趋肤效应.ppt

趋肤效应趋肤效应 1 1趋肤效应的影响趋肤效应的影响在长直导体的截面上,恒定的电流是均匀分布的。在长直导体的截面上,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。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。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以圆形截面的导体为例, ,愈靠近导体中心处愈靠近导体中心处, ,受到外面磁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。率的提高而增加,趋肤效应亦随着频率提高而更为显著。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, 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,大大降低了导体材料的有效利用率。电阻增大,大大降低了导体材料的有效利用率。 2 2定义定义当交变电流通过导体时,导体内部实际当交变电流通过导体时,导体内部实际上没有任何电流,电流集中在临近导体外上没有任何电流,电流集中在临近导体外表的一薄层表的一薄层,这一现象称为趋肤效应(也,这一现象称为趋肤效应(也称集肤效应)。称集肤效应)。 3 3趋肤效应具体解析趋肤效应具体解析在计算导线的电阻和电感时,假设电流是均匀分布在计算导线的电阻和电感时,假设电流是均匀分布于他的截面上。严格说来,这一假设仅在导体内的电流于他的截面上。严格说来,这一假设仅在导体内的电流变化率( 变化率( di/dt di/dt )为零时才成立。另一种说法是,导线通)为零时才成立。另一种说法是,导线通过直流( 过直流( dc dc)时,能保证电流密度是均匀的。但只要电)时,能保证电流密度是均匀的。但只要电流变化率很小,电流分布仍可认为是均匀的。对于工作流变化率很小,电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频的细导线,这一论述仍然是可确信的。但在高频于低频的细导线,这一论述仍然是可确信的。但在高频电路中,电流变化率非常大,不均匀分布的状态甚为严电路中,电流变化率非常大,不均匀分布的状态甚为严重。重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域产高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域产生最大的感应电动势。由于感应的电动势在闭合电路中生最大的感应电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流,在导线中心的感应电流最大。因为感应产生感应电流,在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向,它迫使电流只限于靠电流总是在减小原来电流的方向,它迫使电流只限于靠近导线外表面处。这样,趋肤效应使导线型传输线在高近导线外表面处。这样,趋肤效应使导线型传输线在高频(微波)时效率很低,因为信号沿它传送时,衰减很频(微波)时效率很低,因为信号沿它传送时,衰减很大。大。 4 4 如图所示,当导体通过高频电流如图所示,当导体通过高频电流 i i时,变化的电流就要在导时,变化的电流就要在导体内和导体外产生变化的磁场(图中体内和导体外产生变化的磁场(图中 1-2-3 1-2-3 和和 4-5-6 4-5-6 )垂直于电)垂直于电流方向。根据电磁感应定律,高频磁场在导体内沿长度方向的流方向。根据电磁感应定律,高频磁场在导体内沿长度方向的两个平面两个平面 L L和和N N产生感应电动势。此感应电势在导体内沿长度方产生感应电动势。此感应电势在导体内沿长度方向产生的涡流向产生的涡流(a-b-c-a (a-b-c-a 和和 d-e-f-d) d-e-f-d) 阻止磁通的变化。可以看到涡阻止磁通的变化。可以看到涡流的流的 a-b a-b 和和 e-f e-f 边与主电流边与主电流 O-A O-A 方向一致,而方向一致,而 b-c b-c 边和边和 d-e d-e 边与边与 O-A O-A 相反。这样的主电流和涡流之和在导体表面加强,越向导线中相反。这样的主电流和涡流之和在导体表面加强,越向导线中心越弱,电流趋向于导体表面。这就是趋肤效应。心越弱,电流趋向于导体表面。这就是趋肤效应。 5 5趋肤深度趋肤深度由趋肤效应,我们不难联想到另一概念由趋肤效应,我们不难联想到另一概念——趋肤趋肤深度。工程上定义从导体表面到电流密度下降到导深度。工程上定义从导体表面到电流密度下降到导体表面电流密度的体表面电流密度的 (即(即 1/e) 1/e) 的厚度为趋肤深度的厚