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表皮効果とは何ですか?

電気工学における銅の表皮深さ

前述のように、表皮効果は、交流電流が固体導体の中心を通過するのを避け、表面近くの伝導に制限される傾向がある場合です。

これにより、交流電子流を運ぶために利用できる導体の断面積が効果的に制限され、その導体の抵抗が通常の直流の抵抗よりも大きくなります。

表皮効果:表皮効果は、頻度が高くなるにつれて減少します。

使用中のすべての断面積を持つ導体の電気抵抗は、「DC抵抗」として知られています。同じ導体の「AC抵抗」は、表皮効果に起因するより高い数値を指します。

ご覧のとおり、高周波では、AC電流が導体の断面積の大部分を通過することを回避します。電流を流すために、ワイヤーは中空にすることもできます!

RFアプリケーションの中空導体

一部の無線アプリケーション(特にアンテナ)では、この効果が利用されます。とにかく高周波(「RF」)AC電流は導体の中央を流れないので、中実の金属線の代わりに中空の金属棒を使用して、重量とコストの両方を節約してみませんか? (下の図を参照してください。)

このため、ほとんどのアンテナ構造とRF電力導体は中空の金属管でできています。

次の写真では、50kWの無線送信回路で使用されているいくつかの大きなインダクタを見ることができます。インダクターは銀でコーティングされた中空の銅管であり、管の「皮膚」で優れた導電性を実現します。

中空管から形成された高出力インダクタ。

ワイヤゲージが周波数と実効抵抗に与える影響

周波数が単線導体の実効抵抗に影響を与える程度は、そのワイヤのゲージによって影響を受けます。原則として、大きなゲージのワイヤは、任意の周波数で小さなゲージのワイヤよりも顕著な表皮効果(DCからの抵抗の変化)を示します。

高周波(1 MHz以上)での表皮効果を概算する式は次のとおりです。

次の表は、さまざまな丸線サイズの「k」係数の概算値を示しています。 さまざまなAWGワイヤサイズの「k」係数。

ゲージサイズ kファクター ゲージサイズ kファクター 4 / 0124.5834.82 / 099.01027.61 / 088.01417.6269.81810.9455.5226.86647.9--

たとえば、DCエンドツーエンド抵抗が25Ωの10ゲージのワイヤの長さは、周波数10 MHzでAC(実効)抵抗が2.182kΩになります。

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