چطور میتوان تلفات را در سیمهای روکشدار با انتخاب مناسب مواد کاهش داد
در دنیای امروز، سیمهای با روکش لاکی یا فیلمی (Film-Coated Wires) از اجزای کلیدی بسیاری از صنایع از جمله مخابرات، خودروسازی، لوازم خانگی، الکترونیک و... هستند.
هر نوع سیم بسته به کاربردش با جنس خاصی از لاک یا فیلم عایق پوشش داده میشود تا از نشت جریان و اتلاف انرژی جلوگیری کند. انتخاب درست این مواد علاوه بر افزایش راندمان، موجب کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات نیز میشود.
اما برای دستیابی به کمترین تلفات الکتریکی، باید بهدرستی جنس هادی و نوع پوشش عایقی انتخاب شود. استفاده از مواد نامناسب باعث افت راندمان، افزایش حرارت و حتی خرابی تجهیزات خواهد شد.
در ادامه بررسی میکنیم که تلفات الکتریکی چیست، چرا رخ میدهد و چطور میتوان آن را با انتخاب صحیح مواد در سیمهای روکشدار کاهش داد.
تلفات الکتریکی چیست؟
تلفات الکتریکی (Electrical Losses) به انرژیای گفته میشود که در حین انتقال یا تبدیل جریان الکتریکی، به صورت گرما از بین میرود.
یکی از مهمترین انواع تلفات در سیمها، تلفات جریانهای گردابی (Eddy Current Losses) است.
تلفات جریانهای گردابی
این تلفات ناشی از دو پدیدهی معروف در الکترومغناطیس هستند:
1.اثر پوستی (Skin Effect):
وقتی جریان متناوب با فرکانس بالا از هادی عبور میکند، میدان مغناطیسی ایجادشده در مرکز هادی، خود باعث القای جریانهای گردابی در جهت مخالف میشود. این جریانها، جریان اصلی را به سطح هادی میرانند و سبب تمرکز جریان در سطح و افزایش تلفات میشوند.
2.اثر مجاورت (Proximity Effect):
زمانی که دو هادی با جریانهای متناوب در جهت مخالف کنار هم قرار گیرند، میدان مغناطیسی هرکدام باعث القای جریانهای گردابی در دیگری میشود. این پدیده باعث میشود جریان در هر هادی به سمت طرف نزدیکتر متمرکز شود و توزیع جریان یکنواخت نباشد.
چگونه میتوان تلفات جریان را کاهش داد؟
برای کاهش تلفات جریان در سیمها، چند عامل کلیدی باید در نظر گرفته شود:
1. توجه به تعداد رشتههای هادی
در محیطهای با فرکانس بالا، افزایش تعداد رشتههای سیم همیشه مفید نیست.
هرچه رشتهها نازکتر باشند، اثر پوستی کمتر میشود، اما در عین حال اثر مجاورت داخلی بین رشتهها افزایش پیدا میکند.
بهعنوان مثال، در مدارهای GHz مانند اینداکتورهای ایستگاههای مخابراتی کوچک، استفادهی بیش از حد از رشتههای نازک باعث افزایش تلفات از نوع مجاورت میشود و مزایای کاهش اثر پوستی را از بین میبرد.
بنابراین باید بین فرکانس کاری و تعداد رشتهها تعادل برقرار شود.
در کاربردهای فرکانس پایین (مثل ترانسفورماتورهای معمولی)، تأثیر این عوامل کمتر است و نیازی به استفاده از رشتههای زیاد وجود ندارد، زیرا تنها هزینهی تولید را افزایش میدهد.
2. کاهش اثر پوستی و اثر مجاورت در ترانسها و اینداکتورها
در سیمپیچها، اثر پوستی باعث توزیع غیریکنواخت جریان و اثر مجاورت موجب کاهش شار مغناطیسی مفید میشود.
برای غلبه بر این مشکل، سیمهای لاکی چندرشتهای (Film-Coated Litz Wires) طراحی شدند که بهصورت خاص برای کاهش اثر مجاورت ساخته میشوند.
نقش سیمهای لاکی چندرشتهای در کاهش تلفات
وقتی چند هادی بدون تابش در کنار هم باشند، میدان مغناطیسی القایی باعث جریانهای گردابی و تلفات بیشتر میشود.
اما در سیمهای لاکی تابیدهشده (Stranded Film-Coated Wires) رشتهها بهگونهای پیچیده میشوند که میدانهای مغناطیسی القایی همدیگر را خنثی میکنند.
نتیجه؟
توزیع جریان کاملاً یکنواخت، بدون ایجاد جریانهای گردابی — و در نتیجه کاهش محسوس تلفات.
عوامل کلیدی مؤثر بر تلفات در سیمهای لاکی چندرشتهای
1.قطر رشتهها:
قطر رشته تأثیر مستقیمی بر ظرفیت عبور جریان دارد. هرچه قطر کمتر باشد، اثر پوستی کاهش مییابد، اما اگر بیش از حد نازک شود، ممکن است سیم توان عبور جریان کافی را نداشته باشد و دچار گرمایش بیش از حد شود.
2.تعداد رشتهها:
افزایش تعداد رشتهها باید همزمان با کاهش مناسب قطر هر رشته انجام شود تا تعادل بین تلفات جریان گردابی، استحکام مکانیکی و هزینهی تولید حفظ شود.
3.گام تابش یا پیچش (Pitch):
گام مناسب باعث خنثی شدن بهتر نیروهای الکتروموتیو القایی میشود.
اگر گام زیاد باشد، اثر القایی حذف نمیشود و اگر خیلی کم باشد، سیم خشک و شکننده میشود و انعطافپذیریاش کاهش مییابد.
4.روش تابش (Stranding Method):
روش تابش تأثیر مستقیمی بر عملکرد سیم دارد.
- تابش معمولی برای کاربردهای عمومی مناسب است.
- تابش ترکیبی برای محیطهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر تداخل الکترومغناطیسی دارند کاربرد دارد، هرچند هزینهی بیشتری دارد.
جمعبندی
در فرکانسهای بالا، قطر کوچکتر هر رشته باعث کاهش اثر پوستی میشود، اما افزایش تعداد رشتهها اثر مجاورت داخلی را بیشتر میکند.
بنابراین، هنگام طراحی یا انتخاب سیم مناسب، باید فرکانس کاری، تعداد رشتهها و قطر هر رشته بهصورت توأمان در نظر گرفته شود تا بهینهترین راندمان الکتریکی و حرارتی به دست آید.
