電流也喜愛「扎堆」,趨膚效應告訴你這是為什麼?

2020-12-05 PNP品質服務平臺

趨膚效應也叫集膚效應,導線通入交流電或者交變磁場時,電流在導線橫截面上的分布是不均勻的,導體表面的電流密度大,導體中心的電流密度小,這樣就會造成導體內部電流小、導體表面(皮膚)電流大的現象,隨著頻率的升高,這種現象越明顯,下圖為導體通入交流電後電流密度的熱成像分布情況。

趨膚效應熱成像

為了傳輸更大的電流,通常會增大導體的截面積,隨著截面積的增大,遠離表面的中心處電流密度明顯減小,因此傳輸較大電流的導體,其截面積為長方形,而不是圓形或者正方形。如交流配電櫃的進線母排,我國使用的交流電頻率為50Hz,傳輸導體為銅介質時,其趨膚深度約為8mm,這就告訴我們用來傳輸交流電的導體厚度不能太厚,一般情況下傳輸電流的銅排厚度小於12mm。

銅介質的趨膚深度

傳輸交流電時,由於趨膚效應的影響造成導線的等效電阻增大,進而使其損耗增大,我們可以盡最大的可能增加傳輸導體的表面積,在相同橫截面的情況下,利用相互絕緣的多芯導線代替單根實心導線,或者使用空心導線傳輸交流電。導體的等效電阻降低就能傳輸更大的電流,這也是相同截面積情況下多芯電纜載流量(導線承載傳輸電流的能力)更大的原因。

既然趨膚效應存在於導體表面,那麼在導體表面鍍金、鍍銀,減小傳輸的表面電阻從而改善交流等效電阻。利用趨膚效應,導體表面電流密度大的特性,增大通入導體交流電的頻率,這將導致導體表面溫度迅速上升,之後迅速冷卻金屬導體,工業中的淬火工藝就已經在趨膚效應的作用下完成。

趨膚xianx

趨膚效應其實質是電磁感應——渦流的體現,導體流入交流電在電流傳輸的垂直平面形成交變磁場,交變磁場產生感應電動勢,感性電動勢在導體內部形成渦流電流,這個渦流電流總是阻礙著通入交流電流的變化,你可以形象地理解為渦流這種力量把導體內部的電流擠到了導體表面

渦流與趨膚效應

未完待續……

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    高頻電流的鄰近效應與趨膚效應是一對孿生兄弟,它們同時對待焊管坯發生作用,要根據焊管生產實際,對它們的作用區別對待。
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    這導致更多的衰減,但相位保持線性。這種電阻的增加稱為趨膚效應(SKIN EFFECT)。傳播因數的實部和虛部((R+JWL)(JWC))1/2在圖4.11中繪出,損耗單位為標培,相位單位為RAD(弧度)。1奈培等於8.69DB的損耗。圖中顯示了RC區域、固定衰減區域和趨膚效應區域。如圖所示,相對於RC區域和趨膚效應區域,低損耗區域非常窄。
  • 淺談趨膚效應
    什麼是趨膚效應? 對於直流而言,電流分布在導體的整個橫截面上。但是到高頻以後,電流分布變得不均勻。大部分電流會集中在導體表面附近。這種現象稱之為趨膚效應。 為什麼會產生趨膚效應?假設信號線和參考平面都是理想導體,如我們所知,理想導體中的場為0,所以這些場不會穿透理想導體,趨膚深度將為0。 趨膚深度(或穿透的特徵深度)怎樣定義? 若媒質是導電的,電導率為σ,則由麥克斯韋方程,可知:
  • 漲知識:趨膚效應(集膚效應)
    ,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。趨膚效應( skin effect),在「GB/T 2900.1-2008 電工術語 基本術語」中定義如下:  由於導體中交流電流的作用,靠近導體表面處的電流密度大於導體內部電流密度的現象。  注1:隨著電流頻率的提高,趨膚效應使導體的電阻增大,電感減小;  注2:在更一般的情況下,任何隨時間變化的電流都產生趨膚效應。
  • 什麼是交流電的趨膚效應
    當直流電通過導體時,其內部的電流密度是均勻分布的。以圓形截面的導體為例,愈靠近導體中心處,受到外面磁力線產生的自感電動勢愈大;愈靠近表面處則不受其內部磁力線消長的影響,因而自感電動勢較小。這就導致趨近導體表面處電流密度較大。由於自感電動勢隨著頻率的提高而增加,趨膚效應亦隨著頻率提高而更為顯著。趨膚效應使導體中通過電流時的有效截面積減小,從而使其有效電阻變大。  趨膚效應還可用電磁波嚮導體中透入的過程加以說明。
  • 趨膚效應—銅箔粗糙度
    趨膚效應(集膚效應)skin effect: 高頻電流流過導體時,電流會趨向於導體表面分布,越接近導體表面電流密度越大。 導體內部實際上電流較小。結果使導體的電阻增加,使它的損耗功率也增加。 導線通有高頻交變電流時,有效截面的減少可以用穿透深度來表示。
  • 趨膚效應產生原因與應對策略!
    這就導致趨近導體表面處電流密度較大。由於自感電動勢隨著頻率的提高而增加,趨膚效應亦隨著頻率提高而更為顯著。當頻率很高的電流通過導線時,可以認為電流只在導線表面上很薄的一層中流過,這等效於導線的截面減小,電阻增大,大大降低了導體材料的有效利用率。
  • 什麼是集膚效應(趨膚效應(skin effect))?集膚效應的本質是什麼?
    集膚效應:電流集中在導線外表薄層的現象。
  • 什麼是磁共振中的趨膚效應?
    ,電磁波趨向於分布在導體的表明,導致電流也向著導體表明分布,從而導致電流在導體內分布不均。趨膚效應:從字面上看,趨是表示一種事物或局勢發展的動向,有方向的意思;膚是皮膚,也就是表明;效應是指看得到或能檢測到的一種現象。
  • 試論趨膚效應的機理及其物理意義
    一、趨膚效應簡介 當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,電流集中在導體的「皮膚」部分,也就是說電流集中在導體外表的薄層,越靠近導體表面,電流密度越大,導體內部實際上電流較小。這一現象稱為趨膚效應。 導體中的交變電流在趨近導體表面處電流密度增大的效應。在直長導體的截面上,恆定的電流是均勻分布的。對於交變電流,導體中出現自感電動勢抵抗電流的通過。這個電動勢的大小正比於導體單位時間所切割的磁通量。以圓形截面的導體為例,愈靠近導體中心處,受到外面磁力線產生的自感電動勢愈大;愈靠近表面處則不受其內部磁力線消長的影響,因而自感電動勢較小。
  • 羅森伯格陪你做車載 ——車載射頻高速連接器之趨膚效應
    打開APP 羅森伯格陪你做車載 ——車載射頻高速連接器之趨膚效應 發表於 2019-01-04 18:02:10 作為《高壓連接器電磁屏蔽測試》系列文章的兄弟篇,近期我們也將連載《羅森伯格陪你做車載》系列文章。此次我們有幸邀請到羅森伯格應用工程師張啟帆先生和大家分享《車載射頻高速連接器之趨膚效應》。我們期待與業界同仁共同交流前沿技術,探討行業發展趨勢。歡迎大家持續關注周工和張工系列文章。小編閒話少續,請大家閱讀今天的文章。 對於射頻高速通道,有兩個因素決定了最終傳輸效果的優劣。
  • 什麼是"集膚效應"
    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。
  • 進展 | 非厄米體系中繞組數和趨膚效應之間對應關係的發現
    非厄米趨膚效應的出現條件及其本質來源成為非厄米能帶系統的核心問題。這一工作給出了趨膚模出現的判別條件,並首次揭示了非厄米趨膚效應的拓撲本質。圖1:非厄米體系獨有的現象之間的等價關係:持久電流,能量的繞數以及趨膚模。其中任何一個現象的有效性都是其餘兩個有效性的充分必要條件。
  • 研究發現非厄米體系中繞組數和趨膚效應之間的對應關係
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    趨膚效應是一個非常重要的概念,在現實中應用很廣泛。高壓線的導體實際是由兩種材料構成的,芯子是鋼材,增加強度,降低成本,外表是鋁材,增加導電性。因為所傳輸的是交流電,具有趨膚效應,因此,芯子的導電性雖然較差,但是並不會產生很大的損耗。
  • 物理所發現非厄米體系中繞組數和趨膚效應之間的對應關係
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  • 進展|非厄米體邊對應,趨膚效應,和輔助廣義布裡淵區
    他們把這種現象命名為(非厄米)趨膚效應,對應的局域化本徵波函數叫做(非厄米)趨膚模。由於趨膚效應的存在,受拓撲保護的邊界態完全不能用周期邊界的哈密頓量來描述。為恢復體邊對應,他們提出了廣義布裡淵區的概念。藉助這一概念,人們能夠可靠地預言受拓撲保護的邊界態的出現與消失(見圖1左側部分),但如何計算廣義布裡淵區和理解它的性質一直是人們關心的重要問題。圖1. 非厄米體邊對應的兩重含義。
  • 進展|非厄米體邊對應,趨膚效應,和輔助廣義布裡淵區
    他們把這種現象命名為(非厄米)趨膚效應,對應的局域化本徵波函數叫做(非厄米)趨膚模。由於趨膚效應的存在,受拓撲保護的邊界態完全不能用周期邊界的哈密頓量來描述。為恢復體邊對應,他們提出了廣義布裡淵區的概念。藉助這一概念,人們能夠可靠地預言受拓撲保護的邊界態的出現與消失(見圖1左側部分),但如何計算廣義布裡淵區和理解它的性質一直是人們關心的重要問題。
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    ,並探討引起「趨膚效應」的主要影響因素,最後展望了該研究領域的未來發展方向。在應力應變場、溫度場、材料對載荷和加載速率的響應、裂紋萌生和擴展等諸多影響因素中,認為應變率是導致材料加工過程中損傷「趨膚效應」的主導因素。本文闡述了在高應變率(>103s-1)加工下材料發生脆化現象,進而引起亞表面損傷呈現「趨膚效應」,並從材料特性、應力波效應、位錯動力學和裂紋萌生與擴展等方面,討論了亞表面損傷的「趨膚效應」機理。
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    研究人員將這種現象命名為(非厄米)趨膚效應,對應的局域化本徵波函數叫作(非厄米)趨膚模。由於趨膚效應的存在,受拓撲保護的邊界態完全不能用周期邊界的哈密頓量來描述。為恢復體邊對應,提出廣義布裡淵區的概念。藉助這一概念,可預言受拓撲保護的邊界態的出現與消失(見圖1左側部分),但如何計算廣義布裡淵區和理解它的性質是重要問題。