什麼是集膚效應(趨膚效應(skin effect))?集膚效應的本質是什麼?

2021-01-18 半導體微電子

集膚效應電流集中在導線外表薄層的現象。

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,不僅導線外部有礎場存在,而且導線內部也有磁場。

我們可以把導線看成是由許多同心圓管組成,靠近導線表面的薄圓管只被外部磁通包圍,而導線中心處的薄圓管不但被內部磁通包圍,也被外磁場包圍。

磁不離電,電不離磁。

交流電產生的磁場是變化的磁場,變化的磁場在導體中會產生自感電動勢。

由於在導線表面被包圍的磁通小,所以自感電動勢小,即感抗小。

而導線中心被包圍的磁通大,所以感抗也大。

由於上述原因,導致在同一電壓作用下,導線中心處的電流密度變小,而導線表面處的電流密度變大。這就是集膚效應。

為了使大家更清楚的了解到交流電的集扶效應和利用導線材料和便於散熱,在應用中,發電廠常把大電流的母線做成槽形或者菱形,這樣,不但利於散熱,而且可以避免集膚效應的功耗。

利用鋼芯鋁線代替鋁導線,形成花形線。在高壓配電線路中,不但可以節省鋁的用量,又增加了導線的機械強度。這樣做到一舉兩得。

趨膚效應(skin effect

在計算導線的電阻和電感時,假設電流是均勻分布於它的截面上。嚴格說來,這一假設僅在導體內的電流變化率(di/dt)為零時才成立。另一種說法是,導線通過直流(dc)時,能保證電流密度是均勻的。或者電流變化率很小,電流分布仍可認為是均勻的。對於工作於低頻的細導線,這一論述仍然是可確信的。

但在高頻電路中,電流變化率非常大,不均勻分布的狀態甚為嚴重。高頻電流在導線中產生的磁場在導線的中心區域感應出最大的電動勢。由於感應的電動勢在閉合電路中產生感應電流,在導線中心的感應電流最大。因為感應電流總是在減小原來電流的方向,它迫使電流只限於靠近導線外表面處。效應產生的原因主要是變化的電磁場在導體內部產生了渦旋電場,與原來的電流相抵消,頻率越高,趨膚效應越顯著。



 


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