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趋肤效应
趋肤效应亦称为“集肤效应”。
定义:对于导体中的交流电流,靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。随着电流频率的提高,趋肤效应使导体的电阻增大,使它的损耗功率也增加。
趋肤效应
趋肤效应实验
在直流电路中,均匀导体横截面上的电流密度是均匀的。但当交流电流通过导体时,随着频率的增加,在导体横截面上的电流分布越来越向导体表面集中,所以,接在导体表皮上的小灯泡比接在导体中间的小灯泡要亮的多,这种现象就叫做趋肤效应。
理想中(图左)电子在导体中以平均分布的方式传导流通,集肤效应(图右)则是电子集中在导体的近外肤位置上流通,使横切面的核心部位呈现空泛状态,进而使电流输送量减少。
趋肤效应图
趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。
原理
导体中的交变电流在趋近导体表面处电流密度增大的效应。在直长导体的截面上,恒定的电流是均匀分布的。对于交变电流,导体中出现自感电动势抵抗电流的通过。这个电动势的大小正比于导体单位时间所切割的磁通量。以圆形截面的导体为例,愈靠近导体中心处,受到外面磁力线产生的自感电动势愈大;愈靠近表面处则不受其内部磁力线消长的影响,因而自感电动势较小。这就导致趋近导体表面处电流密度较大。由于自感电动势随着频率的提高而增加,趋肤效应亦随着频率提高而更为显著。趋肤效应使导体中通过电流时的有效截面积减小,从而使其有效电阻变大。
趋肤效应的解析:
削弱趋肤效应的方法:
1、在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
2、在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线,这种多股线束称为辫线。
3、在工业应用方面,利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
4、在导体表面镀银。
所谓淬火:
淬火就是一种热处理的工艺,简单说就是把工件加热到规定的温度,比如900度,然后浸入水、盐水或者废机油里面迅速冷却,可以大大提高工件的硬度和耐磨性,比如普通的钢锯条,在淬火前很软,可以随意加工,然后淬火,可以达到洛氏60度以上的硬度,可以锯钢铁制品。
结束
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