Antecedentes
Las fórmulas de efecto cutáneo comúnmente conocidas se derivan y solo se aplican a conductores sólidos. La "profundidad de la piel" comúnmente utilizada solo se aplica en estos casos. Es por esta razón que en algunas aplicaciones se usan tubos, ya que estos son mucho más eficientes en peso que el cable de mismo diámetro a una frecuencia suficientemente alta.
A 1 MHz, la profundidad del revestimiento del cable de cobre es de 65 µm, lo que significa que solo el 40% del volumen de un cable de 1 mm de diámetro transporta el 95% de la corriente, con> 35% en el 20% exterior.
A partir de las fórmulas de profundidad de la piel se sabe que un material de conductividad más baja (por ejemplo, aluminio) tiene una profundidad de piel que es considerablemente más grande que una de conductividad más alta (por ejemplo, cobre). Como predice la fórmula, la profundidad de la piel es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la conductividad. Si llevamos esto a sus consecuencias lógicas, debería darse el caso de que la profundidad de la piel de un tubo conductor (que tiene un núcleo de aislamiento) sea mayor que la de un conductor sólido equivalente.
Como intuición alternativa, un conductor de núcleo aislado de pared delgada tendría casi el doble del área de superficie de un conductor sólido. Por lo tanto, debería aproximarse asintóticamente a casi la mitad de la resistencia con una frecuencia suficientemente alta.
En efecto, como se puede ver en este documento de HB Dwight en 1922 (posible muro de pago) , el aumento en la frecuencia de resistencia wrt para un tubo cuyo espesor de pared es 20% de su diámetro es más que un factor de dos menor que para un sólido cable.
De las curvas anteriores se puede ver que un tubo con t = 200 µm yd = 1 mm, debido al aumento de la profundidad real de la piel, debe tener menos del 50% del aumento de impedancia que un cable sólido d = 1 mm (tenga en cuenta que el las curvas se normalizan wrt , por lo que la interpretación es un poco complicada).
Se pueden observar efectos similares (aunque no tan dramáticos) con alambre trenzado aislado individualmente.
Solicitud
En aplicaciones de frecuencia media, como por ejemplo, cambiar las fuentes de alimentación, es común usar Litz Wire, un cable aislado de múltiples hilos que reduce las pérdidas debido al efecto de la piel, pero se vuelve cada vez menos efectivo a frecuencias más altas (~ 1MHz) debido a efecto de proximidad y el acoplamiento capacitivo de los hilos individuales.
Probablemente se podrían obtener más ganancias (particularmente con respecto a los efectos de proximidad) si hubiera múltiples hebras individuales incrustadas alrededor de la periferia de un núcleo no conductor.
Pregunta
¿Me he perdido algo de la teoría?
Si no es así, ¿por qué no se explota comercialmente el cable de núcleo aislado (tubos o hebras alrededor de un núcleo) para aplicaciones de inductores de alta frecuencia?
Apéndice
Como señala la respuesta de John Birckhead, el cable plano tiene básicamente las mismas ventajas sin ninguna de las desventajas (por ejemplo, factor de relleno). Pero esto me lleva a preguntar:
¿Por qué no se usa cable plano de núcleo aislado para estas aplicaciones? Debería tener la misma ventaja del cable plano con casi la mitad de la resistencia a frecuencias suficientemente altas. ¿Las posibles ganancias son intrascendentes?
