سیم لیتز چیست؟

سیم لیتز (Litz Wire) نوعی سیم چندرشته‌ای است که هر یک از رشته‌های آن دارای عایق جداگانه هستند. این سیم با کنار هم قرار دادن و تاباندن چند رشته سیم ساخته می‌شود و در مدارها و سیم‌پیچ‌های جریان متناوب (AC) با فرکانس بالا، برای کاهش اثر پوستی و اثر مجاورتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.



اثر پوستی

مقاومتی که یک هادی الکتریکی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهد، به سطح مقطع آن وابسته است؛ به‌طوری‌که هرچه سطح مقطع هادی بزرگ‌تر باشد، مقاومت الکتریکی آن کمتر است.
در جریان‌های متناوب یا AC، به دلیل ایجاد جریان‌های گردابی درون هادی، الکترون‌ها تمایل دارند بیشتر در نزدیکی سطح هادی حرکت کنند و به عمق آن نفوذ نکنند. هرچه فرکانس جریان AC بیشتر باشد، عمق نفوذ جریان الکتریکی در هادی کمتر می‌شود.

در نتیجه، عبور نکردن جریان از بخش مرکزی سیم باعث کاهش سطح مقطع مؤثر و افزایش مقاومت سیم می‌شود. بنابراین مقاومت سیم در برابر جریان‌های AC بیشتر از مقاومت آن در جریان‌های DC یا AC با فرکانس پایین است و مقاومت AC سیم تابعی از فرکانس خواهد بود.

میزان تأثیر اثر پوستی بر مقاومت سیم با پارامتری به نام عمق نفوذ بیان می‌شود. اگر عمق نفوذ از شعاع سطح مقطع سیم بزرگ‌تر باشد، اثر پوستی تأثیر قابل‌توجهی بر مقاومت سیم ندارد؛ اما اگر عمق نفوذ از شعاع سیم کوچک‌تر باشد، مقاومت AC سیم تحت تأثیر اثر پوستی قرار می‌گیرد.

به‌عنوان یک تقریب کاربردی، عمق نفوذ در فرکانس 60 هرتز حدود 7.6 میلی‌متر و در فرکانس 100 کیلوهرتز حدود 0.21 میلی‌متر است.

اثر مجاورتی

اثر مجاورتی نیز مانند اثر پوستی، با کاهش سطح مقطع مؤثر عبور جریان AC از هادی، موجب افزایش مقاومت سیم می‌شود.

زمانی که دو سیم حامل جریان مشابه در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند، میدان‌های مغناطیسی ایجادشده باعث تغییر توزیع جریان در سطح هادی می‌شوند. در نتیجه، جریان از بخش‌هایی از سطح مقطع سیم کمتر عبور کرده و سطح مؤثر عبور جریان کاهش می‌یابد؛ این موضوع باعث افزایش مقاومت AC سیم می‌شود.

نحوه ساخت سیم لیتز

در سیم‌پیچ‌های فرکانس بالا، برای مقابله با اثرات پوستی و مجاورتی، به‌جای استفاده از یک رشته سیم، از چند رشته سیم که به یکدیگر تابانده شده‌اند و سیم لیتز نام دارند، استفاده می‌شود.

برای ساخت سیم لیتز می‌توان تعدادی سیم تک‌رشته را بین دو نقطه محکم کرد و سپس از یک نقطه، آن‌ها را با استفاده از ابزاری مانند دریل به یکدیگر تاباند. البته سیم‌های لیتز به‌صورت آماده نیز در بازار موجود هستند، اما تنوع آن‌ها محدود است.

برای ساخت ابتدا باید تعداد رشته‌ها و ضخامت هر رشته مشخص شود. به این منظور، ابتدا سطح مقطع موردنیاز برای جریان نامی سیم‌پیچ محاسبه می‌شود. سپس با توجه به فرکانس کاری، بیشترین ضخامت قابل‌استفاده برای هر رشته، به‌گونه‌ای که اثر پوستی کاهش یابد، تعیین می‌شود.

برای این محاسبه، عمق نفوذ در فرکانس 100 کیلوهرتز، حدود 0.21 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. از آنجا که عمق نفوذ با جذر فرکانس رابطه عکس دارد، می‌توان عمق نفوذ را در فرکانس موردنظر محاسبه کرد.

برای مثال، در فرکانس 50 کیلوهرتز، عمق نفوذ تقریباً 0.3 میلی‌متر است؛ بنابراین می‌توان رشته‌ای با قطر حدود 0.6 میلی‌متر انتخاب کرد. در نهایت، با تقسیم سطح مقطع موردنیاز بر سطح مقطع هر رشته، تعداد رشته‌های موردنیاز سیم لیتز به دست می‌آید.