Применение литцендрата и методика расчета

Литцендрат это многожильный провод, каждая жила которого изолирована от прочих в основном с помощью специального лака. В таком проводе максимально снижены потери на скин эффекте, так как у такого провода гораздо лучше показатели по потерям на высоких частотах по сравнению с обычными сплошными проводниками. Чаще всего литцендрат используется при конструировании катушек индуктивности высокой добротности, обмоток электродвигателей и в импульсных источниках питания и других ВЧ устройствах.

Катушки индуктивности изготовленные с использованием этого провода имеют более высокую добротность при одинаковом весе и размере. Это объясняется более эффективным применением суммарного сечения составляющих этот провод жил, т.к переменный ток в проводнике идет в поверхностном слое. (скин-эффект) У литцендратовых катушек намотано больше проволочек при том-же общем сечении.

С помощью этого способа можно повысить добротность катушек до 40%.

В Л. может быть от трех до нескольких тысяч жил диаметром от 0,03 до 0,5 мм. Существуют также провода, скрученные из нескольких нитей. Эти провода гораздо тяжелее паять, чем типовые, т.к их требуется предварительно очистить от лака и облудить каждую из многочисленных тонких проволочек).

С появлением ВЧ ферритов литцендрат в основном используют лишь в мощных импульсных трансформаторах и в катушках высоколинейных полосовых фильтров с широким динамическим диапазоном.

Литцендрат с изоляционной внутренней областью

Так как внутренняя область провода из-за скин-эффекта при протекании переменного тока не работает, имеет смысл в некоторых случаях изготавливать ее из изоляционного материала. Частотная область, в которой применение такого типа провода имеет смысл, ограничивается частотами 2-2,5 Мгц. На более высоких частотах он для ВЧ тока "выглядит" как сплошной провод, причем с закрученными и изолированными отдельными участками поверхности, а это приводит к бoльшим потерям, чем даже в одиночном проводе того-же диаметра.

Методика расчетов потерь в литцендрате

Основным техническим параметром для выбора кабеля литцендрата является рабочая частота. Для расчетов нам понадобится зависимость соотношения между сопротивлениями постоянному и переменному току току (коэффициент H) от коэффициента X (В случае одиночного изолированного проводника круглого сечения:

X	0	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
H	1.0000	1.0003	1.0007	1.0012	1.0021	1.0034	1.005

Коэффициент X вычисляется в соответствии с формулой:

X=10,67×d× √ f

d – диаметр провода, мм,
f – частота, МГц.

Сопротивление единичной жилы R_S зависит от ее диаметра. С ростом частоты необходимо снижать диаметр отдельной жилы литцендрата и увеличивать количество жил в проводе. Эмпирическим методом было подобрано нужное значение диаметра отдельной жилы в зависимости от рабочей частоты. Эти данные сведены в таблицу:

Частота	Диаметр жилы без изоляции, мм	Активное сопротивление жилы, Ом/м	Коэффициент H
60 Гц...1 кГц	0,32	0,21775	1,0000
1...10 кГц	0,254	0,34718	1,0000
10...20 кГц	0,18	0,69455	1,0000
20...50 кГц	0,127	1,417	1,0000
50...100 кГц	0,102	2,2372	1,0000
100...200 кГц	0,079	3,7805	1,0000
200...350 кГц	0,064	5,9088	1,0000
350...850 кГц	0,051	9,42585	1,0003
850...1,4 МГц	0,04	14,9081	1,0003
1,4...2,8 МГц	0,031	23,901	1,0003

используя данные из таблицы выше можно вычислить наилучший диаметр жилы литцендрата. Далее находим соотношение между сопротивлениями постоянному и переменному току:

R_DC – сопротивление постоянному току
R_AC – сопротивление переменному току
H – табличный коэффициент
N – количество жил в проводе
G - коэффициент поправки на вихревые токи - вычисляется по формуле:

определение коэффициента поправки на вихревые токи

d₁ – диаметр жилы, мм
d₀ – диаметр жгута, мм
f – частота, Гц

K – коэффициент, зависящий от количества жил,берется из таблицы ниже:

N	3	9	27	∞
K	1,55	1.84	1.92	2

Сопротивление литцендрата при протекании через него постоянного тока зависят от трех факторов:

количества жил
сечения жилы
коэффициента удлинения одиночной жилы по сравнению с единицей длины жгута, возникающего как результат плетения жил. Типичным значением считается 1,5% для каждого порядка операции плетения жил в жгут и значение 2,5% для каждого порядка операции скручивания жгутов в кабель.

Таким образом, сопротивление постоянному току литцендрата абсолютно любой конструкции можно расчитать по формуле:

Формула определения сопротивления постоянному току литцендрата

N_B – количество порядков операции плетения в жгут
R_S – сопротивление единичной жилы, Ом;
N_S – общее количество жил в кабеле;
N_C – количество порядков операции скручивания жгутов в кабель;

Остается только из формулы отношения сопротивленийнайти сопротивление литцендрата переменному току на рабочей частоте R_AC.

Пример расчета литцендрата:

Показанный пример эмпирического расчета учитывает только потери от скин-эффекта . Кроме него в реальной катушке индуктивности возникает эффект близости, дополнительно увеличивающий потери. Простых эмпирических формул, которые учитывали бы эти потери, нет, а расчет в электромагнитных симуляторах очень сложен. С уверенностью можно сказать только одно - экспериментально выявлено, что использование литцендратов повышает добротность катушек в 1,5- 2 раза. Смотрите также тематическую статью В.Полякова из журнала Радио №1 2005 "О добротности катушек, намотанных литцендратом".