趨膚效應(yīng)的理解

最近看趙修科老師寫(xiě)的<<開(kāi)關(guān)電源磁性元器件>>里關(guān)于趨膚效應(yīng)的理解

趨膚效應(yīng)定義:

單根導(dǎo)線流過(guò)變動(dòng)的電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)又感生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流與導(dǎo)線中間的電流由于方向相反相互抵消,表面由于方向相同進(jìn)行疊加.

我不明白,為什么導(dǎo)線中間與邊沿之間會(huì)有感生電流回路呢?

文中說(shuō)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律得出的,電磁感應(yīng)定律是只是說(shuō)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的磁通阻止原磁通,請(qǐng)高手指點(diǎn)一下.

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abccba

LV.9

2013-11-08 17:24

樓主不妨把這根清宮柱子般的導(dǎo)線，換成清朝大姑娘的辮子般的1000根細(xì)導(dǎo)線，想想里，再想想外。

回復(fù)

tvro

LV.13

2013-11-08 18:02

趨膚效應(yīng)[2] 亦稱(chēng)為“集膚效應(yīng)”。

趨膚效應(yīng)課件

交變電流(alternating electric current, AC)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于感應(yīng)作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大。這種現(xiàn)象稱(chēng)“趨膚效應(yīng)”。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加。當(dāng)頻率很高的電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大。既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，就可以把這中心部分除去以節(jié)約材料。因此，在高頻電路中可以采用空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線。此外，為了削弱趨膚效應(yīng)，在高頻電路中也往往使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來(lái)代替同樣截面積的粗導(dǎo)線，這種多股線束稱(chēng)為辮線

交變磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部引起渦流，電流在導(dǎo)體橫截面上的分布不再是均勻的，這時(shí)，電流將主要地集中到導(dǎo)體表面。這種效應(yīng)稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。

利用趨膚效應(yīng)，在高頻電路中可用空心銅導(dǎo)線代替實(shí)心銅導(dǎo)線以節(jié)約銅材。架空輸電線中心部分改用抗拉強(qiáng)度大的鋼絲。雖然其電阻率大一些，但是并不影響輸電性能，又可增大輸電線的抗拉強(qiáng)度。利用趨膚效應(yīng)還可對(duì)金屬表面淬火，使某些鋼件表皮堅(jiān)硬、耐磨，而內(nèi)部卻有一定柔性，防止鋼件脆裂。

回復(fù)

tvro

LV.13

2013-11-08 18:02

@tvro

趨膚效應(yīng)[2]亦稱(chēng)為“集膚效應(yīng)”。[圖片] 趨膚效應(yīng)課件交變電流(alternatingelectriccurrent,AC)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于感應(yīng)作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大。這種現(xiàn)象稱(chēng)“趨膚效應(yīng)”。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加。當(dāng)頻率很高的電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大。既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，就可以把這中心部分除去以節(jié)約材料。因此，在高頻電路中可以采用空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線。此外，為了削弱趨膚效應(yīng)，在高頻電路中也往往使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來(lái)代替同樣截面積的粗導(dǎo)線，這種多股線束稱(chēng)為辮線交變磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部引起渦流，電流在導(dǎo)體橫截面上的分布不再是均勻的，這時(shí)，電流將主要地集中到導(dǎo)體表面。這種效應(yīng)稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)，在高頻電路中可用空心銅導(dǎo)線代替實(shí)心銅導(dǎo)線以節(jié)約銅材。架空輸電線中心部分改用抗拉強(qiáng)度大的鋼絲。雖然其電阻率大一些，但是并不影響輸電性能，又可增大輸電線的抗拉強(qiáng)度。利用趨膚效應(yīng)還可對(duì)金屬表面淬火，使某些鋼件表皮堅(jiān)硬、耐磨，而內(nèi)部卻有一定柔性，防止鋼件脆裂。

趨膚效應(yīng)還可用電磁波向?qū)w中透入的過(guò)程加以說(shuō)明。電磁波向?qū)w內(nèi)部透入時(shí)，因?yàn)?a target="_blank">能量損失而逐漸衰減。當(dāng)波幅衰減為表面波幅的e-1倍的深度稱(chēng)為交變電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的透入深度。以平面電磁波對(duì)半無(wú)限大導(dǎo)體的透入為例，透入深度為方程式中ω為角頻率,γ為導(dǎo)體的電導(dǎo)率，μ為磁導(dǎo)率?？梢?jiàn)透入深度的大小與成反比。電磁波在導(dǎo)體中的波長(zhǎng)為2z0，趨膚效應(yīng)是否顯著也可以由導(dǎo)體尺寸與其中電磁波波長(zhǎng)的比較來(lái)判斷。如果導(dǎo)體的厚度較導(dǎo)體中這一波長(zhǎng)大，趨膚效應(yīng)就顯著。

對(duì)金屬零件進(jìn)行高頻表面淬火，是趨膚效應(yīng)在工業(yè)中應(yīng)用的實(shí)例

回復(fù)

投資者

LV.4

2013-11-08 19:24

@tvro

導(dǎo)體中的交變電流在趨近導(dǎo)體表面處電流密度增大的效應(yīng)。在直長(zhǎng)導(dǎo)體的截面上，恒定的電流是均勻分布的。對(duì)于交變電流，導(dǎo)體中出現(xiàn)自感電動(dòng)勢(shì)抵抗電流的通過(guò)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小正比于導(dǎo)體單位時(shí)間所切割的磁通量。以圓形截面的導(dǎo)體為例,愈靠近導(dǎo)體中心處,受到外面磁力線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)愈大；愈靠近表面處則不受其內(nèi)部磁力線消長(zhǎng)的影響，因而自感電動(dòng)勢(shì)較小。這就導(dǎo)致趨近導(dǎo)體表面處電流密度較大。由于自感電動(dòng)勢(shì)隨著頻率的提高而增加，趨膚效應(yīng)亦隨著頻率提高而更為顯著。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體中通過(guò)電流時(shí)的有效截面積減小，從而使其有效電阻變大。趨膚效應(yīng)還可用電磁波向?qū)w中透入的過(guò)程加以說(shuō)明。電磁波向?qū)w內(nèi)部透入時(shí)，因?yàn)槟芰繐p失而逐漸衰減。當(dāng)波幅衰減為表面波幅的e-1倍的深度稱(chēng)為交變電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的透入深度。以平面電磁波對(duì)半無(wú)限大導(dǎo)體的透入為例，透入深度為方程式中ω為角頻率,γ為導(dǎo)體的電導(dǎo)率，μ為磁導(dǎo)率?？梢?jiàn)透入深度的大小與成反比。電磁波在導(dǎo)體中的波長(zhǎng)為2z0，趨膚效應(yīng)是否顯著也可以由導(dǎo)體尺寸與其中電磁波波長(zhǎng)的比較來(lái)判斷。如果導(dǎo)體的厚度較導(dǎo)體中這一波長(zhǎng)大，趨膚效應(yīng)就顯著。對(duì)金屬零件進(jìn)行高頻表面淬火，是趨膚效應(yīng)在工業(yè)中應(yīng)用的實(shí)例

能簡(jiǎn)單的解釋嗎？

說(shuō)了這么多，我看還是看不明白

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tvro

LV.13

2013-11-08 19:30

@投資者

能簡(jiǎn)單的解釋嗎？說(shuō)了這么多，我看還是看不明白

就是電流不走導(dǎo)線的里面全部改走表面了，導(dǎo)線心沒(méi)有電流

回復(fù)

chicony_yan

LV.5

2013-11-08 20:56

首先，你要看很多很多遍，然后在閉上眼睛慢慢地體會(huì)，回味……

是不是很香@@

我說(shuō)說(shuō)我的理解吧，希望你有更好的理解。。。

當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)高頻電流i 時(shí)，變化的電流就要在導(dǎo)體內(nèi)與導(dǎo)體外產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)（我感覺(jué)趙老師說(shuō)話(huà)還是蠻嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，提到了兩個(gè)變化，有些人寫(xiě)的書(shū)就不突出這個(gè)，搞得人模棱兩可），這個(gè)能看懂吧，如圖所示，內(nèi)部的1-2-3，外部的4-5-6……

現(xiàn)在，我們來(lái)想象，把這根導(dǎo)體切成很多很多片（如同面包片），然后又想象，其中每片都由很多很多閉合的線圈組成（一片面包的中間部分被你用刀挖掉了）；

變化的磁場(chǎng)就在這樣的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)‘右手定律’，我們就可以知道感應(yīng)電流的方向了。如圖中所示，如果L是一個(gè)線圈，那么在內(nèi)部變化的磁場(chǎng)1-2-3的作用下，就產(chǎn)生e->f->d->e的感應(yīng)電流。同理，N線圈也一樣。

再看電流的方向，主電流是O->A方向，在L、N中，與O->A方向流向相同的有e->f, b->a;

與O->A方向相反的有d->e, c->b.

同向疊加，反向相減，最后就表現(xiàn)為靠外側(cè)的電流大，靠?jī)?nèi)部中心的電流?。偤褪遣蛔兊腲-^）。

打字好麻煩，你再去想想吧~~

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風(fēng)定人非在

LV.6

2013-11-08 21:16

@tvro

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shwei_001

LV.3

2013-11-09 09:24

@chicony_yan

首先，你要看很多很多遍，然后在閉上眼睛慢慢地體會(huì)，回味……是不是很香@@我說(shuō)說(shuō)我的理解吧，希望你有更好的理解。。。當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)高頻電流i時(shí)，變化的電流就要在導(dǎo)體內(nèi)與導(dǎo)體外產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)（我感覺(jué)趙老師說(shuō)話(huà)還是蠻嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，提到了兩個(gè)變化，有些人寫(xiě)的書(shū)就不突出這個(gè)，搞得人模棱兩可），這個(gè)能看懂吧，如圖所示，內(nèi)部的1-2-3，外部的4-5-6……現(xiàn)在，我們來(lái)想象，把這根導(dǎo)體切成很多很多片（如同面包片），然后又想象，其中每片都由很多很多閉合的線圈組成（一片面包的中間部分被你用刀挖掉了）；變化的磁場(chǎng)就在這樣的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)‘右手定律’，我們就可以知道感應(yīng)電流的方向了。如圖中所示，如果L是一個(gè)線圈，那么在內(nèi)部變化的磁場(chǎng)1-2-3的作用下，就產(chǎn)生e->f->d->e的感應(yīng)電流。同理，N線圈也一樣。再看電流的方向，主電流是O->A方向，在L、N中，與O->A方向流向相同的有e->f,b->a;與O->A方向相反的有d->e,c->b.同向疊加，反向相減，最后就表現(xiàn)為靠外側(cè)的電流大，靠?jī)?nèi)部中心的電流?。偤褪遣蛔兊腲-^）。打字好麻煩，你再去想想吧~~

感謝大家的的耐心回答,總算有了新的認(rèn)識(shí),但新的問(wèn)題又來(lái)了:

即然這個(gè)切片的電流都向邊上流,中間相當(dāng)與被挖空了,那么銅鉑其實(shí)也是你所說(shuō)的切片,也就是說(shuō)銅鉑也存在集膚效應(yīng)嗎?我好像記得很多書(shū)上說(shuō)改善集膚效應(yīng)可以用銅鉑的.

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chicony_yan

LV.5

2013-11-09 10:56

@shwei_001

感謝大家的的耐心回答,總算有了新的認(rèn)識(shí),但新的問(wèn)題又來(lái)了:即然這個(gè)切片的電流都向邊上流,中間相當(dāng)與被挖空了,那么銅鉑其實(shí)也是你所說(shuō)的切片,也就是說(shuō)銅鉑也存在集膚效應(yīng)嗎?我好像記得很多書(shū)上說(shuō)改善集膚效應(yīng)可以用銅鉑的.

不懂銅箔如何在變壓器中替代線圈？

我看見(jiàn)的只有處理EMI時(shí)會(huì)在一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間，或者變壓器最外面加一層銅箔，這里的銅箔只是起到屏蔽作用。當(dāng)然，由于加這樣的銅箔比較耗費(fèi)人力，所以如果可以的話(huà)，設(shè)計(jì)者一般會(huì)用線圈替代（就是繞一層線來(lái)替代銅箔），但這個(gè)效果會(huì)比銅箔差一點(diǎn)。

如果按照你上面所說(shuō)的思路，銅箔確實(shí)是可以看做由無(wú)數(shù)小切片組成（如果每片切片夠薄的話(huà)），可是銅箔本身已經(jīng)很薄了，集膚深度有個(gè)公式δ=7.6/(f)^0.5,也就是說(shuō)頻率f越小，δ越大，線的利用率越高；

如果在這個(gè)頻率下，銅箔的厚度小于δ，那么就不用考慮其集膚效應(yīng)了。

所以，你可以把銅箔看做是把同等截面積的導(dǎo)線壓扁，這樣就薄了……

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hjz007

LV.5

2013-11-09 15:14

集中參數(shù)電路里是把導(dǎo)體理想化的.認(rèn)為電場(chǎng)在導(dǎo)體里面為0, 電流在導(dǎo)體截面上均勻分布.

那只是科普,高中學(xué)習(xí)一下, 不能拿來(lái)掙錢(qián)養(yǎng)家糊口.

到大學(xué)了, 學(xué)電磁場(chǎng)與波, 才知道, 金屬導(dǎo)線也和木頭一樣, 有電阻的. 電場(chǎng)磁場(chǎng)的分布需要滿(mǎn)足麥克斯韋方程條件.

電子也不是民主社會(huì)里的公民可以自由遷徙. 都是按某些規(guī)律在導(dǎo)體里分布的.

流動(dòng)的電流一定形成磁場(chǎng), 磁場(chǎng)一定影響電子流動(dòng). 電子流動(dòng)為什么一定要在表面?實(shí)際上是金屬內(nèi)部也流動(dòng),只是內(nèi)部流動(dòng)會(huì)互相抵消, 而表面抵消少了一半真空部分, 這就形成了麥克斯方程里的邊界條件. 所以電流就表現(xiàn)在表面流動(dòng).

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shwei_001

LV.3

2013-11-10 13:10

@chicony_yan

不懂銅箔如何在變壓器中替代線圈？我看見(jiàn)的只有處理EMI時(shí)會(huì)在一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間，或者變壓器最外面加一層銅箔，這里的銅箔只是起到屏蔽作用。當(dāng)然，由于加這樣的銅箔比較耗費(fèi)人力，所以如果可以的話(huà)，設(shè)計(jì)者一般會(huì)用線圈替代（就是繞一層線來(lái)替代銅箔），但這個(gè)效果會(huì)比銅箔差一點(diǎn)。如果按照你上面所說(shuō)的思路，銅箔確實(shí)是可以看做由無(wú)數(shù)小切片組成（如果每片切片夠薄的話(huà)），可是銅箔本身已經(jīng)很薄了，集膚深度有個(gè)公式δ=7.6/(f)^0.5,也就是說(shuō)頻率f越小，δ越大，線的利用率越高；如果在這個(gè)頻率下，銅箔的厚度小于δ，那么就不用考慮其集膚效應(yīng)了。所以，你可以把銅箔看做是把同等截面積的導(dǎo)線壓扁，這樣就薄了……

1.我見(jiàn)過(guò)大功率的電感和變壓器有用銅鉑做線圈的

2.由于銅線的截面是圓的,所以各個(gè)方向的趨膚效應(yīng)是一樣的,但銅鉑的截面是矩形,從厚度這個(gè)面來(lái)看,由于很薄,所以趨膚效應(yīng)少,但從寬度這個(gè)面來(lái)看,我覺(jué)得應(yīng)該是很大的趨膚效應(yīng)

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chicony_yan

LV.5

2013-11-10 13:40

@shwei_001

1.我見(jiàn)過(guò)大功率的電感和變壓器有用銅鉑做線圈的2.由于銅線的截面是圓的,所以各個(gè)方向的趨膚效應(yīng)是一樣的,但銅鉑的截面是矩形,從厚度這個(gè)面來(lái)看,由于很薄,所以趨膚效應(yīng)少,但從寬度這個(gè)面來(lái)看,我覺(jué)得應(yīng)該是很大的趨膚效應(yīng)[圖片]

還沒(méi)有研究過(guò)這種片狀導(dǎo)體的磁場(chǎng)分布，所以不好判斷~~~

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趨膚效應(yīng)的理解