关于铜包铝漆包线在感性器件中的应用探讨

摘要：  本文主要介绍了铜包铝漆包线的特点，通过铜包铝线与铜线的参数对比，并结合铜包铝线的各种特性分析，详细论述了其在感性器件绕组中应用的可行性。

关键字：  铜包铝漆包线，绕组，集肤效应，成本

1 引言
众所周知，铜具有良好的电气特性和物理特性，被广泛应用于各种电工产品，同时也是感性器件的主要原材料，占据相当比重的材料成本。然而，由于我国铜资源的匮乏和市场需求旺盛，导致铜价一路飙升。为了降低原材料成本，减少对社会稀缺资源的消耗，铜包铝漆包线因其具有铜的优良导电性和铝的重量轻、价格便宜的特点，作为铜漆包线的替代品应运而生，生产工艺已趋于成熟，并逐渐应用于高频信号传输线、电力传输线、电机绕组等方面。由此可见，在某些应用领域内，铜包铝线是铜线的良好替代品。
2 铜包铝漆包线的特性概述
铜包铝(Copper clad aluminum wire)简写为CCA，它是将铜层连续均匀地包覆在铝芯线上，并使铜与铝的接触面形成原子间结合的双金属线材，这就使得在一根导线上发挥了两种金属材料的特点，使铜的优良导电性和铝的重量轻的特点结合在一起，克服了铝导线的缺点，形成具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易焊接、价钱低廉等特点的铜包铝线，从而发展成为一种新的金属导电材料。
铜包铝线按铜层体积比（铜层体积占铜包铝线的体积百分比）不同分为两种：铜层体积比在8-12%范围内的为10%级（简记为10），铜层体积比在13-17%范围内的为15%级（简记为15）。（注：本文选取15%级进行论证）。各类铜包铝线又可拉拔成不同的标称直径(0.10-2.65 mm)。
铜包铝漆包线的主要物理和机械性能列于表1中，同时还列出了铜漆包线和铝漆包线的相关特性，以便比较。
表 1 铜包铝漆包线(CCA-15A)、铜漆包线和
铝漆包线的参数对比表
性能导体 铜漆包线 铜包铝漆包线 铝漆包线
铜体积的比率 % 100 15 0
铜质量的比率 % 100 36.8 0
密度 (g/cm3) 8.89 3.63 2.70
比热 20℃ (j/kg·℃) 0.092 0.149 0.215
线膨胀系数 20C°(1/C°) 17×10-6 22×10-6 24×10-6
电阻率 20℃ (Ωmm2/m) 0.01724 0.02676 0.02740
电阻温度系数0~100℃ (/℃) 0.0039 0.0040 0.0040
导电率 % 100 67 62
抗拉强度 MPa 220~270 90~120 70~110
伸长率 % 30~45 25~30 23~25

3 铜包铝漆包线的特性分析及在感性器件绕组中的应用
3.1 电阻率
铜包铝漆包线的电阻率ρ铜包铝为0.02676Ωmm2/m，约为铜漆包线的1.55倍（铜漆包线的电阻率ρ铜为0.01724Ωmm2/m）。为保证代用前后器件的电性能参数保持一致，需使绕组具有相同的直流电阻。经计算，单位长度的导线在相同电阻条件下，两者的线径之比、横截面积之比如下：
                  (1)
                    (2)
由此可见，代用后器件绕组体积将增大50%（忽略线径增大，绕制相同圈数，导线长度会略有增长的因素）。若器件磁芯窗口面积、骨架体积（空间）余量较大，即相应增大线径后，绕组可以装入原骨架、磁芯内，则可根据线径之比相应地增大线径的方法，使用铜包铝漆包线代用铜漆包线，而不需要更换原器件的磁芯、骨架。（如果代用后，绕组不能装入原骨架、磁芯内，则需要考虑在温升允许的情况下，适当减小铜包铝漆包线的线径；若温升超出范围，则考虑部分绕组采用等阻值的铜包铝漆包线，其余部分仍采用铜漆包线。）
3.2 密度
铜包铝漆包线的密度为3.63g/cm3，约为铜漆包线的40.8%（铜漆包线的密度为8.89g/cm3）。经计算，单位长度的导线在相同电阻条件下，两者的质量之比如下：
          (3)
由此可见，代用后器件重量减轻了37%，使得器件便于运输和安装。[#page#]
3.3 比热
铜包铝漆包线的比热为0.149j/kg·℃，约为铜漆包线的1.62倍（铜漆包线的比热为0.092j/kg·℃）。经计算，单位长度的导线在相同电阻条件下，吸收相同的热量，两者温升之比如下：

                                    (9)