集膚效應和鄰近效應

2021-01-19 power封裝測試技術

1．集膚效應

    集膚效應又叫趨膚效應，當交變電流通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現象稱為集膚效應。

    集膚效應的產生與電磁作用有關。由於交變電流流過導線時，在導線內部產生與電流方向相反的電動勢。由於導線中心較導線表面的磁鏈大，在導線中心處產生的電動勢就比在導線表面附近處產生的電動勢大。這樣導線本身電流產生的磁場將使電流在導線表面流動，而非平均分布於整個導體的橫截面積中。電流頻率越高，集膚效應越顯著。

    由於集膚效應將使電流在導體中不能均勻流動，因此將會引起導體的發熱增加，使得輸配電線路的傳輸損耗增加。因此，為了有效降低集膚效應並有效利用導體材料和便於散熱，輸配電線路中的大電流母線常做成槽形或菱形母線，導線也往往使用多股細導線編織成束來代替同樣截面積的粗導線。

    2．鄰近效應

    鄰近效應的產生也與電磁作用密切相關。鄰近效應是指當兩條或兩條以上的導電體彼此距離較近時，由於一條導線中電流產生的磁場導致臨近的其他導體上的電流不是均勻地流過導體截面，而是偏向一邊的現象。

    例如有相鄰二導線流過相反電流IA和IB時，B導線在IA產生的磁場作用下，使電流IB在B導線中靠近A導線的表面處流動，而A尋線則在IB產生的磁場作用下，使電流IA在A導線中沿靠近B導線的表面處流動。如圖2-4所示。圖中的j(x)定性地表示出了導體中的電流密度分布。

圖2-4 鄰近效應示意圖

    又如當導線被纏繞成一層或幾層線匝時，磁動勢隨繞組的層數線性增加，產生渦流，使電流集中在繞組交界面間流動，這種現象也是由於鄰近效應產生的。鄰近效應隨繞組層數增加而呈指數規律增加，因此，鄰近效應的影響遠比集膚效應的影響大，減弱鄰近效應比減弱集膚效應的作用大。

    鄰近效應同樣會使導體的電阻增大，電流頻率愈高，導體靠得愈近，鄰近效應愈顯著。

    實際中，鄰近效應和集膚效應是共存的，它們會使導體中電流的分布更加不均勻，使導體的電阻更加增大，從而導致發熱的增加。


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  • 集膚效應
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    線圈中的可變磁場感應產生了渦流，從而導致了集膚效應和鄰近效應。集膚效應是由繞線的自感產生的渦流引起的，而鄰近效應是由繞線的互感產生的渦流引起的。集膚效應使電流只流經繞線外層極薄的部分，這部分的厚度與頻率的平方根成反比。因此，頻率越高，繞線損失的固態面積就越多，增加了交流阻抗從而增大了銅損。鄰近效應引起的銅損比集膚效應大得多。
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    ，導體表面的電流密度大於中心的密度，且交變電流的頻率越高，這種趨勢越明顯，該現象稱為趨膚效應(skin effiect)，趨膚效應也稱集膚效應。　　與趨膚效應同時存在的還有鄰近效應，變頻器輸出含有豐富的高次諧波，高次諧波電流將在電機的繞組中產生鄰近效應和趨膚效應及在鐵芯中產生的諧波渦流損耗和諧波磁滯損耗不可忽視。
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  • 什麼是集膚效應(趨膚效應(skin effect))?集膚效應的本質是什麼?
    當交流電通過導線時，導線截面上各處電流分布是不均勻的：＿導線中心處電流密度變小，而靠近表面的電流密度大，這種電流分布不均衡的現象，稱為集膚(趨膚)效應。產生集膚效應的原因如下:當電流通過導線時，導線周圍磁力線的分布呈同心圓狀
  • 導線集膚效應產生的原理及集膚深度
    下圖是一段圓形直導線剖面圖，不仿就以此圖來說明圓形導線產生集膚效應的原理。　　從上圖中可以看出，圓形導線的截面受渦流的影響使電流只流經導線表面極薄的一部分，主電流的流動方向是OA，如果沒有集膚交流的影響，電流應該是均勻地流過該段圓形導線的橫截面。
  • 什麼是"集膚效應"
    理想中電子在導體中以平均分布的方式傳導流通，集膚效應（圖右）則是電子集中在導體的近外膚位置上流通，使橫切面的核心部位呈現空泛狀態，進而使電流輸送量減少。     集膚效應（又稱趨膚效應）是指導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內部的電流分布不均勻的一種現象。隨著與導體表面的距離逐漸增加，導體內的電流密度呈指數遞減，即導體內的電流會集中在導體的表面。從與電流方向垂直的橫切面來看，導體的中心部分電流強度基本為零，即幾乎沒有電流流過，只在導體邊緣的部分會有電流。簡單而言就是電流集中在導體的「皮膚」部分，所以稱為集膚效應。
  • 一次弄懂:集膚效應、鄰近效應、邊緣效應、渦流損耗
    ，所以可以通過繞組交錯布置的方式小繞組的漏感和渦流損耗。在繞組交錯布置時，因為原、副邊繞組的磁勢是相反的，此會存在一個去磁效應，磁芯窗口中的磁勢會有一定的減小，漏磁場和高頻時漏磁場成的導體渦流損耗也會比較小。對於高頻電感而言，它只有一個繞組，磁路中的氣隙磁勢和繞組的磁勢平衡，在窗口中沒有其它繞組的磁勢可以和電感繞組的磁勢相平衡產生去磁效應，因此電感磁芯窗口中的磁勢較大，磁場較強。
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