在直流电路设计中选用单股线好,还是多股线好?
一般来说,如果设计不需要移动的线路,交流和直流电源大部分会选用单股实心线连接,单股线被分成足够多的股数,才容易弯曲。插座连接到电器、电器之间,断路器与电表之间以及工业用电的传输都会选用多股线,它们必须在需要移动的情况下会弯曲。如何选择单股和多股的电线类型,需要考虑成本、灵活性和电路要求。 集肤效应 大多数工业用电和家庭用电采用的是交流电,交流电的一个特性是能在导体表面流动。流动的电流会高度集中在导体圆周表皮,而不是均匀分布在导体的整个横截面上,这种趋势会随着交流频率的增加而增加,这种现象被称为“集肤效应”。对于较高频率的交流电产生的集肤效应,需要较多的导体周长而不是导体的横截面积。 Litz线 术语“litz wire”源自德语单词“litzendraht”,意思是编织线,它由多根绝缘的磁性线组成,扭曲或编织成一个统一的图案。Litz结构的设计是为了最小化由于“集肤效应”在固体导体中产生的功率损耗,在增加表面积不显著时,采用增加导体的尺寸来抵消这种影响。这些电线按照一定规则缠绕并编制在一起,通常每股有7根电线,每根线通常都非常细且覆盖着瓷漆绝缘层。这种多股细线结构适合于更高频率及射频损耗非常低的场合,例如用于无线电接收机和发射机、金属探测器或低损耗高功率RF电路中。 涡流损耗 在交流情况下,为了减少导体中的涡流损耗,导体会被绞合和扭曲换位,铜绞线之间必须绝缘,否则,所有的线都会变成一个导体。共振电感耦合由电源供给充电系统,在发射线圈中,能量在发射器内部被转换成交流电,这种交流电使发射器线圈通电,使线圈产生磁场。在接收线圈附近放置一个接收线圈,用来触发或诱导该接收线圈内的交流电,通过逆过程对接收设备的电源充电。 功耗 根据电流负荷和使用情况选择合适的导线规格,一般由导线的电流频率决定。在最靠近导线外层的那一部分,即“表皮”区域,是电流沿导体外表面传播并受到磁场作用的部分,电流很容易消散到空气中。功耗一直是一个挑战,由于单股线的厚度较小,它的表面积较小,从而增加了损耗。由于多股线的厚度相比较大,在单个多股线中有更多的气隙和更大的表面积,因此,它所携带的电流比同级别的实心导线携带的电流要少,功耗相比就会小。对于每种类型的电线,绝缘技术可以极大地帮助降低功耗。 多股为什么以奇数”或“质数”绞合 多股线以奇数”或“质数”绞合,这是一个非常古老的商业绳索制造的遗产。质数被定义为一个只能被它自己和1整除,在较大的数链量中(比如说,超过250),这可能偏离了“质数”,但仍然是一个奇数。在大量股线(可能超过1000股)的电线中,有个别股数是偶数的例子,但规范仍旧是一个质数。 单股导线是多股导线的心脏,如果股线总数为7,每股线的规格都相同,它们中的六股线将围绕中心股线。在它们周围再加上一层(在最小的空间内,12层将是最好的),它就变成19层。以此类推,大量线束使用“奇数”或“质数”形式绞合成类似于单独的电线。 柔韧性 多股线的结构比单股线更具延展性和灵活性,单股可以设计和组合成任何形状,允许进入狭窄的空间并抵抗不断的运动和扭曲。以消费电子或汽车工业为例,经常使用弯曲或不同规则的线束是必要的。相反,一根粗实的单股线会产生相反的效果,它坚硬、耐用,但却不能够随心所欲地弯曲去适应狭小的空间。对于极端温度的室外,坚固耐用的单股线经得起时间的考验,并随着时间的推移更耐腐蚀。 结论 最佳电线和电缆将取决于各种因素,例如:温度、内部/外部条件、负载和应用等要求。如果不打算扭曲、弯曲或重复运动,单股线比多股线更简单且易于操作。多股电线容易布线,能够承受振动和弯曲而不会疲劳,不必像更换单股线那样经常更换。由于制造工艺的复杂性,多股铜线的初始成本较高,维修费用会更高,单股线比多股线更便宜,并具有长寿命的优势。 |