コイルの表皮効果とは？周波数と銅損の関係について教えてください
- コイルの表皮効果とは、電流の周波数が高くなると銅線に表皮効果が起こります。これは絶縁皮膜の剥がれを引き起こす原因となります。
- また、表皮効果が起こると銅損も増加します。銅損とは、電流の通過によって生じる熱によって銅線が損耗することを指します。
- つまり、周波数が高いほど表皮効果が起こりやすくなり、それに伴い銅損も増加します。コイルを使用する際には周波数と銅損の関係を考慮する必要があります。
- 締切済み
コイルの表皮効果
コイルについて全くの素人からの質問です。 先日購入しましたチョークコイルが表皮効果（絶縁皮膜の剥がれ）が原因でショート故障を起こしてしまいました。 ＜＜あくまでもこの現象は「想定」に依る物であり確かではありません→メーカーもショートの事実は認めておりません＞＞ 原因を探求するなかある文献を調べたら「電流の【周波数】が高くなると銅線には表皮効果が起こり銅損も増加します。」とありました。 ？？質問です？？ 【周波数】と【銅損】の関係が理解出来ません。 どなたか教えて頂けませんでしょうか？
- その他（FA・自動化）
- 回答数4
- ありがとう数3
- みんなの回答 （4）
- 専門家の回答
みんなの回答
表皮効果についてはネットでもかなり情報が得られると思いますので そちらに譲るとして、チョークコイルの使用方法が間違っているという 可能性が高いのではないでしょうか？ 一般にチョークコイルは ・周波数特性 ・電流に対する磁気飽和特性 ・時間定格 ・銅線の被覆材の特性 ・リード線部分のｲﾝﾀﾞｸﾀﾝｽの影響 ・その他 実験でチョークコイルを使用するのであれば、空芯コイルで製作される 方が使いやすい特性となり、また自作しやすいのでお勧めです。
【周波数】と【銅損】の関係 参考URLの中に「表皮深さ」の記述があります。 表皮深さ＝電流が流れる領域は周波数のルートに反比例して小さくなります。 従って，交流に対する抵抗値は周波数のルートに比例して大きくなる性質 があります。 銅線の抵抗による電力損失を「銅損」と言います。
表皮効果については，＃１さんのご回答の通りです。 表皮効果でショート故障を起こしたと想定なさっているところは素直に 納得できないものを感じます。 どのような素性のチョークコイルを，どのような使い方をしたのでしょうか。 チョークコイルの仕様：インダクタンス，許容電流，コア・巻線などの構成 使用状況：通電電流（直流電流，交流（高周波成分）），どのような機器に 組み込んだのかｅｔｃ 通常では，表皮効果が即絶縁皮膜の剥がれを起こすことはありません。 表皮効果は，抵抗成分が大きくなることですから，一定電流を流した場合に 表皮効果がない場合に比べて電力損失が大きくなり，これに伴い発熱が増加し 結果として温度上昇が高くなり，絶縁皮膜の劣化を加速する可能性はあります。 しかし，いきなり剥がれを起こすことはないと思います。 故障の状況をもう少し詳しく説明して頂けると，真の原因に近づくことが できそうに思います。
お礼
ご回答ありがとうございました。 お恥ずかしい話「損失＝破壊」というイメージを持っておりました。 考えを改め本件についての原因追及を仕切り直します。
周波数が上がると電流が導体（電線）の表面に集中して流れるように なります。（中心部には流れなくなる）この現象を「表皮効果」と呼びます。 表面近くの浅い部分のみに電流が流れる＝電流の経路が狭くなる ＝電気抵抗が増える → 結果、抵抗による損失、つまり銅損が増えます。 誤解されている気がする（＾＾； ここで言う表皮効果は、純粋に電磁気的な現象であって、被覆してない 裸電線であっても起こります。表面に何塗っていようが関係なしに、 周波数が上がれば電流が表面に集中してくるんです。 「表皮」という言葉が誤解を招きやすいのですが、これは電線内部の 表面近くの領域を指していて、その外側に塗ってある絶縁皮膜の ことではありません。
お礼
ご回答ありがとうございました。 電気抵抗に関しては表皮からも影響がくるとは知りませんでした。 貴重なアドバイスありがとうございました。
関連するQ&A
- 表皮効果についての質問
表皮効果について 電磁気を勉強しているのですが、表皮効果の式の意味が完全に理解できていないため、具体的な数値に当てはめた場合どのようになるのかピンときません。下記に分からない事を示します。どなたかご教授ください。 まず 半径a、表皮厚さσの銅線で考えた場合、電流が通る事が出来る断面積は 交流時：２πaσ 直流時：２πa として大丈夫ですよね？ 実行値１Aの交流 と １Aの直流 を流した場合、交流の方が熱量が高くなることはなんとなくわかります。 その条件で、交流が直流に比べて 仮にN倍の熱が発生したとしたら、 その時の交流の角周波数はどのように表記されるでしょうか？ 自分の参考書には |E| ∝ |e^ξ| = e^(r/σ) ただし ξ=r(1+i)/σ |ξ|>>1 a>σ が表皮効果だと示していますが、 この効果と熱をどのように関連付ければいいのか良く分かりません。 どうかよろしくお願いします。 また、良い参考文献がありましたら教えてください。 .
- 締切済み
- 物理学
- 表皮効果の影響について
表皮効果について調べています。 表皮効果は交流電流を流したときの電磁誘導の現象だと理解しております。 ただ直流と言われている 周波数成分をもつ脈流（単相半波整流など）も時間的な変化があるので 表皮効果の現象は発生するのではと考えております。 ご存知の方がいらしたらご教授お願いします。 また影響する場合、浸透深さを計算するとき導電率などは材料特性は一緒と仮定すると 周波数に依存すると思いますが ５０Hzの交流と単相半波では同じ浸透深さになるのでしょうか？
- 締切済み
- 物理学
- チョークコイルのうなり
チョークコイルのメーカカタログに「うなりが少なく…」という記述がありますが。コアに銅線を巻いたコイルから何故音がでるのか疑問です。 音の鳴り方は？…トランスコイルの「キーン」という高い音？リレーの「ビー」というビビリ音？ 音の原因は？…銅線同士の共振？コアと銅線の共振？ うなりがもたらす弊害は？…ノイズ音発生？電気的ノイズ発生？ 以上についてご教授頂けませんでしょうか？
- 締切済み
- その他（材料・素材）
- コモンモードチョークコイルのインピーダンスについて
コモンモードチョークコイルのデータシートを見ていて思ったのですが、 コモンモードチョークコイルのインピーダンスが100Ωとか200Ωの時に ノイズを打ち消す効果は得られるのでしょうか？ 個人的な感覚では、1kΩ以上無いと効果が得られないような気がするのですが。 また、データシートには共振周波数を超えた後のインピーダンスもグラフに 記載されていますが、その部分でもコモンモードチョークコイルとして 働くのでしょうか？ お分かりの方がいらっしゃいましたら、教えてください。
- ベストアンサー
- 科学
- コイルの銅損と効率
いつもお世話になっております。 前回の質問同様、電磁気学をちょこちょこと勉強しています。 が、ちょっとコイルに関して混乱してきたことがあるので、質問させてください。 コイルに電源がくっついていて、30Vの電圧（直流）をかけたとします。 また、コイルの銅線部分抵抗が20Ω、その他の抵抗は無いとします。 （※銅線の電気抵抗率は小さいですが、細い導線を相当な距離巻けばあり得る数字なのでおかしくは無いと思ってます。） この時、オームの法則（V=RI)をそのまま適用すると、1.5Aの電流が流れる事になるかと思います。 この時、現実には銅損がP=VI=I^2Rの式で働き、45W×時間（秒）だけジュール熱が出ると思います。 また、直流の場合は鉄心が入っていたとしても鉄損は考えなくても良い…と考えてます。 ここで質問なのですが、 １：上記コイルでは、具体的な数字で電流などの数値を出してますが、この考え方は合っているのでしょうか？ ２：銅損の分は、コイルの本来の役目（磁界を発生させる）には寄与しない（＝発熱分だけエネルギーを損失する）と思います。 上記の例では、電源から得られた分の電力と銅損が全く同じ値になってしまい、銅損を考慮した場合の効率が0（％）になってしまうのですが、それで合っているのでしょうか？ 他にも混乱していますが、とりあえずこれだけまず聞きたいです。（続きでまた質問するかもしれませんが…） 独学で勉強しているため、変な理解をしたまま質問しているのかもしれませんが、わかる方が居らっしゃいましたら、回答・アドバイス等頂けませんか？
- ベストアンサー
- 物理学
- DC-DCコンバータ用トランスのコイルについて
DC-DCコンバータ（昇圧）用のトランスとして1次側３ターン、２次側３０ターンのトランスを製作しています。 １次側に流れる負荷電流が５０Aほどなので、銅線ではなく厚さ０．５ｍｍ、幅４０ｍｍの銅板を ボビンに巻きました。もちろん銅板の表面は絶縁してあります。 銅線で３ターン巻いたときは８０μFほどのインダクタンスでしたが、銅板を巻いた場合は１．２μF と極端にインタクダンスが低くなってしまいました。ちなみにスイッチング周波数は４０ｋHzです。 ただLCRメータの周波数を下げていくと、じょじょにインダクタンスが大きくなっていきます。 銅板で巻いた場合、浮遊容量が大きくなってしまうのが原因なのでしょうか？ よく大容量のトランスの場合、銅バーを巻いてある物を良く見ますが、銅バーの場合は問題ないの でしょうか？ 以前に銅板をまいたトランスを見たことがありますが、問題なく動作しているのか、今となっては 不思議に思います。 なにか思い当たる点がございましたら、ご回答のほどよろしくお願い致します。
- ベストアンサー
- 科学
- チョークコイルの使い方
チョークコイルの使い方についてですが （電源＋）→（スイッチ）→（電磁接触器コイル）→（電源－） といった直流回路があります。 このスイッチの接点がすぐに荒れてしまうのですが、その原因が突入電流によるものだそうで （電源＋）→（スイッチ）→（チョークコイル）→（電磁接触器コイル）→（電源－） 上記のように、スイッチの後にチョークコイルを入れて対策しました。 ここで質問なのですが、この場合、スイッチON時に、静電容量になるものはないのですが、電磁接触器のコイルとなるとインダクタンス成分が影響してきて突入電流も発生すると言う事なんですか？ チョークコイルを使うとなぜどういった原理で直流回路の突入電流を抑制する事が出来るのでしょうか？ スイッチOFF時の電磁接触器コイルの逆起電力についてや、他の方法のCRやダイオードショートなどのノイズ、アーク対策については聞いていませんので、チョークコイルが接点荒を抑制する仕組みについて教えてください。
- 締切済み
- 物理学
- コイル コア材 鉄心
コイルのコア材についての質問です コア材には鉄やフェライトなどがよく使われると思います。 交流においては周波数でかわってくるとおもうのですが、できるだけおおきな磁界を発生させるにはどのような条件のときにどのようなコア材を使えばよいのかわからないのでおしえていただきたいです。 調べてみたのですが、渦電流損やヒステリシス損があることはわかったのですが、ある条件での最適なコア材がどれなのかわかりません。 コイルは直径、長さともに数センチくらいのものを想定しています。
- ベストアンサー
- 電気・電子工学
お礼
ご回答ありがとうございました。 当然私もコイル選定については疑問を抱いております。 しかし、知識もなく「それではどう変えれば良いのか」の答えが出せずにいる次第です。 知らないなりにも勉強して打開策を練りたいと考えます。