρ = 1.72 x 10-8 Ом/м) и d  в мм, а f  в кГц имеем: 

Омическое сопротивление R переменному току вычисляется как RAC RDC · K.AC=RDC⋅K

при u > 6 : K=u22√+0.25

при u < 6: K приведен в таблице 1

Таблица 1. величины К для невыраженного скин-эффекта

Величина глубины скин-эффекта

Рисунок 4 показывает распределение тока внутри проводника по отношению к плотности тока на внешней поверхности проводника.

Рисунок 4. Плотность тока для выраженного скин-эффекта

Интерпретацией для глубины скин-эффекта является расстояние до внешней поверхности, на котором плотность тока снижается в е раз. Другим подходом является замена распределенной плотности тока на среднюю постоянную плотность тока (с учетом амплитуды и фазы) в слое sdi на поверхности проводника. Можно считать таким образом, что полезное сечение проводника определяется формулой .

Для случая медного проводника и частоты f выраженной в кГц для sdi в мм имеем: .

Источник: http://skb-proton.ru/publ/teorija/fizika/skin_ehffekt/5-1-0-3

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Для практических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую характеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц 50 60 10 000 100 000 1 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,34 8,53 0,66 0,21 0,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь).

Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя.

Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • практически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трансформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/skin-effekt.html

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Геймерская тусовка не такая широкая, как кажется на первый взгляд. Своего образа закрытое общество по интересам. О хороших игроках известно даже тем, кто сам не сидит за компьютером или приставкой. Популярность приносит определенные выгоды игрокам, и поэтому возможность выделяться сильно ценится.

Многие профессиональные игроки используют в своем арсенале индивидуальные скины, которых ни у кого нет. Когда с такими людьми люди встречаются на одной игровой площадке, многие игроки ликуют от радости. Со временем стиль становится трендом, и многие готовы платить, чтобы иметь возможность использовать тот же вид визуального оформления.

Особенно заметно это в игре «Counter-Strike». Миллионы игроков со всего мира сражаются друг с другом на различных серверах. Возможность бегать с автоматом Калашникова, которого нет больше ни у кого, приносит удовольствие игроку.

В других играх, таких как «Minecraft» или «GTA: San Andreas» можно влиять не только на внешний вид оружия. Многие предпочитают преобразить персонажа в героя мультфильма или кино. Это интересный прием, когда вы путешествуете по виртуальному миру, и внезапно встречаете Гомера Симпсона или Наруто. Также можно изменить оформление автомобилей или прочей техники.

Где взять скины?

Крупные игровые сервисы предпочитают зарабатывать на желаниях своих пользователей. Для этого они организуют либо продажу скинов, либо лотерею.

В первом случае игрок попадает в своеобразный магазин, в котором он может выбрать подходящее для него визуальное оформление. На стоимость предмета влияет его оригинальность и уникальность. Известны случаи, когда богатые шейхи покупали авторские работы за сотни тысяч долларов. Это послужило началом того, что многие стали пробовать себя в качестве виртуальных дизайнеров.

Лотерея представляет собой подобие беспроигрышной игры, в которой вы в начале платите определенную сумму, а затем крутите барабан. В кейсах находятся вещи.

Их общая стоимость намного превышает заплаченную вами цену, но они распределены так, что дорогие скины находятся в одном из сотни других, более дешевых кейсов.

В данном случае вы не получаете гарантию того, что вложения окупятся, но если вы выберете именно тот самый, желанный кейс, то можете хорошо заработать, продав его другому игроку или системе.

Как их можно сделать самому?

Конечно, возможность выделяться в виртуальном пространстве давно используется сервисами для заработка, и им не выгодно позволять игрокам делать это бесплатно. Создавать собственную «шкурку» можно на неофициальных серверах, единственное отличие которых это отсутствие официального рейтинга лучших игроков.

Казалось, что может быть сложного в том, чтобы переместить свой файл в папку с игрой и наслаждаться своим творением. Проблемы в данном случае две:

  • Несовпадающий формат;
  • Плохой графический редактор.

Первая проблема заключается в том, что игра просто не видит то, что вы сделали, и поэтому игнорирует.

Рисовать хорошие скины нужно в правильных графических редакторах. Использование обычного «Пейнта», конечно, никто не отменял, но это не самая удачная идея, так как изображение будет не лучшего качества.

Лучше всего использовать стандартный фотошоп. В нем имеется множество интересных функций, которые позволят вам довести выбранное оружие или облик персонажа до желаемых результатов. Также он расширяет диапазон возможных форматов. В противном случае придется искать приложение для его изменения.

Заключение

Говоря простым языком, скин – это одежда, в которую игроки могут одеть любой виртуальный предмет. Разнообразие изменяемых визуальных эффектов зависит от выбранной игры. В некоторых нет смысла в изменении облика персонажа, в других открытый мир позволяет создать чуть-ли не собственную копию. Это один из способов стать более узнаваемым на просторах онлайн-игр, и самому при этом чувствовать свою индивидуальность.

Источник: https://gadget-house.ru/chto-takoe-skin-v-igrax-prostymi-slovami-primery-skinov/

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Вот нефть оказалась на поверхности, прошла первичную обработку и готова отправиться дальше.

Впереди у неё десятки, а то и сотни километров трубопровода, и на этом пути её температуру тоже лучше поддерживать постоянно. Это вопрос экологической безопасности.

А заодно и способ избежать больших финансовых потерь, если с трубопроводом вдруг что-то произойдёт.

Чтобы предотвратить разрушение и простой в работе, можно построить резервуарные парки на всём протяжении трубопровода и в критических ситуациях сливать застывшую нефть туда, но это очень дорого.

Ещё один вариант — сливать на рельеф, то есть просто на землю. Природа после подобных сливов может восстанавливаться несколько десятков лет.

Но есть и третий способ решения проблемы — установка на трубопроводе особых систем обогрева на основе скин-эффекта.
Именно такое решение предлагают специалисты Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»). Это один из четырёх мировых производителей систем электрообогрева на основе скин-эффекта.

Скин-система

Система электрообогрева на основе скин-эффекта (или индукционно-резистивная система нагрева, ИРСН) является единственной конструкцией, позволяющей обогревать плечо трубопровода до 60 км и подавать питание с одного конца без сопроводительной сети.

Впервые такая технология появилась в Японии в 1960-х годах, и в настоящее время в мире всего несколько производителей сумели освоить её. Сегодня системы электрообогрева на основе скин-эффекта производятся только в Японии, США и России.

Принцип действия рассматриваемой системы основан на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте (поверхностном эффекте).

Нагревательным элементом системы электрообогрева выступает труба из ферромагнитной стали наружным диаметром 15-60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм, в которую свободно помещён изолированный проводник из немагнитного материала сечением 8–40 мм2. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Ток, протекающий по жиле проводника, индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубе. Вследствие чего в ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) возникает ярко выраженный скин-эффект: ток протекает не по всей толщине стенки трубки, а в тонком (около 1 мм) поверхностном слое. Причём этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Так как на внешней поверхности трубки ток практически отсутствует, потенциал наружной поверхности остаётся нулевым, что делает ИРСН электробезопасной.

Системы на основе скин-эффекта получили применение на крупнейших объектах Total, ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром», ПАО «ЛУКОЙЛ», среди которых Харьягинское, Южно-Шапкинское, Ванкорское, Песцовое, Заполярное, Новопортовское месторождения, и другиx.

В общей сложности такими системами инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» (входит в ГК «ССТ») оснастила более 1 000 км трубопроводов в России и за рубежом.

К слову

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» — российский разработчик и поставщик систем электрообогрева и теплоизоляции для различных отраслей промышленности. «ССТэнергомонтаж» входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии», которая является лидером российского рынка электрообогрева более 25 лет.

По опыту

За годы работы «ССТэнергомонтаж» накопила существенный опыт в решении задач обогрева трубопроводов.

В портфолио компании — участие в крупнейших проектах, в числе которых магистральные трубопроводы ВСТО, Заполярье-Пурпе, Куюмба-Тайшет, БТС-2.

Так, «Заполярье-Пурпе» является самым северным нефтепроводом России.

Из 488 км — а именно такова его общая протяжённость объекта — 170 проложено за Полярным кругом.

«ССТэнергомонтаж» обеспечила объект системами электрообогрева на основе скин-эффекта и саморегулирующимися нагревательными кабелями.

«По проекту, созданному совместно с заказчиком — компанией «Транснефть» — мы обеспечили скин-системами более 10 км. На всём протяжении стабильно поддерживается температура +5 °C», — рассказали в ГК «ССТ».

Такой объект, как Ванкорское месторождение, в представлении не нуждается. Его называют величайшим нефтяным открытием послед-них 25 лет.

Специалистам ГК «ССТ» довелось поработать и здесь: они выполняли услуги по проектированию, производству, поставке, монтажу и вводу в эксплуатацию систем электрообогрева. Здесь также была установлена ИРСН, длина обогреваемого трубопровода составила 11 417 м. Экспертам пришлось работать с трубами разного диаметра — от 89 до 325 мм. Система функционирует уже более 10 лет, по трубопроводам транспортируется вода, нефть и газ, а благодаря точным расчётам поддерживается температура +2+20 °C.

Источник: https://dprom.online/oilngas/chto-takoe-skin-sistema-i-kak-ona-rabotaet/

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

При постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле.

Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру.

Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника.

При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель.

Распределение плотности тока в проводнике

Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии.

Глубина проникновения

Расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока упала до коэффициента 1 / e = 0,37, или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения и рассчитывается по формуле:

d = √ (ρ / (π × μ × f)), где:

  • d – глубина проникновения, мм;
  • ρ – удельное сопротивление материала;
  • μ – постоянная проницаемости = 4 × p × 10 -7 Генри / м;
  • f – частота;

Отсюда можно составить эмпирическое правило для меди:

d = 66 × √ (ρ r / (μ r × f)), где:

  • ρ r = ρ / ρ Cu = 1;
  • μ r – для немагнитных материалов, таких как медь, равно 1.

Глубина скин слоя для э/м полей

Из формулы следует, что глубина проникновения для каждой частоты у сверхпроводников равна 0, то есть весь перенос заряда идет по поверхности, а для плохого проводника глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также пропорциональна потерям, возникающим в проводе.

Расчет увеличения сопротивления, возникающего во время скин эффекта, немного сложнее:

  1. Для круглой сплошной медной проволоки с диаметром 2 мм, что соответствует S = 3,15 мм², полученное сопротивление на частоте 100 кГц, по сравнению с таким же значением для частоты 32 кГц, возрастает в 1,5 раза;
  2. Для проводника с d = 0, 2 мм удвоение сопротивления происходит только на частоте 10 мГц.

Важно! Для исключения скин эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц проводник может иметь диаметр не более 1 мм. Если диапазон аудиосигнала величин до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм.

Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника:

f c = 4 / (π × μ × s Cu × D 2) = 1 / (π 2 × 5,8 × D 2), где:

  • f c – частота среза;
  • D – диаметр проводника;
  • s Cu= удельная проводимость меди = 5,8 × 10 7 (Ω × м) -1;

Несколько значений частоты среза для меди:

  • 0,1 мм – 1,75 мГц;
  • 0,3 мм – 194 кГц;
  • 0,5 мм – 70 кГц;
  • 0,8 мм – 27 кГц;
  • 1 мм – 17 кГц;
  • 2 мм – 4,4 кГц.

Фактический поверхностный эффект не является чистым увеличением сопротивления.

Часть э/м поля, которая не отражается на проводимости из-за неидеальных свойств провода, но проникает в него, можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована в осевом направлении вдоль длины проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально, начиная с поверхности. Это является причиной скин эффекта.

Таким образом, поле потерь напрямую зависит от проводимости, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло.

Способы подавления скин эффекта

Поверхностный эффект можно подавить или значительно уменьшить, используя вместо сплошной проволоки пучок тонких проводов, покрытых специальным изоляционным лаком. В высокочастотной технологии часто используются тонкостенные трубки, поверхность которых покрыта хорошо проводящим слоем, например, серебром.

Основные особенности подавления скин эффекта:

  1. Идеальные проводники для аудиодиапазона – не толще 0,3 мм;
  2. Структура кабеля должна быть такой, чтобы по всей длине образовывалось однородное магнитное поле между проводниками;
  3. Провод должен быть максимально чистым и однородным, с поверхностью, абсолютно свободной от оксида меди;
  4. Следует избегать рядом лежащих неэкранированных шнуров питания из-за генерируемых магнитных полей;
  5. В качестве диэлектрика лучше использовать материал с возможно меньшей диэлектрической постоянной.

Многожильные провода часто используются и для передачи токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно применяется для передачи мощности на большие расстояния. Широкие дорожки на печатной плате обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление.

С учетом этих простых предложений скин-эффекта можно избежать в большинстве случаев применения электроэнергии. Но правильное функционирование конструкций, работающих на сотнях мегагерц и даже гигагерцах, требует тщательного планирования и инженерных решений.

Оптоволоконные кабели, в которых для передачи данных используется неметаллическая среда, обычно требуются, чтобы глубина поверхностного слоя стандартных проводников оставалась низкой.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/skin-ehffekt.html

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Это действие следует рассматривать на примере относительно длинного цилиндрического проводника, на который оказывает воздействие переменное напряжение, имеющее определенную частоту с изменением по времени.

Если взять постоянное напряжение, частота которого равна нулю, то в этом случае распределение электрического тока будет по всему сечению проводника. Это связано с тем, что напряженность постоянного тока будет одинаковой в каждой точке сечения проводника. Силовые линии магнитного поля, создаваемого током, образуются в виде концентрических окружностей, центр которых совпадает с осью проводника.

Таким образом, постоянный ток распределяется по сечению вне зависимости от действия магнитного поля.

В случае с переменным током в проводнике, происходит его изменение во времени с одновременным изменением магнитного поля. При изменении потока магнитного поля наблюдается появление электродвижущей силы. Именно эта ЭДС вытесняет электрический ток к поверхности проводника с помощью магнитного поля.

При очень высоких частотах весь ток будет протекать только по тонкому слою наружной части проводника.

Свойства скин-эффекта

Скин-эффект связан не только с высокочастотными токами, которые изменяются во времени. Это связано с любым временным изменением токов. Возникновение скин-эффекта может наблюдаться при непосредственном подключении проводника к постоянному напряжению. Именно в этот момент появляется ЭДС индукции большого значения, компенсирующая действие внешнего электрического поля на оси. Окончание этого процесса отмечается во время равномерного распределения тока в проводнике по всему сечению.

Работа по перемещению заряда в электрическом поле

При очень быстром изменении тока, водится специальное время, в течение которого ток и магнитное поле проникают в глубину проводника. Эта величина носит наименование скин-нового времени. При этом, следует учитывать и тот фактор, что с уменьшением удельного сопротивления проводника, увеличивается время проникновения в него тока и магнитного поля.

В случае использования сверхпроводников, скин-время, теоретически, будет иметь бесконечно большое значение, магнитного поля не наблюдается, а протекание тока происходит исключительно по поверхности.

Источник: https://electric-220.ru/news/skin_ehffekt_princip_dejstvija/2014-01-12-489

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой.

Практическое использование скин-эффекта

Распределение плотности тока в проводнике в зависимости от частоты тока позволяет по одному проводу передавать электрические сигналы разных частот. Сигналы более высокой частоты проходят по внешнему радиусу (большему) проводника, а сигналы меньшей частоты по меньшему радиусу. Получается нечто вроде слоенного пирога цилиндрической формы, где начинка распределяется сферически. Каждый вид начинки — это как бы отдельная частота тока.

Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель.

Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм.

Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели.

При передачи высокочастотных сигналов, в целях экономии цветного металла, основной несущий провод изготавливают из дешевого стального сплава, который затем покрывают тонким слоем меди. Благодаря скин-эффекту ток протекает практически только по медной оболочке, а в стальном основании он отсутствует. Это позволяет значительно удешевить провода и кабели для высокочастотных средств связи.

Дата: 27.05.2016

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/poverkhnostnyy-effekt-v-provodnike-skin-effekt-chastotnyye-svoystva

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Говоря простым языком, скин эффект заключается в том, что протекающий по проводнику переменный ток, вытесняется к поверхности проводника с ростом частоты.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя — это толщина слоя поверхности, углубившись на которую сигнал ослабевает в 2.71 раз (константа е). Говоря проще — это полезная площадь проводника, через которую сигнал проходит без изменений.

Представьте только. мы тратим колоссальные деньги на микросхемы и конденсаторы, а какой-то кусочек дешевого провода портит весь эффект. Грусть. печаль

А какая частота считается высокой?

Как уже было сказано, скин эффект проявляется только на переменном сигнале и только на высоких частотах. До этого я специально обходил числовые значения частоты стороной. Но что же означает высокая частота?

Тут стоит заострить внимание на том, что под «высокими частотами» подразумеваются высокие по меркам электроники, а не человеческого слуха. Бороться с проявлением скин эффекта начинают на частотах выше 1МГц. Там может доходить и до того, что проводники делаются не сплошными, а полыми в виде трубок. Т.к. в центральная часть проводника становится не просто ненужной, но еще и вредной для сигнала.

Конечно скин эффект проявляется и в слышимой области частот. Не зря же об этом пестрят все Хай-Энд издания. Но вот только хитрые маркетологи не говорит о том, насколько проявляется это влияние.

Скин эффект для конкретных частот

Сегодня существует довольно много онлайн калькуляторов, считающих толщину скин слоя для конкретной частоты. Мне приглянулся этот. На нем и будем считать.

А теперь давайте узнаем толщину скин слоя для максимальной слышимой частоты. Считается что мы слышим в лучшем случае до 20кГц. Но есть данные, что в улитке слухового аппарата есть специальные волоски, погруженные в лимфу, которые чувствуют частоты до 100кГц. Эти частоты, хоть мы их и не слышим влияют на восприятие слышимого диапазона

Да не важно) вообщем, для 100 кГц толщина скин слоя составляет 0.2 мм.

Если взять провод с радиусом равным толщине скин слоя, то на скин эффект можно наплевать. Ибо его толщина это весь провод.

Толщину проводков, применяемых в наушниках можно посмотреть зарезав одни из своих наушников или, например, в статье «как починить наушники без паяльника». Сегодня уже практически стандарт делать такие провода из литцендрата.

Литцендрат это многожильный провод, каждая жилка которого имеет отдельную лаковую изоляцию.

Так что толщина каждого проводка много меньше полученного результата. Вот таким нехитрым образом страницы красивых журналов нас красиво разводят.

Может другие эффекты?

Конечно есть еще один поверхностный эффект. Суть его сводится к тому, что все протекающие в проводнике заряды — электроны имеют одинаковый знак. А как известно, одинаковые заряды отталкиваются. В результате протекающий ток подобно скин эффекту прижимается к краю проводника.

Но этот эффект проявляется только при токах намного больших 10-20 ампер, и ни к межблочным ни к наушниковым кабелям никакого отношения не имеет

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника.

Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится.

Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}4с{-1}$, а ${\omega }_2={10}6с{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}6}{{10}4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект).

Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода.

Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/vysokochastotnye_toki_skin-effekt/

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Рисунок Fig. 3 показывает плотность тока соответственно для невыраженного и выраженного скин-эффекта.

Рисунок 3. Плотность тока в проводнике

Можно определить коэффициент u который будет показывать, является ли скин-эффект выраженным или нет:

d — диаметр проводника (м);

μ = 4π х 10-7 (Гн/м);

μr  — относительная магнитная проницаемость;

ρ — удельное сопротивление (Ом/м);

f — частота (Гц).

Если u > 6 имеет место выраженный скин-эффект.

Для медного проводника (ρ = 1.72 x 10-8 Ом/м) и d  в мм, а f  в кГц имеем: 

Омическое сопротивление R переменному току вычисляется как RAC RDC · K.AC=RDC⋅K

при u > 6 : K=u22√+0.25

при u < 6: K приведен в таблице 1

Таблица 1. величины К для невыраженного скин-эффекта

Величина глубины скин-эффекта

Рисунок 4 показывает распределение тока внутри проводника по отношению к плотности тока на внешней поверхности проводника.

Рисунок 4. Плотность тока для выраженного скин-эффекта

Интерпретацией для глубины скин-эффекта является расстояние до внешней поверхности, на котором плотность тока снижается в е раз. Другим подходом является замена распределенной плотности тока на среднюю постоянную плотность тока (с учетом амплитуды и фазы) в слое sdi на поверхности проводника. Можно считать таким образом, что полезное сечение проводника определяется формулой .

Для случая медного проводника и частоты f выраженной в кГц для sdi в мм имеем: .

Источник: http://skb-proton.ru/publ/teorija/fizika/skin_ehffekt/5-1-0-3

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Для практических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую характеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц 50 60 10 000 100 000 1 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,34 8,53 0,66 0,21 0,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь).

Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя.

Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • практически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трансформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/skin-effekt.html

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Геймерская тусовка не такая широкая, как кажется на первый взгляд. Своего образа закрытое общество по интересам. О хороших игроках известно даже тем, кто сам не сидит за компьютером или приставкой. Популярность приносит определенные выгоды игрокам, и поэтому возможность выделяться сильно ценится.

Многие профессиональные игроки используют в своем арсенале индивидуальные скины, которых ни у кого нет. Когда с такими людьми люди встречаются на одной игровой площадке, многие игроки ликуют от радости. Со временем стиль становится трендом, и многие готовы платить, чтобы иметь возможность использовать тот же вид визуального оформления.

Особенно заметно это в игре «Counter-Strike». Миллионы игроков со всего мира сражаются друг с другом на различных серверах. Возможность бегать с автоматом Калашникова, которого нет больше ни у кого, приносит удовольствие игроку.

В других играх, таких как «Minecraft» или «GTA: San Andreas» можно влиять не только на внешний вид оружия. Многие предпочитают преобразить персонажа в героя мультфильма или кино. Это интересный прием, когда вы путешествуете по виртуальному миру, и внезапно встречаете Гомера Симпсона или Наруто. Также можно изменить оформление автомобилей или прочей техники.

Где взять скины?

Крупные игровые сервисы предпочитают зарабатывать на желаниях своих пользователей. Для этого они организуют либо продажу скинов, либо лотерею.

В первом случае игрок попадает в своеобразный магазин, в котором он может выбрать подходящее для него визуальное оформление. На стоимость предмета влияет его оригинальность и уникальность. Известны случаи, когда богатые шейхи покупали авторские работы за сотни тысяч долларов. Это послужило началом того, что многие стали пробовать себя в качестве виртуальных дизайнеров.

Лотерея представляет собой подобие беспроигрышной игры, в которой вы в начале платите определенную сумму, а затем крутите барабан. В кейсах находятся вещи.

Их общая стоимость намного превышает заплаченную вами цену, но они распределены так, что дорогие скины находятся в одном из сотни других, более дешевых кейсов.

В данном случае вы не получаете гарантию того, что вложения окупятся, но если вы выберете именно тот самый, желанный кейс, то можете хорошо заработать, продав его другому игроку или системе.

Как их можно сделать самому?

Конечно, возможность выделяться в виртуальном пространстве давно используется сервисами для заработка, и им не выгодно позволять игрокам делать это бесплатно. Создавать собственную «шкурку» можно на неофициальных серверах, единственное отличие которых это отсутствие официального рейтинга лучших игроков.

Казалось, что может быть сложного в том, чтобы переместить свой файл в папку с игрой и наслаждаться своим творением. Проблемы в данном случае две:

  • Несовпадающий формат;
  • Плохой графический редактор.

Первая проблема заключается в том, что игра просто не видит то, что вы сделали, и поэтому игнорирует.

Рисовать хорошие скины нужно в правильных графических редакторах. Использование обычного «Пейнта», конечно, никто не отменял, но это не самая удачная идея, так как изображение будет не лучшего качества.

Лучше всего использовать стандартный фотошоп. В нем имеется множество интересных функций, которые позволят вам довести выбранное оружие или облик персонажа до желаемых результатов. Также он расширяет диапазон возможных форматов. В противном случае придется искать приложение для его изменения.

Заключение

Говоря простым языком, скин – это одежда, в которую игроки могут одеть любой виртуальный предмет. Разнообразие изменяемых визуальных эффектов зависит от выбранной игры. В некоторых нет смысла в изменении облика персонажа, в других открытый мир позволяет создать чуть-ли не собственную копию. Это один из способов стать более узнаваемым на просторах онлайн-игр, и самому при этом чувствовать свою индивидуальность.

Источник: https://gadget-house.ru/chto-takoe-skin-v-igrax-prostymi-slovami-primery-skinov/

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Нефтяное путешествие

Вот нефть оказалась на поверхности, прошла первичную обработку и готова отправиться дальше.

Впереди у неё десятки, а то и сотни километров трубопровода, и на этом пути её температуру тоже лучше поддерживать постоянно. Это вопрос экологической безопасности.

А заодно и способ избежать больших финансовых потерь, если с трубопроводом вдруг что-то произойдёт.

Чтобы предотвратить разрушение и простой в работе, можно построить резервуарные парки на всём протяжении трубопровода и в критических ситуациях сливать застывшую нефть туда, но это очень дорого.

Ещё один вариант — сливать на рельеф, то есть просто на землю. Природа после подобных сливов может восстанавливаться несколько десятков лет.

Но есть и третий способ решения проблемы — установка на трубопроводе особых систем обогрева на основе скин-эффекта.
Именно такое решение предлагают специалисты Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»). Это один из четырёх мировых производителей систем электрообогрева на основе скин-эффекта.

Скин-система

Скин-система

Система электрообогрева на основе скин-эффекта (или индукционно-резистивная система нагрева, ИРСН) является единственной конструкцией, позволяющей обогревать плечо трубопровода до 60 км и подавать питание с одного конца без сопроводительной сети.

Впервые такая технология появилась в Японии в 1960-х годах, и в настоящее время в мире всего несколько производителей сумели освоить её. Сегодня системы электрообогрева на основе скин-эффекта производятся только в Японии, США и России.

Принцип действия рассматриваемой системы основан на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте (поверхностном эффекте).

Нагревательным элементом системы электрообогрева выступает труба из ферромагнитной стали наружным диаметром 15-60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм, в которую свободно помещён изолированный проводник из немагнитного материала сечением 8–40 мм2. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Ток, протекающий по жиле проводника, индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубе. Вследствие чего в ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) возникает ярко выраженный скин-эффект: ток протекает не по всей толщине стенки трубки, а в тонком (около 1 мм) поверхностном слое. Причём этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Так как на внешней поверхности трубки ток практически отсутствует, потенциал наружной поверхности остаётся нулевым, что делает ИРСН электробезопасной.

Системы на основе скин-эффекта получили применение на крупнейших объектах Total, ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром», ПАО «ЛУКОЙЛ», среди которых Харьягинское, Южно-Шапкинское, Ванкорское, Песцовое, Заполярное, Новопортовское месторождения, и другиx.

В общей сложности такими системами инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» (входит в ГК «ССТ») оснастила более 1 000 км трубопроводов в России и за рубежом.

К слову

К слову

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» — российский разработчик и поставщик систем электрообогрева и теплоизоляции для различных отраслей промышленности. «ССТэнергомонтаж» входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии», которая является лидером российского рынка электрообогрева более 25 лет.

По опыту

По опыту

За годы работы «ССТэнергомонтаж» накопила существенный опыт в решении задач обогрева трубопроводов.

В портфолио компании — участие в крупнейших проектах, в числе которых магистральные трубопроводы ВСТО, Заполярье-Пурпе, Куюмба-Тайшет, БТС-2.

Так, «Заполярье-Пурпе» является самым северным нефтепроводом России.

Из 488 км — а именно такова его общая протяжённость объекта — 170 проложено за Полярным кругом.

«ССТэнергомонтаж» обеспечила объект системами электрообогрева на основе скин-эффекта и саморегулирующимися нагревательными кабелями.

«По проекту, созданному совместно с заказчиком — компанией «Транснефть» — мы обеспечили скин-системами более 10 км. На всём протяжении стабильно поддерживается температура +5 °C», — рассказали в ГК «ССТ».

Такой объект, как Ванкорское месторождение, в представлении не нуждается. Его называют величайшим нефтяным открытием послед-них 25 лет.

Специалистам ГК «ССТ» довелось поработать и здесь: они выполняли услуги по проектированию, производству, поставке, монтажу и вводу в эксплуатацию систем электрообогрева. Здесь также была установлена ИРСН, длина обогреваемого трубопровода составила 11 417 м. Экспертам пришлось работать с трубами разного диаметра — от 89 до 325 мм. Система функционирует уже более 10 лет, по трубопроводам транспортируется вода, нефть и газ, а благодаря точным расчётам поддерживается температура +2+20 °C.

Источник: https://dprom.online/oilngas/chto-takoe-skin-sistema-i-kak-ona-rabotaet/

Скин эффект

что такое скин эффект

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

Общее объяснение

При постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле.

Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру.

Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника.

При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель.

Распределение плотности тока в проводнике

Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии.

Глубина проникновения

Глубина проникновения

Расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока упала до коэффициента 1 / e = 0,37, или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения и рассчитывается по формуле:

d = √ (ρ / (π × μ × f)), где:

  • d – глубина проникновения, мм;
  • ρ – удельное сопротивление материала;
  • μ – постоянная проницаемости = 4 × p × 10 -7 Генри / м;
  • f – частота;

Отсюда можно составить эмпирическое правило для меди:

d = 66 × √ (ρ r / (μ r × f)), где:

  • ρ r = ρ / ρ Cu = 1;
  • μ r – для немагнитных материалов, таких как медь, равно 1.

Глубина скин слоя для э/м полей

Из формулы следует, что глубина проникновения для каждой частоты у сверхпроводников равна 0, то есть весь перенос заряда идет по поверхности, а для плохого проводника глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также пропорциональна потерям, возникающим в проводе.

Расчет увеличения сопротивления, возникающего во время скин эффекта, немного сложнее:

  1. Для круглой сплошной медной проволоки с диаметром 2 мм, что соответствует S = 3,15 мм², полученное сопротивление на частоте 100 кГц, по сравнению с таким же значением для частоты 32 кГц, возрастает в 1,5 раза;
  2. Для проводника с d = 0, 2 мм удвоение сопротивления происходит только на частоте 10 мГц.

Важно! Для исключения скин эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц проводник может иметь диаметр не более 1 мм. Если диапазон аудиосигнала величин до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм.

Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника:

f c = 4 / (π × μ × s Cu × D 2) = 1 / (π 2 × 5,8 × D 2), где:

  • f c – частота среза;
  • D – диаметр проводника;
  • s Cu= удельная проводимость меди = 5,8 × 10 7 (Ω × м) -1;

Несколько значений частоты среза для меди:

  • 0,1 мм – 1,75 мГц;
  • 0,3 мм – 194 кГц;
  • 0,5 мм – 70 кГц;
  • 0,8 мм – 27 кГц;
  • 1 мм – 17 кГц;
  • 2 мм – 4,4 кГц.

Фактический поверхностный эффект не является чистым увеличением сопротивления.

Часть э/м поля, которая не отражается на проводимости из-за неидеальных свойств провода, но проникает в него, можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована в осевом направлении вдоль длины проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально, начиная с поверхности. Это является причиной скин эффекта.

Таким образом, поле потерь напрямую зависит от проводимости, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло.

Способы подавления скин эффекта

Способы подавления скин эффекта

Поверхностный эффект можно подавить или значительно уменьшить, используя вместо сплошной проволоки пучок тонких проводов, покрытых специальным изоляционным лаком. В высокочастотной технологии часто используются тонкостенные трубки, поверхность которых покрыта хорошо проводящим слоем, например, серебром.

Основные особенности подавления скин эффекта:

  1. Идеальные проводники для аудиодиапазона – не толще 0,3 мм;
  2. Структура кабеля должна быть такой, чтобы по всей длине образовывалось однородное магнитное поле между проводниками;
  3. Провод должен быть максимально чистым и однородным, с поверхностью, абсолютно свободной от оксида меди;
  4. Следует избегать рядом лежащих неэкранированных шнуров питания из-за генерируемых магнитных полей;
  5. В качестве диэлектрика лучше использовать материал с возможно меньшей диэлектрической постоянной.

Многожильные провода часто используются и для передачи токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно применяется для передачи мощности на большие расстояния. Широкие дорожки на печатной плате обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление.

С учетом этих простых предложений скин-эффекта можно избежать в большинстве случаев применения электроэнергии. Но правильное функционирование конструкций, работающих на сотнях мегагерц и даже гигагерцах, требует тщательного планирования и инженерных решений.

Оптоволоконные кабели, в которых для передачи данных используется неметаллическая среда, обычно требуются, чтобы глубина поверхностного слоя стандартных проводников оставалась низкой.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/skin-ehffekt.html

Скин-эффект: принцип работы

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Принцип действия скин-эффекта

Это действие следует рассматривать на примере относительно длинного цилиндрического проводника, на который оказывает воздействие переменное напряжение, имеющее определенную частоту с изменением по времени.

Если взять постоянное напряжение, частота которого равна нулю, то в этом случае распределение электрического тока будет по всему сечению проводника. Это связано с тем, что напряженность постоянного тока будет одинаковой в каждой точке сечения проводника. Силовые линии магнитного поля, создаваемого током, образуются в виде концентрических окружностей, центр которых совпадает с осью проводника.

Таким образом, постоянный ток распределяется по сечению вне зависимости от действия магнитного поля.

В случае с переменным током в проводнике, происходит его изменение во времени с одновременным изменением магнитного поля. При изменении потока магнитного поля наблюдается появление электродвижущей силы. Именно эта ЭДС вытесняет электрический ток к поверхности проводника с помощью магнитного поля.

При очень высоких частотах весь ток будет протекать только по тонкому слою наружной части проводника.

Свойства скин-эффекта

Свойства скин-эффекта

Скин-эффект связан не только с высокочастотными токами, которые изменяются во времени. Это связано с любым временным изменением токов. Возникновение скин-эффекта может наблюдаться при непосредственном подключении проводника к постоянному напряжению. Именно в этот момент появляется ЭДС индукции большого значения, компенсирующая действие внешнего электрического поля на оси. Окончание этого процесса отмечается во время равномерного распределения тока в проводнике по всему сечению.

Работа по перемещению заряда в электрическом поле

При очень быстром изменении тока, водится специальное время, в течение которого ток и магнитное поле проникают в глубину проводника. Эта величина носит наименование скин-нового времени. При этом, следует учитывать и тот фактор, что с уменьшением удельного сопротивления проводника, увеличивается время проникновения в него тока и магнитного поля.

В случае использования сверхпроводников, скин-время, теоретически, будет иметь бесконечно большое значение, магнитного поля не наблюдается, а протекание тока происходит исключительно по поверхности.

Источник: https://electric-220.ru/news/skin_ehffekt_princip_dejstvija/2014-01-12-489

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой.

Практическое использование скин-эффекта

Практическое использование скин-эффекта

Распределение плотности тока в проводнике в зависимости от частоты тока позволяет по одному проводу передавать электрические сигналы разных частот. Сигналы более высокой частоты проходят по внешнему радиусу (большему) проводника, а сигналы меньшей частоты по меньшему радиусу. Получается нечто вроде слоенного пирога цилиндрической формы, где начинка распределяется сферически. Каждый вид начинки — это как бы отдельная частота тока.

Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель.

Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм.

Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели.

При передачи высокочастотных сигналов, в целях экономии цветного металла, основной несущий провод изготавливают из дешевого стального сплава, который затем покрывают тонким слоем меди. Благодаря скин-эффекту ток протекает практически только по медной оболочке, а в стальном основании он отсутствует. Это позволяет значительно удешевить провода и кабели для высокочастотных средств связи.

Дата: 27.05.2016

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/poverkhnostnyy-effekt-v-provodnike-skin-effekt-chastotnyye-svoystva

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Говоря простым языком, скин эффект заключается в том, что протекающий по проводнику переменный ток, вытесняется к поверхности проводника с ростом частоты.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя — это толщина слоя поверхности, углубившись на которую сигнал ослабевает в 2.71 раз (константа е). Говоря проще — это полезная площадь проводника, через которую сигнал проходит без изменений.

Представьте только. мы тратим колоссальные деньги на микросхемы и конденсаторы, а какой-то кусочек дешевого провода портит весь эффект. Грусть. печаль

А какая частота считается высокой?

А какая частота считается высокой?

Как уже было сказано, скин эффект проявляется только на переменном сигнале и только на высоких частотах. До этого я специально обходил числовые значения частоты стороной. Но что же означает высокая частота?

Тут стоит заострить внимание на том, что под «высокими частотами» подразумеваются высокие по меркам электроники, а не человеческого слуха. Бороться с проявлением скин эффекта начинают на частотах выше 1МГц. Там может доходить и до того, что проводники делаются не сплошными, а полыми в виде трубок. Т.к. в центральная часть проводника становится не просто ненужной, но еще и вредной для сигнала.

Конечно скин эффект проявляется и в слышимой области частот. Не зря же об этом пестрят все Хай-Энд издания. Но вот только хитрые маркетологи не говорит о том, насколько проявляется это влияние.

Скин эффект для конкретных частот

Скин эффект для конкретных частот

Сегодня существует довольно много онлайн калькуляторов, считающих толщину скин слоя для конкретной частоты. Мне приглянулся этот. На нем и будем считать.

А теперь давайте узнаем толщину скин слоя для максимальной слышимой частоты. Считается что мы слышим в лучшем случае до 20кГц. Но есть данные, что в улитке слухового аппарата есть специальные волоски, погруженные в лимфу, которые чувствуют частоты до 100кГц. Эти частоты, хоть мы их и не слышим влияют на восприятие слышимого диапазона

Да не важно) вообщем, для 100 кГц толщина скин слоя составляет 0.2 мм.

Если взять провод с радиусом равным толщине скин слоя, то на скин эффект можно наплевать. Ибо его толщина это весь провод.

Толщину проводков, применяемых в наушниках можно посмотреть зарезав одни из своих наушников или, например, в статье «как починить наушники без паяльника». Сегодня уже практически стандарт делать такие провода из литцендрата.

Литцендрат это многожильный провод, каждая жилка которого имеет отдельную лаковую изоляцию.

Так что толщина каждого проводка много меньше полученного результата. Вот таким нехитрым образом страницы красивых журналов нас красиво разводят.

Может другие эффекты?

Может другие эффекты?

Конечно есть еще один поверхностный эффект. Суть его сводится к тому, что все протекающие в проводнике заряды — электроны имеют одинаковый знак. А как известно, одинаковые заряды отталкиваются. В результате протекающий ток подобно скин эффекту прижимается к краю проводника.

Но этот эффект проявляется только при токах намного больших 10-20 ампер, и ни к межблочным ни к наушниковым кабелям никакого отношения не имеет

Заключение

Высокочастотные токи. Скин-эффект

что такое скин эффект

Определение 1

Токами высокой частоты считают токи, которые имею частоту выше, чем $10000 Гц$. Для этих токов не выполняются условия квазистационарности. В процессе протекания такого тока по проводнику, в проводнике появляются вихревые токи, которые порождаются изменениями магнитного поля с высокой скоростью.

Изменения магнитного поля в проводнике происходят такие, что на его оси вихревой ток имеем направление встречное к основному току, а у поверхности проводника течение этого тока совпадает с направлением основного тока.

Значит, ток высокой частоты имеет непостоянную плотность по поперечному сечению. Плотность тока в центре сечения проводника почти равна нулю. Она увеличивается при движении в направлении к наружной поверхности.

При очень высокой частоте ток течет по тонкому наружному слою проводника.

Сейчас токи высокой частоты широко применяются. Высокочастотные плавильные печи применяют для быстрого прогрева металлических тел. С помощью высокочастотных токов проводят закаливание стальных деталей. Объект на короткое время размещают внутри катушки с током высокой частоты.

Поверхностный слой детали разогревается вихревыми токами, ее внутренность при этом остается холодной. Деталь вынимают из катушки, внутренняя часть быстро отнимает тепло у поверхностного слоя, поверхность быстро охлаждается и закаляется. Глубину прогрева регулируют временем выдержки детали в катушке и частотой тока.

После такой процедуры поверхность детали становится твердой и прочной, внутри металл сохраняет упругость и пластичность.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Скин —эффект

Определение 2

Постоянный ток по поперечному сечению проводника распределяется равномерно. У переменного тока из-за индукционного взаимодействия разных элементов тока проходит перераспределение плотности тока по поперечному сечению проводника. Явление, при котором ток преимущественно сосредотачивается в поверхностном слое проводника, называется скин-эффектом.

Пусть мы имеем цилиндрический проводник, по которому течет ток. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Силовые линии этого поля — концентрические окружности, центр которых лежит на оси проводника.

Если силу тока увеличить, то повысится индукция магнитного поля, но форма силовых линий не изменится.

Соответственно, производная $\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}$ направлена по касательной к линии индукции магнитного поля, линии производной также — окружности, которые совпадают с силовыми линиями. Мы знаем из закона электромагнитной индукции, что:

Вектор напряженности индукционного поля в областях расположенных ближе к оси проводника имеет направление противоположное вектору напряженности электрического поля, которое создает ток, в дальних областях направления этих векторов совпадают. В результате плотность тока уменьшается около оси и увеличивается ближе к поверхности проводника, то есть появляется скин-эффект.

В металлах в виду их высокой проводимости током смещения можно пренебречь в сравнении с током проводимости. Из-за чего проникновение магнитного поля в металл аналогично процессу диффузии в математическом отношении. За основу возьмем уравнение (1) и уравнение (2):

Используем закон Ома:

приравняем правые части выражений (2) и (3) и продифференцируем полученное выражение, в результате имеем:

Или учитывая формулу (1):

Используем известные соотношения:

окончательно получим:

Если ток течет по однородному бесконечному проводнику, который занимает полупространство y$>$0 вдоль оси X, причем поверхность проводника плоская, и можно записать:

В таком случае уравнение (7) преобразуется к виду:

Можно предположить, что:

Подставив выражение (11) в уравнение (10) получим:

Решением уравнения (12) является функция:

где $\alpha =\sqrt{\frac{\omega \sigma {\mu }_0\mu }{2}}$. Возьмем действительную часть выражения (13) и перейдем к плотности тока, используя закон Ома, получим:

Если считать, что амплитуда плотности тока $j_0=j_x\left(0,0\right)$, то выражение (14) примет вид:

Толщина скин-слоя

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. На расстоянии $\triangle =\frac{1}{\alpha }\ \ от\ поверхности\ $она становится в e раз меньше. Почти весь ток находится в $\triangle $ слое, который называют толщиной скин — слоя. Толщина скин — слоя равна:

При высокой частоте тока толщина скин — слоя весьма мала.

Пример 1

Задание: Во сколько раз уменьшится толщина скин — слоя меди, если ${\omega }_1={10}4с{-1}$, а ${\omega }_2={10}6с{-1}$.

Решение:

Толщина скин — слоя проводника рассчитывается по формуле:

\[\triangle =\sqrt{\frac{2}{\sigma \mu {\mu }_0\omega }}\left(1.1\right).\]

Если дважды записать выражение (1.1) для разных частот тока, то получим:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}}\left(1.2\right).\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\triangle }_1}{{\triangle }_2}=\sqrt{\frac{{10}6}{{10}4}}=10.\]

Ответ: Толщина уменьшится в 10 раз.

Пример 2

Задание: Почему при высокой частоте тока можно убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только проводящую оболочку?

Решение:

Как было показано в предыдущем примере, с увеличением частоты тока, глубина слоя в котором распространяется ток, становится очень небольшой. То есть ток течет лишь в малой части поперечного сечения проводника около его поверхности (скин — эффект).

Следовательно, ничего не изменится, если убрать проводящий материал из цилиндрической области внутри проводника и оставить только цилиндрическую оболочку толщиной скин — слоя. Если проводник толстый, а частота его невелика, то ток течет по всему поперечному сечению и только немного ослабевает к оси провода.

Так, при технической частоте в $50 Гц$ скин — эффект в обычных проводниках выражается очень слабо.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/peremennyy_sinusoidalnyy_tok/vysokochastotnye_toki_skin-effekt/

Скин-эффект

что такое скин эффект

Силовая полупроводниковая техника работает на частотах, при которых становятся заметными волновые эффекты. В частности, на частотах, использующихся для широтно-импульсной модуляции становится существенным влияние скин-эффекта, которое необходимо учитывать при проектировании силовых проводников конденсаторных блоков и выводных шин силовых модулей.

Если постоянный ток I протекает через проводник диаметром d, то плотность тока  (A/мм2) и постоянна по всему сечению проводника. В случае переменного тока это не так. Мы можем представить себе это как проводник (см. рис. 1) состоящий из n концентрических цилиндров, в каждом из которых течет часть полного тока I. Ток, текущий в каждом цилиндре создает магнитное поле, как показано на рис. 2 для цилиндров 1 и 2.

Рисунок 1. Твердый проводник с током                Рисунок 2. Цилиндры 1 и 2 с рисунка 1

Чем меньше номер цилиндра по порядку на рис. 1 (1, 2, n), тем больше соответствующих ему линий магнитного поля и тем больше индуктивность этого цилиндра. В случае переменного тока, импеданс меньшего цилиндра при этом будет большим, чем у большего цилиндра. Другими словами, импеданс растет с уменьшением диаметра цилиндра. Плотность тока будет больше у поверхности проводника: этот эффект называется скин-эффектом.

Чем больше частота, тем более выраженным является это явление. Полезная площадь поперечного сечения проводника с током снижается с увеличением частоты тока.

Например, для импульсных источников питания и преобразователей частоты, которые работают на высоких частотах (от 50 до 100 кГц) использовать для обмоток катушек и трансформаторов вместо одного проводника большее число параллельных проводников с меньшей площадью сечения. Свыше 100 кГц для намотки катушек используются так называемые провода Лица.

Этот провод лица фактически является кабелем, состоящим из большого числа тонких проводников, включенных параллельно. Проводящее сечение провода Лица очевидно намного больше, чем у единого проводника того же внешнего диаметра.

На очень высоких частотах ток протекает в очень тонком внешнем слое проводника. При таких обстоятельствах можно использовать полый проводник (волновод в применениях радиолокации от 3 до 10 ГГц).

Выраженный и невыраженный скин-эффект

Рисунок Fig. 3 показывает плотность тока соответственно для невыраженного и выраженного скин-эффекта.

Рисунок 3. Плотность тока в проводнике

Можно определить коэффициент u который будет показывать, является ли скин-эффект выраженным или нет:

d — диаметр проводника (м);

μ = 4π х 10-7 (Гн/м);

μr  — относительная магнитная проницаемость;

ρ — удельное сопротивление (Ом/м);

f — частота (Гц).

Если u > 6 имеет место выраженный скин-эффект.

Для медного проводника (ρ = 1.72 x 10-8 Ом/м) и d  в мм, а f  в кГц имеем: 

Омическое сопротивление R переменному току вычисляется как RAC RDC · K.AC=RDC⋅K

при u > 6 : K=u22√+0.25

при u < 6: K приведен в таблице 1

Таблица 1. величины К для невыраженного скин-эффекта

Величина глубины скин-эффекта

Рисунок 4 показывает распределение тока внутри проводника по отношению к плотности тока на внешней поверхности проводника.

Рисунок 4. Плотность тока для выраженного скин-эффекта

Интерпретацией для глубины скин-эффекта является расстояние до внешней поверхности, на котором плотность тока снижается в е раз. Другим подходом является замена распределенной плотности тока на среднюю постоянную плотность тока (с учетом амплитуды и фазы) в слое sdi на поверхности проводника. Можно считать таким образом, что полезное сечение проводника определяется формулой .

Для случая медного проводника и частоты f выраженной в кГц для sdi в мм имеем: .

Источник: http://skb-proton.ru/publ/teorija/fizika/skin_ehffekt/5-1-0-3

Скин эффект

что такое скин эффект

Каждый опытный электротехник знает, что распределение плотности тока в проводнике нелинейно. Чем ближе к центральной оси, тем меньше амплитуда сигнала. При высокой частоте для корректного расчета вполне достаточно учитывать прохождение волн через определенный поверхностный слой. Это явление, скин эффект, способно выполнять полезные функции. Для успешного применения на практике, кроме общей теории, нужно изучить методику вычислений.

На основе скин эффекта создают экономичные системы обогрева трубопроводов

Объяснение поверхностного эффекта

Следует подчеркнуть одинаковую плотность тока при подключении проводника к источнику питания с постоянным напряжением. Однако ситуация изменяется при прохождении волнового сигнала.

Распределение плотности тока в проводнике

Физическая картина возникновения

Для объяснения причин явления можно использовать вторую часть пояснительной картинки выше. В графической форме показаны силовые воздействия, которые образуются переменным полем. Электрическая составляющая (Е) направлена противоположно току (I), что объясняет возникающее сопротивление и соответствующее уменьшение амплитуды. По мере приближения к поверхности будет проявляться обратный эффект. Он вызван совпадением векторов напряженностей.

Уравнение, описывающее скин-эффект

Для выражения амплитуды через плотность тока берут определяющие соотношения из классических уравнений закона Ома и формул Максвелла.  Дифференциалом по заданному временному интервалу можно вычислить значения магнитной и электрической компонент поля. В упрощенном виде рассматривают бесконечный проводящий образец, созданный из однородного материала.

Формула определения частоты среза диаметра проводника

Для практических вычислений отдельными незначительными факторами пренебрегают. Например, чтобы определить частоту среза (Fср), цепь радиотехнического устройства рассчитывают по диаметру (D) соответствующего проводника. В формулу добавляют важнейшую характеристику определенного материала – удельное сопротивление (Rу) или проводимость (Sу). Зависимость отмеченных параметров показывает следующее выражение:

Fср = 4/ (π*μ*Sу*D2),

где μ – постоянная величина (μ = 4* Sу*10-7 Генри на метр).

Глубина проникновения

От чего зависит индуктивность

Аналогичным образом, в упрощенном виде, можно рассчитать критичное расстояние от поверхности. Подразумевается, что в соответствующей области плотность тока уменьшается до минимальной значимой величины (-8,69 дБ, по сравнению с номиналом). Этот параметр (Dпр) называют глубиной проникновения. Для вычислений применяют формулу:

Dпр = √( Sу/( π*μ*f)), где f – частота сигнала.

Толщина скин-слоя

Из рассмотренного в предыдущем разделе определения понятна обратная зависимость плотности тока от частоты сигнала. Следующая таблица демонстрирует наглядно «активный» слой медного проводника. При многократном уменьшении энергетического потока в глубине на определенном уровне нецелесообразно применение толстых линий электропередач.

ПараметрЗначения
Частота сигнала, Гц 50 60 10 000 100 000 1 000 000
Толщина скин слоя, мм 9,34 8,53 0,66 0,21 0,067

В первых двух столбцах приведены значения для стандартных сетей переменного тока. Эти данные демонстрируют, что сравнительно незначительное изменение частоты (10 Гц) делает бесполезным 1,62 мм диаметра проводника (медь).

Нетрудно вычислить значительную экономию при создании длинной линии после соответствующей оптимизации параметров сигнала. Следует не забывать, что каждый металл отличается глубиной эффективного слоя.

Какой выбрать вариант, будет понятно после тщательного изучения целевого назначения конструкции.

Аномальный скин-эффект

Внимательное изучение явления позволяет сделать несколько важных выводов. Как показано на конкретных примерах, скин слой отличается небольшой глубиной. Однако соответствующее расстояние намного меньше средних значений свободного пробега заряженных частиц. Следует не забывать, что на соответствующее перемещение нужно затратить определенную энергию. Преодоление электрического сопротивления материала сопровождается нагревом.

Если снижать температуру, проводимость увеличится. Одновременно станет больше свободный пробег, и уменьшится толщина рассматриваемой части проводника. При определенном уровне стандартный механизм волновых взаимодействий станет ничтожным. Аномальный скин эффект – это изменение размеров слоя, в котором обеспечивается достаточно высокая для практического использования плотность тока.

Применение

Поверхностный эффект позволяет обеспечить локальный нагрев части проводника при пропускании переменного тока. Этот принцип используют, чтобы обогреть трубопровод в зимний период. Правильное применение технологии подразумевает следующие преимущества:

  • отсутствие сопроводительных контрольных и функциональных устройств;
  • практически неограниченная длина трассы;
  • возможность безопасного применения высоких температур.

Частотное распределение плотности токов используют для передачи информационных сигналов по силовым линиям электропередач. При достаточном уменьшении длины волны близость центральной части проводника не будет помехой. Модулированная СВЧ составляющая проходит в поверхностном слое. Для создания пакетов данных и расшифровки применяют специальные кодирующие (декодирующие) устройства.

К сведению. Подобные механизмы используют в нефтяной отрасли для оценки продуктивности скважины. Скин фактор определяет сопротивление перемещению жидкости в близкой технологическому отверстию области пласта. По этому параметру делают оценку реального объема добычи, по сравнению с идеальными условиями.

Учёт эффекта в технике и борьба с ним

Это явление оказывает заметное влияние по мере увеличения частоты сигнала. Следует учитывать скин эффект при проектировании схем с переменными (импульсными) токами. В частности, делают коррекцию расчета катушки фильтра, колебательного контура, трансформатора.

Типовые способы решения обозначенных проблем:

  • уменьшение толщины проводника;
  • создание полых конструкций;
  • образование поверхностного слоя из металла с лучшей проводимостью;
  • устранение неровностей;
  • плетение из нескольких изолированных жил.

К сведению. Радикальное устранение вредных явлений организуют с помощью передачи электроэнергии постоянным током.

Способы подавления скин эффекта

Перечисленные методики имеют особое значение при работе с высокочастотными радиосигналами. В частности, для улучшения проводимости поверхностный слой создают из серебра, платины, других благородных металлов. Следующие рекомендации применяют на практике при создании качественной аудио аппаратуры:

  • для пропускания сигналов используют тонкие (0,25-0,35 мм) жилы;
  • плетением кабеля устраняют значительные искажения силовых линий магнитного поля;
  • надежной изоляцией предотвращают окисление меди;
  • проверяют наличие поблизости других линий, способных оказывать вредное взаимное влияние.

Оптоволоконная линия связи

При переходе в СВЧ диапазон сигналы передают по волноводам. Устраняют возможные негативные проявления с помощью передачи данных сигналами в оптическом диапазоне.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/skin-effekt.html

Что такое скин в играх простыми словами, примеры скинов

Понятие «скин» знает большинство компьютерных геймеров, предпочитающих онлайновый режим игры. Одиночное прохождение отличается от мультиплеера тем, что вашими противниками и союзниками являются реальные люди, такие же геймеры. Они могут находиться в разных частях света. Но внешний вид персонажей изначально одинаковый.

А ведб так хочется чем-либо выделяться среди одноплановой толпы кроме ника. Скины используются точно так же, как и одежда в реальной жизни. Они позволяют выделиться из общей массы, чем-то запомниться или просто чувствовать себя оригинальным.

Слово «скин» происходит от английского «skin», что переводится как кожа. В геймерской тусовке используется сленговое слово «шкурка». Возможность изменять облик персонажа настолько сильно заинтересовало пользователей, что они начали покупать разные скины за большие деньги. Это стало началом эпохи выпуска онлайн-игр, в которых возможность выглядеть по-особенному является чуть ли не главной целью игры.

Почему это так интересно?

Геймерская тусовка не такая широкая, как кажется на первый взгляд. Своего образа закрытое общество по интересам. О хороших игроках известно даже тем, кто сам не сидит за компьютером или приставкой. Популярность приносит определенные выгоды игрокам, и поэтому возможность выделяться сильно ценится.

Многие профессиональные игроки используют в своем арсенале индивидуальные скины, которых ни у кого нет. Когда с такими людьми люди встречаются на одной игровой площадке, многие игроки ликуют от радости. Со временем стиль становится трендом, и многие готовы платить, чтобы иметь возможность использовать тот же вид визуального оформления.

Особенно заметно это в игре «Counter-Strike». Миллионы игроков со всего мира сражаются друг с другом на различных серверах. Возможность бегать с автоматом Калашникова, которого нет больше ни у кого, приносит удовольствие игроку.

В других играх, таких как «Minecraft» или «GTA: San Andreas» можно влиять не только на внешний вид оружия. Многие предпочитают преобразить персонажа в героя мультфильма или кино. Это интересный прием, когда вы путешествуете по виртуальному миру, и внезапно встречаете Гомера Симпсона или Наруто. Также можно изменить оформление автомобилей или прочей техники.

Где взять скины?

Крупные игровые сервисы предпочитают зарабатывать на желаниях своих пользователей. Для этого они организуют либо продажу скинов, либо лотерею.

В первом случае игрок попадает в своеобразный магазин, в котором он может выбрать подходящее для него визуальное оформление. На стоимость предмета влияет его оригинальность и уникальность. Известны случаи, когда богатые шейхи покупали авторские работы за сотни тысяч долларов. Это послужило началом того, что многие стали пробовать себя в качестве виртуальных дизайнеров.

Лотерея представляет собой подобие беспроигрышной игры, в которой вы в начале платите определенную сумму, а затем крутите барабан. В кейсах находятся вещи.

Их общая стоимость намного превышает заплаченную вами цену, но они распределены так, что дорогие скины находятся в одном из сотни других, более дешевых кейсов.

В данном случае вы не получаете гарантию того, что вложения окупятся, но если вы выберете именно тот самый, желанный кейс, то можете хорошо заработать, продав его другому игроку или системе.

Как их можно сделать самому?

Конечно, возможность выделяться в виртуальном пространстве давно используется сервисами для заработка, и им не выгодно позволять игрокам делать это бесплатно. Создавать собственную «шкурку» можно на неофициальных серверах, единственное отличие которых это отсутствие официального рейтинга лучших игроков.

Казалось, что может быть сложного в том, чтобы переместить свой файл в папку с игрой и наслаждаться своим творением. Проблемы в данном случае две:

  • Несовпадающий формат;
  • Плохой графический редактор.

Первая проблема заключается в том, что игра просто не видит то, что вы сделали, и поэтому игнорирует.

Рисовать хорошие скины нужно в правильных графических редакторах. Использование обычного «Пейнта», конечно, никто не отменял, но это не самая удачная идея, так как изображение будет не лучшего качества.

Лучше всего использовать стандартный фотошоп. В нем имеется множество интересных функций, которые позволят вам довести выбранное оружие или облик персонажа до желаемых результатов. Также он расширяет диапазон возможных форматов. В противном случае придется искать приложение для его изменения.

Заключение

Говоря простым языком, скин – это одежда, в которую игроки могут одеть любой виртуальный предмет. Разнообразие изменяемых визуальных эффектов зависит от выбранной игры. В некоторых нет смысла в изменении облика персонажа, в других открытый мир позволяет создать чуть-ли не собственную копию. Это один из способов стать более узнаваемым на просторах онлайн-игр, и самому при этом чувствовать свою индивидуальность.

Источник: https://gadget-house.ru/chto-takoe-skin-v-igrax-prostymi-slovami-primery-skinov/

Скин-эффект

Источник: https://academic2.ru/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_21006590

Что такое скин-система и как она работает? | Добывающая промышленность

Широкое использование нефти и продуктов её переработки в промышленности началось со второй половины XIX века.
Развитие добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов выявило проблему необходимости подогрева трубопроводов, резервуаров и других объектов.

Проблема обогрева объектов особенно актуальна для районов Севера европейской части России и Сибири. Острая необходимость обогрева трубопроводов в условиях Крайнего Севера диктуется тем обстоятельством, что транспортировка указанных жидкостей осложняется образованием парафиновых, ледяных и газогидратных пробок.

В случае остановки по необходимости, вода в водоводе может замёрзнуть и разрушить трубу.

Углеводородное сырьё при низких температурах значительно увеличивает свою вязкость, что повышает нагрузку на насосы, а при остановке транспортировки образуются непроходимые пробки.

Наличие системы обогрева позволяет обеспечить нормальное круглогодичное функционирование газовых, нефтяных трубопроводов и водоводов. Поэтому, с одной стороны, системы обогрева обеспечивают стабильность технологических процессов на месторождении, а с другой – являются элементом обеспечения безопасности и повышения надёжности нефтегазового оборудования и систем жизнеобеспечения.

Обогрев трубопроводов снижает риски эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений в экстремальных климатических условиях, а также решает следующие задачи:

  • предотвращает загустевание и замерзание транспортируемых жидкостей;
  • компенсирует тепловые потери;
  • поддерживает температуру технологического процесса;
  • обеспечивает стартовый разогрев остановленного трубопровода.

Нефтяное путешествие

Вот нефть оказалась на поверхности, прошла первичную обработку и готова отправиться дальше.

Впереди у неё десятки, а то и сотни километров трубопровода, и на этом пути её температуру тоже лучше поддерживать постоянно. Это вопрос экологической безопасности.

А заодно и способ избежать больших финансовых потерь, если с трубопроводом вдруг что-то произойдёт.

Чтобы предотвратить разрушение и простой в работе, можно построить резервуарные парки на всём протяжении трубопровода и в критических ситуациях сливать застывшую нефть туда, но это очень дорого.

Ещё один вариант — сливать на рельеф, то есть просто на землю. Природа после подобных сливов может восстанавливаться несколько десятков лет.

Но есть и третий способ решения проблемы — установка на трубопроводе особых систем обогрева на основе скин-эффекта.
Именно такое решение предлагают специалисты Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»). Это один из четырёх мировых производителей систем электрообогрева на основе скин-эффекта.

Скин-система

Система электрообогрева на основе скин-эффекта (или индукционно-резистивная система нагрева, ИРСН) является единственной конструкцией, позволяющей обогревать плечо трубопровода до 60 км и подавать питание с одного конца без сопроводительной сети.

Впервые такая технология появилась в Японии в 1960-х годах, и в настоящее время в мире всего несколько производителей сумели освоить её. Сегодня системы электрообогрева на основе скин-эффекта производятся только в Японии, США и России.

Принцип действия рассматриваемой системы основан на двух явлениях: эффекте близости и скин-эффекте (поверхностном эффекте).

Нагревательным элементом системы электрообогрева выступает труба из ферромагнитной стали наружным диаметром 15-60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм, в которую свободно помещён изолированный проводник из немагнитного материала сечением 8–40 мм2. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Ток, протекающий по жиле проводника, индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубе. Вследствие чего в ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) возникает ярко выраженный скин-эффект: ток протекает не по всей толщине стенки трубки, а в тонком (около 1 мм) поверхностном слое. Причём этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Так как на внешней поверхности трубки ток практически отсутствует, потенциал наружной поверхности остаётся нулевым, что делает ИРСН электробезопасной.

Системы на основе скин-эффекта получили применение на крупнейших объектах Total, ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром», ПАО «ЛУКОЙЛ», среди которых Харьягинское, Южно-Шапкинское, Ванкорское, Песцовое, Заполярное, Новопортовское месторождения, и другиx.

В общей сложности такими системами инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» (входит в ГК «ССТ») оснастила более 1 000 км трубопроводов в России и за рубежом.

К слову

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» — российский разработчик и поставщик систем электрообогрева и теплоизоляции для различных отраслей промышленности. «ССТэнергомонтаж» входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии», которая является лидером российского рынка электрообогрева более 25 лет.

По опыту

За годы работы «ССТэнергомонтаж» накопила существенный опыт в решении задач обогрева трубопроводов.

В портфолио компании — участие в крупнейших проектах, в числе которых магистральные трубопроводы ВСТО, Заполярье-Пурпе, Куюмба-Тайшет, БТС-2.

Так, «Заполярье-Пурпе» является самым северным нефтепроводом России.

Из 488 км — а именно такова его общая протяжённость объекта — 170 проложено за Полярным кругом.

«ССТэнергомонтаж» обеспечила объект системами электрообогрева на основе скин-эффекта и саморегулирующимися нагревательными кабелями.

«По проекту, созданному совместно с заказчиком — компанией «Транснефть» — мы обеспечили скин-системами более 10 км. На всём протяжении стабильно поддерживается температура +5 °C», — рассказали в ГК «ССТ».

Такой объект, как Ванкорское месторождение, в представлении не нуждается. Его называют величайшим нефтяным открытием послед-них 25 лет.

Специалистам ГК «ССТ» довелось поработать и здесь: они выполняли услуги по проектированию, производству, поставке, монтажу и вводу в эксплуатацию систем электрообогрева. Здесь также была установлена ИРСН, длина обогреваемого трубопровода составила 11 417 м. Экспертам пришлось работать с трубами разного диаметра — от 89 до 325 мм. Система функционирует уже более 10 лет, по трубопроводам транспортируется вода, нефть и газ, а благодаря точным расчётам поддерживается температура +2+20 °C.

Источник: https://dprom.online/oilngas/chto-takoe-skin-sistema-i-kak-ona-rabotaet/

Скин эффект

что такое скин эффект

> Теория > Скин эффект

Звуковой сигнал изменяет свойства проводников, соединяющих компоненты электронной схемы. Причинами этого могут быть:

  • частотные характеристики, вызванные взаимодействием параметров RCLD-кабеля, и неблагоприятные условия входного и выходного импеданса компонентов;
  • конструкция кабеля и применяемые материалы.

Важно! Даже при оптимальных параметрах RCLD часто наблюдаются четкие различия в звуке.

Одной из причин, часто связанной с конструкцией кабеля, является поверхностный эффект.

Поверхностный эффект в проводе

Общее объяснение

При постоянном токе его плотность по всему поперечному сечению проводника одинакова. Но переменный ток регулярно меняет свое направление и силу, что генерирует изменяющееся магнитное поле.

Изменение потока индуцирует вихревые токи в проводнике, направленные на противодействие току внутри провода. На поверхности их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается по направлению к центру.

Ток смещения увеличивается с частотой переменного тока и диаметром проводника.

При высокочастотных сигналах центр проводника практически обесточивается. Сопротивление провода при этом значительно увеличивается за счет смещения тока. Однако это только упрощенная модель.

Распределение плотности тока в проводнике

Помимо скин эффекта, существует эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне поперечного сечения линии, лежащей в области магнитного поля наибольшей силы. Она проявляется, например, на внутренних поверхностях при двухтактном возбуждении или на внешних сторонах в синхронной возбужденной двойной линии.

Глубина проникновения

Расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока упала до коэффициента 1 / e = 0,37, или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения и рассчитывается по формуле:

d = √ (ρ / (π × μ × f)), где:

  • d – глубина проникновения, мм;
  • ρ – удельное сопротивление материала;
  • μ – постоянная проницаемости = 4 × p × 10 -7 Генри / м;
  • f – частота;

Отсюда можно составить эмпирическое правило для меди:

d = 66 × √ (ρ r / (μ r × f)), где:

  • ρ r = ρ / ρ Cu = 1;
  • μ r – для немагнитных материалов, таких как медь, равно 1.

Глубина скин слоя для э/м полей

Из формулы следует, что глубина проникновения для каждой частоты у сверхпроводников равна 0, то есть весь перенос заряда идет по поверхности, а для плохого проводника глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также пропорциональна потерям, возникающим в проводе.

Расчет увеличения сопротивления, возникающего во время скин эффекта, немного сложнее:

  1. Для круглой сплошной медной проволоки с диаметром 2 мм, что соответствует S = 3,15 мм², полученное сопротивление на частоте 100 кГц, по сравнению с таким же значением для частоты 32 кГц, возрастает в 1,5 раза;
  2. Для проводника с d = 0, 2 мм удвоение сопротивления происходит только на частоте 10 мГц.

Важно! Для исключения скин эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц проводник может иметь диаметр не более 1 мм. Если диапазон аудиосигнала величин до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм.

Приблизительная формула для определения частоты среза для данного диаметра проводника:

f c = 4 / (π × μ × s Cu × D 2) = 1 / (π 2 × 5,8 × D 2), где:

  • f c – частота среза;
  • D – диаметр проводника;
  • s Cu= удельная проводимость меди = 5,8 × 10 7 (Ω × м) -1;

Несколько значений частоты среза для меди:

  • 0,1 мм – 1,75 мГц;
  • 0,3 мм – 194 кГц;
  • 0,5 мм – 70 кГц;
  • 0,8 мм – 27 кГц;
  • 1 мм – 17 кГц;
  • 2 мм – 4,4 кГц.

Фактический поверхностный эффект не является чистым увеличением сопротивления.

Часть э/м поля, которая не отражается на проводимости из-за неидеальных свойств провода, но проникает в него, можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована в осевом направлении вдоль длины проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально, начиная с поверхности. Это является причиной скин эффекта.

Таким образом, поле потерь напрямую зависит от проводимости, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло.

Способы подавления скин эффекта

Поверхностный эффект можно подавить или значительно уменьшить, используя вместо сплошной проволоки пучок тонких проводов, покрытых специальным изоляционным лаком. В высокочастотной технологии часто используются тонкостенные трубки, поверхность которых покрыта хорошо проводящим слоем, например, серебром.

Основные особенности подавления скин эффекта:

  1. Идеальные проводники для аудиодиапазона – не толще 0,3 мм;
  2. Структура кабеля должна быть такой, чтобы по всей длине образовывалось однородное магнитное поле между проводниками;
  3. Провод должен быть максимально чистым и однородным, с поверхностью, абсолютно свободной от оксида меди;
  4. Следует избегать рядом лежащих неэкранированных шнуров питания из-за генерируемых магнитных полей;
  5. В качестве диэлектрика лучше использовать материал с возможно меньшей диэлектрической постоянной.

Многожильные провода часто используются и для передачи токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно применяется для передачи мощности на большие расстояния. Широкие дорожки на печатной плате обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление.

С учетом этих простых предложений скин-эффекта можно избежать в большинстве случаев применения электроэнергии. Но правильное функционирование конструкций, работающих на сотнях мегагерц и даже гигагерцах, требует тщательного планирования и инженерных решений.

Оптоволоконные кабели, в которых для передачи данных используется неметаллическая среда, обычно требуются, чтобы глубина поверхностного слоя стандартных проводников оставалась низкой.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/skin-ehffekt.html

Скин-эффект: принцип работы

Проникая в глубину проводника, амплитуда в электромагнитных волнах постепенно уменьшается. Это и есть скин-эффект, который носит другое название поверхностного эффекта. Например, если ток, имеющий высокую частоту, протекает по проводнику, то его распределение происходит не по всему сечению, а, в основном, в поверхностных слоях.

Принцип действия скин-эффекта

Это действие следует рассматривать на примере относительно длинного цилиндрического проводника, на который оказывает воздействие переменное напряжение, имеющее определенную частоту с изменением по времени.

Если взять постоянное напряжение, частота которого равна нулю, то в этом случае распределение электрического тока будет по всему сечению проводника. Это связано с тем, что напряженность постоянного тока будет одинаковой в каждой точке сечения проводника. Силовые линии магнитного поля, создаваемого током, образуются в виде концентрических окружностей, центр которых совпадает с осью проводника.

Таким образом, постоянный ток распределяется по сечению вне зависимости от действия магнитного поля.

В случае с переменным током в проводнике, происходит его изменение во времени с одновременным изменением магнитного поля. При изменении потока магнитного поля наблюдается появление электродвижущей силы. Именно эта ЭДС вытесняет электрический ток к поверхности проводника с помощью магнитного поля.

При очень высоких частотах весь ток будет протекать только по тонкому слою наружной части проводника.

Свойства скин-эффекта

Скин-эффект связан не только с высокочастотными токами, которые изменяются во времени. Это связано с любым временным изменением токов. Возникновение скин-эффекта может наблюдаться при непосредственном подключении проводника к постоянному напряжению. Именно в этот момент появляется ЭДС индукции большого значения, компенсирующая действие внешнего электрического поля на оси. Окончание этого процесса отмечается во время равномерного распределения тока в проводнике по всему сечению.

Работа по перемещению заряда в электрическом поле

При очень быстром изменении тока, водится специальное время, в течение которого ток и магнитное поле проникают в глубину проводника. Эта величина носит наименование скин-нового времени. При этом, следует учитывать и тот фактор, что с уменьшением удельного сопротивления проводника, увеличивается время проникновения в него тока и магнитного поля.

В случае использования сверхпроводников, скин-время, теоретически, будет иметь бесконечно большое значение, магнитного поля не наблюдается, а протекание тока происходит исключительно по поверхности.

Источник: https://electric-220.ru/news/skin_ehffekt_princip_dejstvija/2014-01-12-489

Поверхностный эффект в проводнике. Скин-эффект. Частотные свойства

Переменный ток сопровождается электромагнитными явлениями, которые приводят к вытеснению электрических зарядов с центра проводника на его периферию. Этот эффект называется — поверхностным эффектом, или скин-эффектом.

В результате этого эффекта ток становится неоднородным. На периферии ток оказывается большим по величине, чем в центре.

Это происходит из-за различия в плотности свободных носителей зарядов в перпендикулярном сечении проводника относительно направления тока.

Глубина проникновения тока определяется согласно выражению:

Используя приведённую выше формулу для медного проводника получаем, что при частоте тока в 50 Гц глубина проникновения составит приблизительно 9,2 мм. Фактически это означает, что имея проводник с круглым сечением с радиусом более 9,2 мм, ток в центре проводника будет отсутствовать, потому как там не будет свободных носителей зарядов.

Чем выше частота тока, тем меньше глубина проникновения. Увеличение частоты тока в два раза повлечет за собой уменьшение глубины проникновения в корень квадратный из двух. Если частота тока увеличится в 10 раз, то, соответственно, глубина проникновения уменьшится в корень из 10 раз.

График распределения тока

На графике наглядно показано распределение плотности тока J в проводнике круглого сечения (цилиндрический). За пределами глубины проникновения плотность тока равна нулю или же ничтожно мала, потому как в этих местах проводника отсутствуют свободные электроны. Ток в этих местах отсутствует.

Если из центра такого проводника где отсутствует ток, извлечь проводящий материал, то мы получим полый проводник в виде трубки (трубчатый). Проводящие характеристики от этого не изменятся, потому как тока там и не было, сопротивление такого проводника не изменится, но могут поменяться такие характеристики как индуктивность и емкость проводника.

Сопротивление проводника в цепи переменного тока зависит не только от материала проводника, но также от частоты тока. При высоких частотах, за счет скин-эффекта, весь ток начинает протекать практически по границе проводника, там где он контактирует со внешней, не проводящей средой.

Практическое использование скин-эффекта

Распределение плотности тока в проводнике в зависимости от частоты тока позволяет по одному проводу передавать электрические сигналы разных частот. Сигналы более высокой частоты проходят по внешнему радиусу (большему) проводника, а сигналы меньшей частоты по меньшему радиусу. Получается нечто вроде слоенного пирога цилиндрической формы, где начинка распределяется сферически. Каждый вид начинки — это как бы отдельная частота тока.

Учитывая глубину проникновения тока для разных частот, если требуется проводник с радиусом большим, чем глубина проникновения, то разумно применять многожильный кабель.

Скажем так, для 50 Гц частоты тока, предельный радиус примерно 9 мм, а это значит, что нет смысла эксплуатировать цельный проводник с радиусом больше 9 мм.

Это не даст никакого увеличения проводимости, потому как ток в центре проводника будет отсутствовать, что является нерациональным использованием дорогостоящей меди. Вот поэтому при больших сечениях применяют многожильные провода и кабели.

При передачи высокочастотных сигналов, в целях экономии цветного металла, основной несущий провод изготавливают из дешевого стального сплава, который затем покрывают тонким слоем меди. Благодаря скин-эффекту ток протекает практически только по медной оболочке, а в стальном основании он отсутствует. Это позволяет значительно удешевить провода и кабели для высокочастотных средств связи.

Дата: 27.05.2016

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/poverkhnostnyy-effekt-v-provodnike-skin-effekt-chastotnyye-svoystva

Скин эффект в проводнике — смерть для звука?

В погоне за максимальной достоверностью звука, аудиофилы начали яро пытаться подавить скин эффект в звуковых проводах. Но что на самом деле такое этот пресловутый скин эффект? Давайте выясним действительно ли это серьезное препятствие на пути качественного звука или же магия глянцевых журналов.

Что такое скин эффект?

Если вы не сильны в английском, то скин (skin) переводится как кожа или в данном случае скорее слой. В русскоязычной литературе, скин эффект называют поверхностным эффектом.

Говоря простым языком, скин эффект заключается в том, что протекающий по проводнику переменный ток, вытесняется к поверхности проводника с ростом частоты.

Чем выше частота сигнала F тем сильнее он вытесняется к поверхности и тем тоньше становится слой по которому он протекает. Этот слой называется скин слой. Красная область на рисунке — область по которой сигнал не течет.

Это приводит к тому, что скорость протекания сигнала на разной частоте различна. Происходит это потому, что для разных частот используется разная площадь поперечного сечения проводника, а разная площадь это разное сопротивление. Все это приводит к появлению фазовых искажений в сигнале.

Толщина скин слоя

Толщина скин слоя — это толщина слоя поверхности, углубившись на которую сигнал ослабевает в 2.71 раз (константа е). Говоря проще — это полезная площадь проводника, через которую сигнал проходит без изменений.

Представьте только. мы тратим колоссальные деньги на микросхемы и конденсаторы, а какой-то кусочек дешевого провода портит весь эффект. Грусть. печаль

А какая частота считается высокой?

Как уже было сказано, скин эффект проявляется только на переменном сигнале и только на высоких частотах. До этого я специально обходил числовые значения частоты стороной. Но что же означает высокая частота?

Тут стоит заострить внимание на том, что под «высокими частотами» подразумеваются высокие по меркам электроники, а не человеческого слуха. Бороться с проявлением скин эффекта начинают на частотах выше 1МГц. Там может доходить и до того, что проводники делаются не сплошными, а полыми в виде трубок. Т.к. в центральная часть проводника становится не просто ненужной, но еще и вредной для сигнала.

Конечно скин эффект проявляется и в слышимой области частот. Не зря же об этом пестрят все Хай-Энд издания. Но вот только хитрые маркетологи не говорит о том, насколько проявляется это влияние.

Скин эффект для конкретных частот

Сегодня существует довольно много онлайн калькуляторов, считающих толщину скин слоя для конкретной частоты. Мне приглянулся этот. На нем и будем считать.

А теперь давайте узнаем толщину скин слоя для максимальной слышимой частоты. Считается что мы слышим в лучшем случае до 20кГц. Но есть данные, что в улитке слухового аппарата есть специальные волоски, погруженные в лимфу, которые чувствуют частоты до 100кГц. Эти частоты, хоть мы их и не слышим влияют на восприятие слышимого диапазона

Да не важно) вообщем, для 100 кГц толщина скин слоя составляет 0.2 мм.

Если взять провод с радиусом равным толщине скин слоя, то на скин эффект можно наплевать. Ибо его толщина это весь провод.

Толщину проводков, применяемых в наушниках можно посмотреть зарезав одни из своих наушников или, например, в статье «как починить наушники без паяльника». Сегодня уже практически стандарт делать такие провода из литцендрата.

Литцендрат это многожильный провод, каждая жилка которого имеет отдельную лаковую изоляцию.

Так что толщина каждого проводка много меньше полученного результата. Вот таким нехитрым образом страницы красивых журналов нас красиво разводят.

Может другие эффекты?

Конечно есть еще один поверхностный эффект. Суть его сводится к тому, что все протекающие в проводнике заряды — электроны имеют одинаковый знак. А как известно, одинаковые заряды отталкиваются. В результате протекающий ток подобно скин эффекту прижимается к краю проводника.

Но этот эффект проявляется только при токах намного больших 10-20 ампер, и ни к межблочным ни к наушниковым кабелям никакого отношения не имеет

Заключение

Провод действительно может влиять на звук. Так или иначе он обладает такими паразитными характеристиками как индуктивность, емкость и сопротивление. Но у любого качественного провода эти паразитные величины настолько мизерны, что грешно косить на кабель, если что-то плохо звучит.

Материал подготовлен исключительно для сайтаAudioGeek.ru

Follow @AudioGeek_ru

Источник: https://audiogeek.ru/skin-effect/

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Avr что это такое
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ЭлектроМастер
Как сделать блок питания

Закрыть