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趋肤效应趋肤效应的影响学习教案.pptx


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会计学
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趋肤效应(qū fū xiào yīnɡ)趋肤效应(qū fū xiào yīnɡ)的影响
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趋肤效应(qū fū xiào yīnɡ)的影响
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。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(yǐngxiǎng),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。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,大大降低了导体材料的有效利用率。
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定义(dìngyì)
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表(wàibiǎo)的一薄层 ,这一现象称为趋肤效应(也称集肤效应)。
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趋肤效应具体(jùtǐ)解析
在计算导线(dǎoxiàn)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变化率(di/dt)为零时才成立。另一种说法是,导线(dǎoxiàn)通过直流(dc)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。对于工作于低频的细导线(dǎoxiàn),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重。高频电流在导线(dǎoxiàn)中产生的磁场在导线(dǎoxiàn)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产生感应电流,在导线(dǎoxiàn)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近导线(dǎoxiàn)外表面处。这样,趋肤效应使导线(dǎoxiàn)型传输线在高频(微波)时效率很低,因为信号沿它传送时,衰减很大。
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如图所示,当导体通过高频电流i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1-2-3和4-5-6)垂直于电流方向。根据电磁感应定律(dìnglǜ),高频磁场在导体内沿长度方向的两个平面L和N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(a-b-c-a和d-e-f-d)阻止磁通的变化。可以看到涡流的a-b和e-f边与主电流O-A方向一致,而b-c边和d-e边与O-A相反。这样的主电流和涡流之和在导体表面加强,越向导线中心越弱,电流趋向于导体表面。这就是趋肤效应。
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趋肤深度
由趋肤效应,我们不难联想到另一概念—趋肤深度。(即1/e)的厚度为趋肤深度或穿透深度△,即认为导体表面下深度为△的厚度导体流过导线的全部(quánbù)电流,而在△层以外的导体完全不流过电流(在不规则导体中,考虑趋肤深度以最窄边为准)。 △与频率f(w)和导线物理性能的关系为:
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式中,μ-导线材料的磁导率;
γ=1/ρ-材料的电导率;
Κ-材料电导率(或电阻率)温度系数(xìshù);对于铜μ=
μ0=4π×10-7H/m; 20℃时ρ=×10-6 Ω/m,电阻率温度系数(xìshù)为1/(1/℃),Κ=(1+(T-20)/)。
T-导线温度(℃)。铜导线温度20℃、不同频率下的穿透深度:
一般磁性元件的线圈温度高于20℃。在导线温度100℃时,ρ100=×10-6 Ω/cm,穿透深度:
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降低趋肤效应(qū fū xiào yīnɡ)的方法
由于电流趋肤效应的存在,使得导线(dǎoxiàn)的有效载流面积减小,导线(dǎoxiàn)对交流电流的电阻大于导线(dǎoxiàn)的电阻(这里所说的导线(dǎoxiàn)的电阻即为导线(dǎoxiàn)对直流电流的电阻);只有导线(dǎoxiàn)的趋肤效应面积和导线(dǎoxiàn)本身的截面相等时,导线(dǎoxiàn)的交流电阻最小,此时有:
Sf =S Rac =Rdc
式中Sf -- 交流趋肤效应面积
S -- 导线(dǎoxiàn)截面面积

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  • 时间2022-01-01