電流について。

質問

電流について。

電磁気学を勉強し始めた者です。質問なのですが、

(1)直流電流が流れている状態で交流電流を流すというのはどういったイメージをすれば
良いでしょうか？いまいちイメージが湧きません。
また、直流電流に交流電流を流すとどういったメリットがあるのでしょうか？

(2)例えば直流電流500Aに交流電流100Aを周波数50kHzで流すといった場合、
表皮効果は見られるのでしょうか？

ご回答よろしくお願いします。

回答No.1

ymmasayan · ベストアンサー

１．一番簡単なイメージは全波整流した脈流を流すことです。
　　この脈流はローパスとハイパスの2つのフィルターで
　　直流分と交流分を完全に分離できます。

　　応用例としては衛星ＴＶの受信アンテナケーブルや
　　２線式のコンデンサーマイクケーブルでは
　　アンプ(またはコンバータ)用の直流電源と
　　音声電流または受信電波(ＩＦ)が両方乗っています。

　　目的はケーブルの芯線数削減と構造簡素化、つまりコスト削減です。

２．表皮効果は思った以上に結構大きいようですね。
　　↓のＵＲＬの最後の表の表皮深さを見てください。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%A8%E7%9A%AE%E5%8A%B9%E6%9E%9C

補足

2.の質問事項について補足させて下さい。

単純に交流電流で周波数が高い場合、表皮効果が見られると思うのですが
今回のように直流+交流かつ明らかに直流電流値>交流電流値のような場合でも
導線内の電流分布は表面が高くなるのでしょうか？
私のイメージでは直流+交流で直流の電流値が交流の電流値に比べ大きい場合、
交流電流のみ流した場合と比較して相対的に電流値全体に占める
表皮効果の割合が低下して導線内の電流分布が一様になる(直流電流を
流した時の電流分布と同様)ような気がするのですがどうなのでしょうか？

分かりにくい補足で申し訳ないですがよろしくお願い致します。

回答No.4

ymmasayan

No.1です。補足に回答します。

>　直流の電流値が交流の電流値に比べ大きい場合、
>　交流電流のみ流した場合と比較して相対的に電流値全体に占める
>　表皮効果の割合が低下して導線内の電流分布が一様になる(直流電流を
>　流した時の電流分布と同様)ような気がするのですがどうなのでしょうか？

話のポイントは程度問題ですが。
交流と直流の電流分布を別々に計算して重ねればいいだけの話ですね。
５００：１００ですからざっくり言って
表皮効果の影響度は２割程度に減少すると言う感じでしょうか。

お礼

No.1の回答と合わせて補足の質問にも答えていただき、
ありがとうございます。直流+交流がイメージつかなかった
のですが、全波整流の脈流と言われてなるほどと思いました。
応用例も載せていただき、大変参考になりました。

回答No.3

okormazd

1.
交流100[A]といったら，ふつう実効値だろうから，最大値+141[A]から最小値-141[A]に変化するんじゃないかと。
だから，直流500[A]に交流100[A]を乗せると，+641[A]～+359[A]で変化する電流になるのでは。
2.
周波数50[kHz]の交流なら，銅の場合，表皮深さは0.3[mm]ほどになるが，直流と一緒の場合，直流の影響が出るのか調べていない。いずれにしても表皮効果はあるでしょう。

http://www.stack-elec.co.jp/tech/skin_effect.html

お礼

1.についてはご指摘の通り、実効値での話なので直流500Aに交流100Aを
のせると+641～+359Aになりますね。
分かりやすい回答ありがとうございました。

回答No.2

sk3819

(1)について回答します。

大きさが周期的に変動する直流電流のイメージです。

100Aの交流電流のは、0Aを中心にして、+100Aと-100Aが周期的に入れ替わりますが、
これに500Aの直流電流を足すと、500Aを中心にして、600Aと400Aが周期的に入れ替わります。

メリットとは少し違いますが、
直流電流と交流電流を同時に流している例として、トランジスタのA級増幅回路があります。
この回路は、常に直流のコレクタ電流が流れており、さらに、交流の音声信号を同時に加えることで、ひずみの少ない増幅を行っています。

お礼

分かりやすい回答ありがとうございます。
応用例も示して頂き、感謝しております。