高周波コイルの用途に非導電性の芯線がないのはなぜですか


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バックグラウンド

一般的に知られている表皮効果の公式が導き出され、固体導体にのみ適用されます。一般的に使用される「肌の深さ」は、これらの場合にのみ適用されます。このため、いくつかの用途では、十分な周波数で同じ直径のワイヤよりもはるかに重量効率が高いため、チューブが使用されます。

1MHzでは、銅線の表皮深さは65µmです。これは、直径1mmの線の体積のわずか40%が電流の95%を流れ、その35%以上が外側20%に流れることを意味します。

皮膚の深さの式から、導電率の低い材料(アルミニウムなど)の皮膚の深さは、導電率の高い材料(銅など)よりもかなり大きいことがわかっています。式が予測するように、表皮の深さは導電率の平方根に反比例します。これを論理的な結果に当てはめると、導電性チューブ(絶縁コアを持つ)の場合、スキンの深さは同等のソリッドコンダクタの場合よりも大きくなるはずです。

別の直感として、薄壁の絶縁コア導体は、固体導体のほぼ2倍の表面積を持ちます。したがって、十分に高い周波数で抵抗のほぼ半分に漸近的に近づく必要があります。

実際、1922年のHBドワイトの論文(ペイウォールの可能性)からわかるように、壁の厚さが直径の20%であるチューブの周波数に対する抵抗の増加は、ソリッドの場合よりも2倍以上小さいワイヤー。

チューブとワイヤーの表皮効果

上記の曲線から、t = 200µmおよびd = 1mmのチューブは、実際の表皮の深さの増加により、d = 1mmの単線よりもインピーダンスの50%未満しか増加しないことがわかります(曲線はF/Rdcに対して正規化されているため、解釈は少し複雑です)。

個別に絶縁された撚り線でも、同様の効果が(それほど劇的ではありませんが)観察されます。

応用

中周波アプリケーションでは、スイッチング電源の例としては、それは使用するのが一般的であるリッツ線による表皮効果による損失を減少させるが(〜1MHzの)ための少なく効果的な高い周波数でなる多重鎖絶縁電線近接効果と個々のストランドの容量結合。

非伝導性コアの周囲に複数の個別のストランドが埋め込まれている場合、おそらくより多くのゲインが得られます(特に近接効果に関して)。

質問

私は理論の何かを見逃しましたか?

そうでない場合、なぜ絶縁されたコアワイヤ(コアの周りのチューブまたはストランド)が高周波インダクタアプリケーションに商業的に活用されていないのですか?

補遺

ジョン・バークヘッドの回答が指摘しているように、フラットワイヤには基本的に同じ利点があり、欠点(フィルファクタなど)はありません。しかし、これは私に尋ねることにつながります:

これらのアプリケーションに絶縁コアフラットワイヤが使用されないのはなぜですか?十分に高い周波数で抵抗がほぼ半分のフラットワイヤと同じ利点があるはずです。可能性のある利益は重要ではありませんか?


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コメントは詳細なディスカッション用ではありません。この会話はチャットに移動さました。到達した結論は、質問および/または回答に編集して戻す必要があります。
デイブツイード

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さらに読む必要がありますが、このページのセットはLitz wireで見つかりました。ちょっとだけ。
19:37にジョンク

回答:


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いいえ、理論は正しいですが、あなたのアプローチは、製造がより簡単であり、表皮効果と体積効率の利点と同様の利点を提供するフラットワイヤを使用する場合と比べて、不必要な体積増加につながります。


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リッツ線は非常に一般的ですが、RFアプリケーション、トランス、またはインダクタでフラットワイヤが使用されているのを見たことはありません。答えを拡張して、それらとそれらを比較する方法を示していただけますか?
エドガーブラウン


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あなたの質問に、リッツ線はまた、絶縁体とコイル内でワイヤが互いに交差する方法のために、高電流用途の体積効率が低い。均一な電流分布を得るために高電流で終端することも困難です。平線は風にやさしいため、スペースに制約のない低電流で役立ちます。
ジョンバークヘッド

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私の直感が正しければ、非導電性コアを備えたフラットワイヤは、フラットワイヤよりも高い周波数でインピーダンスが低くなります(また、薄い絶縁体で満たされたチューブを平らにすることで比較的簡単に構築できるはずです)。したがって、これは正しい方向を指し、質問の主な側面に答えるものではありますが、完全には対処していません。利益は取るに足りないものですか、それともアプリケーション空間は存在しませんか
エドガーブラウン

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まず第一に、非常に興味深く、明確な質問をしてくれてありがとう(私の心に近いのは磁気学者です)。ワイヤーを表皮の深さまで平らにするのが簡単です-提案された導体の中心にシナリオで絶縁があるのと同じように2つの層間に絶縁があるため、わずかな違いしかありません。同じクロスを得ることができます幅の広い平角線のあるセクション。利点が得られるかどうかを判断するのは興味深い研究です。巻線間容量が少ないように「感じ」ます。
ジョンバークヘッド

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リッツワイヤのウィキペディアのエントリには、「中空チューブが代わりに使用されないのはなぜですか」という質問に対する直接的な回答が含まれています。

抵抗を減らすための1つの方法は、ワイヤを中空の銅管で置き換えることにより、電流が流れる表面の近くに導電性材料をより多く配置することです。チューブの表面積が大きいと、同じ断面積のソリッドワイヤよりもはるかに低い抵抗で電流が流れます。高出力無線送信機のタンクコイルは、抵抗を減らすために、銅管で作られていることが多く、外側に銀メッキが施されています。ただし、チューブには柔軟性がなく、曲げたり形を整えたりするには特別なツールが必要です。

この記事では、リッツ線が代替ソリューションを提供する理由について説明しています。


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誘導加熱(工業用)は、通常、インダクタに中空銅管を使用します。

1000 kW以上の電力を使用している場合、銅損を最小限に抑える必要があると確信しています。

さらに、中空コアは水冷に使用されます。

銅は「中空棒」と呼ばれることもあります。長方形または円形です。希望の中空バーと厚さを得るために「ミルラン」を注文することは珍しくありません。

luvata dot comからの画像

ここに画像の説明を入力してください


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これはどの周波数で正常に動作していますか?
エドガーブラウン

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@EdgarBrown 誘導加熱器は50 Hzから数メガヘルツまで使用されます。ただし、主に50 kHz未満です。
マーラ

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実際、非常に高い周波数のアプリケーション向けの絶縁コアワイヤには、さまざまなバリエーションがあります。導波管と呼ばれます。RFの実行に使用される中空のチューブです。信号は外側ではなく導電性シェルの内側を伝わることは理解していますが、表皮効果が示す厚さの導電性シェルのみが必要なという考えがあります。

ただし、インダクタにはあまり使いません。


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導波管はかなり異なるものです。RFは、実際に導波管自体の金属内を移動するのではなく、空中を移動し、内部で「反射」されます(単純化のため)
mbrig

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@mbrig:違いはあなたが思うほど大きくありません。また、高周波で単線を使用すると、ほとんどの電力が導体の内部ではなく導体の周囲のフィールドに流れます。Cf. ポインティングベクトル
カード
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