Аннотация
В настоящее время в связи с интенсивным развитием импульсной техники и высокочастотной силовой электроники актуальной задачей является исследование систем и устройств, имеющих сильную зависимость активного сопротивления от частоты. В данной работе приведено качественное описание конструкции кабелей резисторов, имеющих композитную структуру, принцип работы которых основан на эффекте резкого увеличения активного сопротивления с ростом частоты (скин-эффект). Работа содержит теоретическое исследование электрических свойств композитного проводника, состоящего из медной сердцевины и нихромового покрытия. С использованием специализированного пакета для математического моделирования COMSOL Multiphisics 5.2 разработана физико-математическая модель процесса токопрохождения через композитную аксиально-симметричную структуру, имеющую области с высокой (сердцевина) и низкой (оболочка) удельными проводимостями. В работе представлены результаты численного расчета частотной зависимости электрического сопротивления проводников круглого сечения с двухслойной структурой Cu–NiCr. Подобраны оптимальные условия для проведения численного эксперимента с использованием основных электродинамических процессов, описываемых уравнениями Максвелла для квазистационарного электромагнитного поля. Диапазон частот от 100 кГц до 100 МГц был выбран как наиболее интересный с точки зрения практического применения композитной токопроводящей структуры. В статье приводятся данные о влиянии геометрических параметров структуры композитного проводника на частотную зависимость электрического сопротивления и дано распределение плотности переменного тока по сечению композитного проводника на различных частотах. В процессе моделирования выявлены три характерные области: область быстрого увеличения сопротивления проводника, граничная область, область медленного роста электрического сопротивления. Приводятся пути реализации объекта исследования и возможные сферы использования описываемой структуры.
Ключевые слова: скин-эффект, резистивное покрытие, композитный проводник, силовая электроника, электрическая проводимость, помехоподавляющий фильтр, математическое моделирование, частотная зависимость, электродинамика, квазистационарное магнитное поле
Список литературы
1. Власов A.A. Макроскопическая электродинамика. – 2-е изд. – М.: Наука, 2005. 2. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983. – 463 с. 3. Patent US 4301428. Radio frequency interference suppressor cable having resistive conductor and lossy magnetic absorbing material / F. Mayer. – N US 06/079,197; appl. date 26.09.1979; publ. date 17.11.1981. 4. Patent US 4079192. Conductor for reducing leakage at high frequencies / B. Josse. – N 05/478,602; appl. date 12.06.1974; publ. date 14.03.1978. 5. Patent US 4510468. RF Absorptive line with controlled low pass cut-off frequency / F. Mayer. – N 06/429,032; appl. date 30.09.1982; publ. date 09.04.1985. 6. Patent US 4383225. Cables with high immunity to electro-magnetic pulses (EMP) / F. Mayer. – N 06/166,403; appl. date 07.07.1980; publ. date 10.05.1983. 7. Patent US 7671278. Cable having EMI-suppressing arrangement and method for making the same / J.-G. Fong, H.-F. Lee, K.-F. Chen. – N 11/981,287; appl. date 31.10.2007; publ. date 02.03.2010. 8. Patent US 5883565. Frequency dependent resistive element / J.P. Furino. – N 08/941,7044; appl. date 01.10.1997; publ. date 16.03.1999. 9. Патент 2284622 Российская Федерация. Устройство для защиты от перенапряжений / Б.В. Ефимов, А.Н. Данилин, В.В. Колобов. – № 2005105918/09; заявл. 02.03.2005; опубл. 27.09.2006. 10. Патент 132633 Российская Федерация. Устройство для подавления высокочастотных перенапряжений / С.М. Коробейников, Н.Я. Илюшов, Ю.А. Лавров, В.В. Лопатин, В.П. Брыкин, А.Ю. Коробенкова. – № 2013120271/07; заявл. 30.04.2013; опубл. 20.09.2013. 11. Vizmuller P. RF design guide: systems, circuits, and equations. – Boston, MA: Artech House, 1995. – P. 81–84. 12. Исследование информативности емкостей многослойных диэлектрических структур / А.Е. Чижиков, А.А. Лапшин, Д.В. Суворов, А.А. Зеленкевич, Г.П. Гололобов, А.А. Сережин, А.И. Мороз // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2015. – № 53. – С. 144–148. 13. Овчинникова Е.В., Фатькин В.А. Особенности моделирования процесса получения диэлектрических покрытий // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2008. – № 25. – С. 71–76. 14. Бакулин А.И. Об ортогональности составляющих электромагнитного поля // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2009. – № 27. – С. 75–79. 15. Lam H.Y.-F. Analog and digital filters: design and realization. – Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1979. – 632 p.
