Filo litz: differenze tra le versioni

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{{T|inglese|fisica|febbraioagosto 20172018}}

[[File:Litz wire by Zureks.JPG|thumb|200px|Filo litz fatto di otto fili di rame isolati più spessisottili]]

[[File:Lica.png|thumb|150pxupright=0.7|Il filo litz consiste di molteplici trefoli isolati elettricamente l'uno dall'altro. Normalmente i trefoli sono attorcigliati o intrecciati, ma in questo diagramma non silo vede nessun attorcigliamentosono.]]

Un '''filo litz''' è un tipo di cavo usato in elettronicaelettrotecnica per trasportare la [[corrente alternata]]. Il [[filo]] è progettato per ridurre le perdite causate dall'[[effetto pelle]] e dall'[[Effetto di prossimità (elettromagnetismo)|effetto di prossimità]] nei conduttori usati a frequenze fino a circa 1&nbsp;MHz.<ref name="Terman1943_p37">{{cita|Terman 1943|p. 37}}.</ref> Esso consiste di molti trefoli di fili sottili, isolati singolarmente e attorcigliati o intrecciati insieme, seguendo uno dei vari schemi accuratamente prescritti<ref>{{Cita testo |url=http://www.newenglandwire.com/products/litz-wire-and-formed-cables/Litz%20Wire%20Types |titolo=Litz Wire Types & Construction |anno=2005 |editore=New England Wire Technologies |urlmorto=sì }}</ref> che spesso implicano parecchi livelli (i gruppi di fili attorcigliati sono a loro volta attorcigliati insieme, ecc.). Il risultato di questi schemi di avvolgimento è di uguagliare la proporzione della lunghezza complessiva lungo la quale ciascun trefolo è all'esterno del conduttore, un effetto che non si ottiene con un semplice filo di cablaggio a refolitrefoli attorcigliati.

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The term litz wire originates from ''Litzendraht'' (coll. ''Litze''), [[German (language)|German]] for braided/stranded wire<ref>See [http://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litzendraht.html English translation of ''Litzendraht'']. See [http://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litze.html translation of ''Litze'' (lace, strand, braiding, braid on military uniform)] and [http://www.dict.cc/?s=Draht translation of ''Draht'' (wire, filament, strand)]. See also [http://www.dict.cc/englisch-deutsch/wire.html German translations of ''wire''.]</ref> or woven wire.<ref>http://www.mwswire.com/litzmain.htm, http://www.wiretron.com/litz.html, and http://www.litz-wire.com/applications.html translate ''Litzendraht'' to woven wire</ref>

Il termine filo litz trae origine da ''Litzendraht'' (coll. ''Litze''), [[Lingua tedesca|tedesco]] per filo attorcigliato/intrecciato<ref>Vedi la [https://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litzendraht.html traduzione inglese di ''Litzendraht'']. Vedi la [https://www.dict.cc/deutsch-englisch/Litze.html traduzione di ''Litze'' (laccio, trefolo, intrecciatura, cordoncino sull'uniforme militare)] e la [https://www.dict.cc/?s=Draht traduzione di ''Draht'' (filo, filamento, trefolo)]. Vedi anche le [https://www.dict.cc/englisch-deutsch/wire.html traduzioni tedesche di ''wire''.]</ref> o filo intessuto.<ref>{{cita web |url=http://www.mwswire.com/litzmain.htm |titolo=Copia archiviata |accesso=25 maggio 2010 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110714141635/http://www.mwswire.com/litzmain.htm |dataarchivio=14 luglio 2011 }}, {{cita web |url=http://www.wiretron.com/litz.html |titolo=Copia archiviata |accesso=25 maggio 2010 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20100416073659/http://www.wiretron.com/litz.html |dataarchivio=16 aprile 2010 }}, e http://www.litz-wire.com/applications.html {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140228111057/http://www.litz-wire.com/applications.html |data=28 febbraio 2014 }} traducono ''Litzendraht'' con filo intessuto.</ref>

==Principle of operation==

Litz wire reduces the degree of the skin effect and the proximity effect.

==Principio di funzionamento==

===Skin effect===

Il filo litz riduce l'intensità dell'effetto pelle e dell'effetto di prossimità.

{{Main article|Skin effect}}

===Effetto pelle===

The resistance of a conductor at DC (0&nbsp;Hz) depends on its cross-sectional area. A conductor with a larger area has a lower resistance. The resistance also depends on frequency because the effective cross-sectional area changes with frequency. For alternating currents (AC), the skin effect causes the resistance to increase with increasing frequency.

{{Vedi anche|Effetto pelle}}

La resistenza di un conduttore a [[corrente continua]] (CC) (0&nbsp;Hz) dipende dall'area della sua sezione trasversale. Un conduttore con un'area maggiore ha una resistenza inferiore. La resistenza dipende anche dalla frequenza perché l'area effettiva della sezione trasversale cambia con la frequenza. Per le correnti alternate (CA), l'effetto pelle fa aumentare la resistenza all'aumentare della frequenza.

For low frequencies, the effect is negligible. For AC at frequencies high enough that the [[skin depth]] is small compared to the conductor size, the skin effect causes most of the current to flow near the conductor's surface. At high enough frequencies, the interior of a large conductor does not carry much current.

* At 60&nbsp;Hz, the skin depth of a copper wire is about {{convert|1/3|in|mm}}.

* At 60,000&nbsp;Hz (60&nbsp;kHz), the skin depth of copper wire is about {{convert|0.01|in|mm}}.

* At 6,000,000&nbsp;Hz (6&nbsp;MHz) <ref>Litz wire is impractical at 6MHz; see {{Harvtxt|Terman|1943|p=37}}.</ref> the skin depth of copper wire is about {{convert|0.001|in|um}}.

So round conductors such as wire or cables larger than a few skin depths do not conduct much current near their axis, so the central material is not used effectively.

Per frequenze basse, l'effetto è trascurabile. Per la CA a frequenze abbastanza alte perché l'[[effetto pelle]] sia piccolo in confronto alla dimensione del conduttore, l'effetto pelle fa scorrere la maggior parte della corrente vicino alla superficie del conduttore. A frequenze abbastanza alte, l'interno di un grande conduttore non porta molta corrente.

One technique to improve the efficiency is to reduce amount of material that does not carry current by making the conductor of hollow tubing. The large surface area of the tube conducts the current with much less resistance than a solid wire with the same cross-sectional area would. The tank coils of high power radio transmitters are often made of copper tubing, silver plated on the outside, to reduce resistance.

Alla profondità ''d'' la densità di corrente ''J'' è approssimativamente:

Litz wire is another method, which employs a stranded wire with individually insulated conductors (forming a [[Bundle conductor|bundle]]). Each thin conductor is less than a skin-depth, so an individual strand does not suffer an appreciable skin effect loss. The strands must be insulated from each other—otherwise all the wires in the bundle would short together, behave like a single large wire, and still have skin effect problems. Furthermore, the strands cannot occupy the same radial position in the bundle over long distances: the electromagnetic effects that cause the skin effect would still disrupt conduction. The weaving or twisting pattern of the wires in the bundle is designed so that the individual strands are on the outside of the bundle for a distance (where the EM field changes are smaller and the strand sees low resistance), and are inside for a distance (where the EM field changes are the strongest and the resistance is higher). If each strand has a comparable impedance, current is distributed equally among every strand within the cable. This allows the interior of the litz wire to contribute to the overall conductivity of the bundle.

:<math>J\,=\,J_0\,e^{-{d/\delta}}</math>

Another way to explain the benefit of Litz braiding is as follows: the magnetic fields generated by current flowing in the strands are in directions such that they have a reduced tendency to generate an opposing [[electromagnetic field]] in the other strands. Thereby, for the wire as a whole, the skin effect and associated power losses when used in high-frequency applications are reduced. The ratio of distributed [[inductance]] to distributed [[electrical resistance|resistance]] is increased, relative to a solid conductor, resulting in a higher [[Q factor]] at these frequencies.

dove:

===Proximity effect===

<math>J_0\ </math>è la densità della corrente sulla superficie del conduttore e

{{Main article|Proximity effect (electromagnetism)}}

<math>\delta\ </math> è una costante che indica la "profondità di penetrazione" (o "profondità di pelle") della corrente (lo spessore, a partire dalla superficie, in cui scorre la maggior parte della corrente).

Alla profondità <math>\delta\ </math> la densità della corrente vale 1/[[e (costante matematica)|e]] (circa 0,37) volte quella presente sulla superficie esterna.<br />

In cases involving multiple wires, or multiple turns, such as windings in [[transformer]]s and [[inductor]]s, the proximity effect causes losses to increase at high frequency even sooner and more rapidly than does skin effect{{Citation needed|date=May 2015}}.

Per calcolarne il valore, si usa la relazione:

:<math>\delta=\sqrt{{2\rho}\over{\omega \mu}}</math>

==Effectiveness==

{{Harvtxt|Terman|1943|pp=37, Table 18, 78}} provides an expression for the ratio of resistance to alternating current to resistance to direct current for an isolated litz wire.<ref>Terman cites {{Harvtxt|Butterworth|1926}}</ref> It does not apply to windings with multiple turns. An expression for the resistance ratio in windings is given by {{Harvtxt|Sullivan|1999}} at Eqn 2 and Appendix A (page 289).

dove

Litz wire is very effective below 500&nbsp;kHz; it is rarely used above 2&nbsp;[[MHz]] as it is much less effective there.<ref name="Terman1943_p37"/> At frequencies above about 1&nbsp;MHz, the benefits become gradually offset by the capacitive build-up between the strands.<ref>http://www.micrometals.com/appnotes/appnotedownloads/ipc4hqi.pdf</ref> At microwave frequencies, the skin depth is much smaller than the diameter of the strands, and the current that is forced through the inner strands induces strong eddy currents in the outer strands, which negates the benefits of litz wire to the point where it performs much worse than solid wire of the same diameter.<ref>{{cite conference

<math>\rho\ </math> = [[resistività]] (detta anche resistenza specifica) del conduttore;

| url = http://ieeexplore.ieee.org/document/7752107/

<math>\omega\ = 2\pi \cdot \nu </math> = [[frequenza]] angolare (o pulsazione) della corrente (ν frequenza);

| title = Winding resistance and power loss for inductors with litz and solid-round wires

<math>\mu</math> = [[permeabilità magnetica]] assoluta del materiale conduttore (che, per i conduttori comuni, è uguale a quella del vuoto: <math>\mu_o\ </math>).

| last1 = Wojda

| first1 = Rafal P.

Esempi...

| date = September 2016

* A 60&nbsp;Hz, la profondità di pelle (cioè la profondità di penetrazione dell'effetto pelle) di un filo di rame è di circa 8,5 mm.

| publisher = IEEE

* A 60.000&nbsp;Hz (60&nbsp;kHz), la profondità di pelle di un filo di rame è di circa 0,25 mm.

| conference = Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2016 IEEE International

* A 6.000.000&nbsp;Hz (6&nbsp;MHz)<ref>Il filo litz è poco pratico a 6MHz; vedi {{cita|Terman 1943|p. 37}}.</ref> la profondità di pelle di un filo di rame è di circa 25 µm. In tal modo i conduttori rotondi come i fili o i cavi più grandi di qualche profondità di pelle non conducono molta corrente vicino al loro asse, perciò il materiale centrale non si usa efficacemente.

Una tecnica per migliorare l'efficienza è di ridurre la quantità di materiale che non trasporta la corrente rendendo il conduttore una tubazione cava. La grande area della superficie del tubo conduce la corrente con una resistenza molto minore di quanto farebbe un filo solido con la stessa area della sezione trasversale. Le bobine del volano delle trasmittenti radio ad alta potenza sono fatte spesso di tubazioni di rame, placcate d'argento all'esterno, per ridurre la resistenza.

Il filo litz è un altro metodo, che impiega un filo a trefoli con i conduttori isolati singolarmente (formando un fascio). Ogni conduttore sottile è inferiore alla profondità di pelle, perciò un singolo trefolo non soffre una perdita apprezzabile di effetto pelle. I trefoli devono essere isolati l'uno dall'altro — altrimenti i fili nel fascio andrebbero in corto insieme, si comporterebbero come un unico grande filo, e avrebbero ancora problemi di effetto pelle. Inoltre, i trefoli non possono occupare la stessa posizione radiale nel fascio attraverso lunghe distanze: gli effetti elettromagnetici che causano l'effetto pelle perturberebbero ancora la conduzione. Lo schema intrecciato o attorcigliato del fili nel fascio è progettato in modo che ogni singolo trefolo alterni la sua posizione fra l'esterno del fascio (dove i cambiamenti del campo elettromagnetico sono più piccoli e il trefolo vede una bassa resistenza), e l'interno (dove i cambiamenti del campo EM sono più forti e la resistenza è più alta). Se i trefoli hanno un'impedenza comparabile, la corrente si distribuisce in modo uguale fra ogni trefolo all'interno del cavo. Questo consente a ogni trefolo di contribuire in pari misura alla conduttività complessiva del fascio.

Un altro modo di spiegare il beneficio dell'intrecciamento del filo litz è il seguente: i campi magnetici generati dalla corrente che scorre nei trefoli sono in direzioni tali che hanno una ridotta tendenza a generare un [[campo elettromagnetico]] negli altri trefoli. In tal modo, per il filo nel suo complesso, l'effetto pelle e le perdite di potenza associate quando si usano nelle applicazioni ad alta frequenza sono ridotte. Il rapporto tra l'[[induttanza]] distribuita e la [[Resistenza elettrica|resistenza]] distribuita è aumentato, in relazione a un conduttore solido, dando come risultato un [[fattore Q]] più alto a queste frequenze.

===Effetto di prossimità===

{{Vedi anche|Effetto di prossimità (elettromagnetismo)}}

In casi che implicano fili multipli, o spire, come gli avvolgimenti nei [[Trasformatore|trasformatori]] e negli [[Induttore|induttori]], l'effetto di prossimità fa aumentare le perdite ad alta frequenza ancor prima e più rapidamente di quanto faccia l'effetto pelle.

==Efficacia==

{{Cita|Terman 1943|pp. 37, Tabella 18, 78}} fornisce un'espressione per il rapporto tra la resistenza alla corrente alternata e la resistenza alla corrente continua per un filo litz isolato.<ref>Terman cita {{Cita|Butterworth 1926}}</ref> Essa non si applica agli avvolgimenti con spire multiple. Un'espressione per il rapporto delle resistenze negli avvolgimenti è data da {{cita|Sullivan 1999}} nell'Equazione 2 e nell'Appendice A (pagina 289).

Il filo di litz è molto efficace sotto 500&nbsp;kHz; raramente è usato sopra 2&nbsp;[[MHz]] in quanto molto meno efficace a queste frequenze.<ref name="Terman1943_p37"/> A frequenze maggiori di 1&nbsp;MHz, i benefici sono gradualmente maggiorati dall'effetto di [[capacità parassita]] tra i fili.<ref>{{Cita web |url=http://www.micrometals.com/appnotes/appnotedownloads/ipc4hqi.pdf |titolo=Copia archiviata |accesso=13 febbraio 2017 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160222064243/http://www.micrometals.com/appnotes/appnotedownloads/ipc4hqi.pdf |dataarchivio=22 febbraio 2016 |urlmorto=sì }}</ref> Per frequenze nella banda delle microonde, l'effetto pelle è molto minore del diametro dei fili e la corrente che è forzata nei fili interni induce forti correnti parassite nei fili esterni, questo fenomeno annulla i benefici del filo litz al punto che si comporta peggio di un filo unico di uguale diametro.<ref>{{Cita conferenza|url= http://ieeexplore.ieee.org/document/7752107/

|titolo= Winding resistance and power loss for inductors with litz and solid-round wires

|cognome1= Wojda

|nome1= Rafal P.

|data= September 2016

|editore= IEEE

|conferenza= Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2016 IEEE International

| doi = 10.1109/EPEPEMC.2016.7752107}}</ref>

LitzIl wirefilo haslitz aha higherun'impedenza impedancemaggiore per unitunità cross-sectionaldi areasuperficie butdella litzsezione wirestrasversale, canma bepossono usedessere atusati thickercon cablefili sizesdi maggiore spessore, hencein reducingmodo orda maintainingridurre cableo impedancemantenere uguale l'impedenza del cavo a atfrequeenze higherpiù frequenciesalte.<ref>[http://www.w8ji.com/skindepth.htm Skindepth, Litz wire, braided conductors and resistance, W8JI.]</ref>

==ApplicationsApplicazioni==

[[File:Induktionskochfeld Spule.jpg|thumb|200px|Disassembled [[inductionFornello cookera induzione]] showingsmontato, litzsi wirevede coill'avvolgimento di filo litz.]]

Il filo litz è usato nella produzione di [[induttore|induttori]] e [[trasformatore|trasformatori]], specialmente in applicazioni ad alta frequenza in cui l'effetto pelle è più marcato e l'[[effetto di prossimità (elettromagnetismo)|effetto di prossimità]] può risultare un problema ancora più grave. Il filo litz è un tipo di [[Filo#Filo conduttore|filo intrecciato]] ma, in questo caso, non per evitare una rottura totale del cavo sotto sforzo come invece succede solitamente.

Litz wire is used to make [[inductor]]s and [[transformer]]s, especially for high frequency applications where the skin effect is more pronounced and [[proximity effect (electromagnetism)|proximity effect]] can be an even more severe problem. Litz wire is one kind of [[Wire#Stranded wire|stranded wire]], but, in this case, the reason for its use is not the usual one of avoiding complete wire breakage due to material fatigue.

Il filo litz si trova spesso in applicazioni di potenza che lavorano a frequenze tra le decine e le centinaia di kHz, come nei [[Fornello a induzione|fornelli a induzione]] e nei trasmettitori dei [[Caricatore a induzione|caricatori elettrici a induzione]].

Litz wire is frequently found in power applications in frequencies ranging between lower tens to higher hundreds kilohertz, namely [[induction cooker]]s and transmitters of [[inductive charging|inductive chargers]] (e.g. the [[Qi (inductive power standard)|Qi standard]]). Multiple parallel twisted strands of enameled wires can be found also in transformers in some switching power supplies.

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Multiple parallel twisted strands of enameled wires can be found also in transformers in some switching power supplies.

===WWVB transmitting station===

[[NIST]] uses litz wire in the time code broadcasting station [[WWVB]]. The station transmits on 60&nbsp;kHz. The litzLitz wire is used for the helix and [[Transformer types#Variometer and variocoupler|variometer]] in both helix houses. It consists of 9 × 5 × 5 × 27 (totaling 6075) strands of #36 [[AWG]] ({{convert|0.127&nbsp;|mm|abbr=on}} diameter) magnet wire and multiple layers of cotton, hemp, and plastic insulation, in a cable ¾&nbsp;inch (19&nbsp;mm) in diameter., Litztotaling wire is used in a variable151,875 [[inductorcircular mil]].s of copper.<ref>{{HarvHarvtxt|Hansen|Gish|1995|p=36}}</ref>

-->

==Note==

<references/>

==Bibliografia==

*{{Cita pubblicazione|cognome= Butterworth

*{{Citation

|lastnome= ButterworthS.

|titolo= Effective Resistance of Inductance Coils at Radio Frequency

|first= S.

|title= Effective Resistance of Inductance Coils at Radio Frequency

|rivista= Wireless and Wireless Eng.

|journal= Wireless and Wireless Eng.

|volume= 3

|pagep= 483

|datedata= August 1926

|doi= }}

*{{Cita pubblicazione

*{{Citation

|cognome | last = Hansen

|nome | first = Peder M.

|cognome2 = Gish

| author-link =

|nome2 = Darrell

| last2 = Gish

|titolo = WWVB Antenna and Antenna Tuning System: Baseline Measurements

| first2 = Darrell

|rivista = Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center

| author2-link =

|id = Technical Report 1693

| title = WWVB Antenna and Antenna Tuning System: Baseline Measurements

|data = February 1995

| journal = Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center

|url = http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

| id = Technical Report 1693

|urlmorto = sì

| date = February 1995

|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20060924125328/http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

|dataarchivio = 24 settembre 2006

| url = http://www.spawar.navy.mil/sti/publications/pubs/tr/1693/tr1693.pdf

| doi = }}, also available as [https://web.archive.org/web/20080322231442/http://stinet.dtic.mil/oai/oai?&verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA299078 DTIC ADA299078]., possibly also available as [{{Collegamento interrotto|1=http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=ADA299080] }}.

*{{Cita pubblicazione|cognome= Sullivan

*{{Citation

|nome= Charles R.

| last = Sullivan

|titolo= Optimal Choice for Number of Strands in a Litz-Wire Transformer Winding

| first = Charles R.

|rivista= IEEE Transactions on Power Electronics

| author-link =

|volume= 14

| title = Optimal Choice for Number of Strands in a Litz-Wire Transformer Winding

|numero= 2

| journal = IEEE Transactions on Power Electronics

| volume pp= 14283-291

|data= issue =March 21999

| pages = 283–291

|url= http://thayer.dartmouth.edu/inductor/papers/litzj.pdf

| date = March 1999

| url = http://thayer.dartmouth.edu/inductor/papers/litzj.pdf

| doi = 10.1109/63.750181}}

*{{Cita pubblicazione|cognome= Terman

*{{Citation

|nome= Frederick E.

| last = Terman

| first wkautore= Frederick E.Terman

|titolo= Radio Engineers' Handbook

| author-link = Frederick Terman

|url= https://archive.org/details/radioengineersha00term

| title = Radio Engineers' Handbook

| publisher editore= McGraw-Hill

| year anno= 1943

|pp= [https://archive.org/details/radioengineersha00term/page/37 37], 74, 80

| pages = 37, 74, 80

}}

| url =

| doi =

| id =

| isbn = }}

==Voci correlate==

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==Altri progetti==

{{interprogetto}}

{{Interprogetto|commons=Category:Litz wire}}

==Collegamenti esterni==

*[http://www.newenglandwire.com/products/litz-wire-and-formed-cables/ New England Wire Technologies - Litz Wire] (free technical support)

*[https://web.archive.org/web/20121022015156/http://www.litz-wire.com/ The litz people at HSM Wire offer a lot of information and support related to litz wire]

*[https://web.archive.org/web/20170516164538/http://www.emf.eei.uni-erlangen.de/forschung/pdf/Optimized%20Winding%20-%20Optimum%20in%20Power%20Efficiency.pdf/ Manfred Albach, Janina Patz, Hans Rossmanith, Dietmar Exner, Alexander Stadler: Optimized Winding = Optimum in Power Efficiency, Comparison of Losses in litz wires and round wires, The original text was released in the german magazine Elektronik Power, April 2010, Page 38-77]

* [http://www.navy-radio.com/commsta/cutler.htm NAA Cutler Maine - Navy VLF Transmitter Site: 2 MW, 14-24 kc]. Naval transmitter uses 4-inch diameter Litz wire; picture of variometer.