电磁场集肤效应答辩

主要集中在导线表面，因此可以将实 心导线换成空心导线管，中间补上绝 缘材料的方法，这样既能节省材料又 能可以减轻导线的重量。
无氧铜镀银线 无氧铜空心导线
6.当传输的频率在很高频或微波级别时，
一般会使用镀银(已知的除超导体外最好 的导体)的导线，因为这时集肤深度很小 ，银层只需镀很薄的一层，否则会造成 很大浪费。
3. 工程上采用的一种减缓集肤效
应的方法是所谓的利兹线。 利兹线采用将多条金属导线相 互缠绕的方法，使得电磁场能 够比较均匀地分布，这样各导 线上的电流分布就会较为平均。 使用利兹线后，产生显著集肤 效应的频率可以从数千赫兹提 高到数兆赫兹。利兹线一般应 用 在 高频 交流 电的 传输中， 可 以 同时减缓集肤效应和 邻近效应。
Skin Effect and Transmission Line Loss
简单流程介绍
XX XXX
• 简单定义介绍 • 集肤效应原理介绍
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• 集肤效应与透入深度
• 如何减少传输线的损耗
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• 集肤效应的应用与展望
Brief Introduction of the Definition

第二，电子在导体内总是沿着阻力 最小的路线流动。在导体表面及近 表层，电子换位流动阻力较小。而 在导体内部，电子定向流动要受到 五个方向的阻力，（而在表面只有 三个方向的阻力）可见电子在导体 表层附近运行的阻力要比在内部小 得多，这样就导致了电流的集肤效 应。

第三，温度的影响：在导体内部， 电阻产生的热不易散发，温度较高 ，线路不是很扁平，这样就导致了 电子通路相对窄小，电阻就高。在 导体的表面，散热快、温度低，线 路扁平，这样就导致了电子通路相 对宽大，而故导体表面电阻小，外 来电子运行较快。
单位面积阻抗为：
1 j Rs
How to Reduce the Transmission Line Loss
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由（15）式可以证明,对于实际使用然而, 必须指出：从（18）式不能得 情况来说, 只要y大于5δ 时，导体 出任何导体在直流时都有零电阻,因 电流几乎为零。从（18）式可以看 为（18）式是由无限厚导体推导 出, 半无限大平面导体在给定频率 出来的, 无限厚导体在直流时的电 下的集肤电阻, 与厚度为δ 的平面 阻才为零。 导体的直流电阻相等.
Rs
1


f
(18)
1.同样从（18）式可看出，Rs与 导电率σ平方根的倒数成比例, 为了减小Rs 必须寻求σ大的金 属材料, 或在某种材料上涂覆 一层导电率大的金属材料。
2. Rs与频率的平方根成正比, 频率越高,Rs越大。 因此, 对于微波传输线或波导, 它们的导体表面 制备必须特别注意。
传输线损耗
电磁屏蔽室
什么是集肤效应？
集肤效应(skin effect)又叫趋 肤效应、表皮效应，当交变电流 通过导体时，电流将趋于导体表 面流过，这种现象叫集肤效应。
相关研究
美国休斯顿大学的Kolobov教授曾经 研究过气态开关中等离子体的不规则集肤 效应。
而同样基于等离子体导电的半导体 器件的集肤效应也有少数科学家进行过理 论推导，如瑞典的M.J.O.Strutt 教授曾经 用数学方法计算过锗在一定情况下由集肤 效应引起的表面电导变化。
从麦克斯韦方程得知
利用矢量定理
▽×▽×E=▽(▽•E) －▽² E=﹣jωμ▽×H (2)
在良导体里, 假设没有空间 电荷 这时传导电流将是主要的， 位移电流可以忽略
集肤效应方程：
J j J
2
（6）
E j E
2
（7）
Skin Effect and Depth of Penetration
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且
E y E 0e
Ty

且
E H y t
取复数：H z
jk Ty E 0e
lE 0 I J s j y ds T
Z

1
I
2
s(E
H ) ds
*

1 j 0 h 2 l 1 j h l
4.高电压大电流的架空电力线 路通常使用钢芯铝绞线，这 样能使铝质部分的工作部分 温度降低，减低电阻率，并 由于集肤效应，电阻率较大 钢芯上承载的电流极少，因 而对电流的影响不大。
钢芯铝绞线
钢芯铝绞线具有结构简单、架设 与维护方便、线路造价低、传输容量大 抗拉强度大等诸多优点。
5.由上面原理知，高频交流传导电流
集肤效应产生的原因
当导线流过交变电流 时，根据楞次定律会在 导线内部产生涡流,与导 线中心电流方向相反。 由于导线中心较导线表 面的磁链大，在导线中 心处产生的电动势就比 在导线表面附近处产生 的电动势大。
结果导致电流在表面 流动，中心则无电流。
具体来说，有以下几个原因：

第一，当电子在导线内移动时，在 其运动的垂直方向伴生着磁场，其 它电子在磁场的作用下向逐步向周 边发散移动，于是移向了导线的表 层附近，形成了电流的集肤效应。






的材料称为良导体， 良导体可以忽略位移电流，
(a) 低 频 ， 电 流 均 匀 分 布 (c) 集肤效应
(b) 高 频 ， 感 应 电 场 的 作 用
图 圆导体截面内电磁场分布示意图
电磁场满足下列方程
H E B E t B 0 D 0
集肤效应原理介绍
Introduction to the Theory of Skin Effect
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集肤效应方程
The Equation of the Skin Effect
Jc
z
图5.9.1 电流的集肤效应
在电磁场中 满足 属于MQS场。
H J j D Hale Waihona Puke Baidu E j E
The Application and Expectation of Skin Effect
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