趋肤效应 临近效应 涡流
什么是交流电的趋肤效应
什么是交流电的趋肤效应什么是交流电的趋肤效应当直流电通过导体时，其内部的电流密度是均匀分布的。
但当其通过交流电时，流动电荷会渐渐向导体边缘靠近，导体边缘的电流密度要大于导体中心的电流密度，甚至中心将没有电流通过。
这一现象称为交流电的趋肤效应。
趋肤效应与交流电的频率密切相关，频率越高这一现象将愈加明显。
在直长导体的截面上，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，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。
趋肤效应使导体中通过电流时的有效截面积减小，从而使其有效电阻变大。
趋肤效应还可用电磁波向导体中透入的过程加以说明。
电磁波向导体内部透入时，因为能量损失而逐渐衰减。
当波幅衰减为表面波幅的e-1倍的深度称为交变电磁场对导体的透入深度。
以平面电磁波对半无限大导体的透入为例，透入深度为方程式中ω为角频率,γ为导体的电导率，μ为磁导率。
可见透入深度的大小与成反比。
电磁波在导体中的波长为2z0，趋肤效应是否显著也可以由导体尺寸与其中电磁波波长的比较来判断。
如果导体的厚度较导体中这一波长大，趋肤效应就显著。
趋肤效应使导体的有效电阻增加。
频率越高，趋肤效应越显著。
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。
既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。
因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线（例如收音机中波磁棒天线上的高频线圈，是多股纱包线），这种多股线束称为辫线。
趋肤效应名词解释
趋肤效应名词解释
趋肤效应(英文名:"趋肤效应"或"surface area effect")是指当一个物体表面受到外力作用时,其表面的形状和大小会随着时间的推移而发生变化,而不是像其他物体一样保持不变。
这种现象最初被发现于力学研究中,后来也被应用于其他领域。
趋肤效应的定义可以描述为:当一个物体表面受到外力作用时,其表面的形状和大小会随着时间的推移而发生变化,直到外力作用在物体表面的全部面积上时,物体表面的形状和大小才会保持不变。
这是因为物体表面的面积随着外力作用时间的延长而逐渐减小,直到外力作用在物体表面的全部面积上时,物体表面的面积变得足够小,以至于不受外力作用时它的形状和大小也不会改变。
在物理学中,趋肤效应可以用来解释一些现象,例如当一个物体受到外力作用时,其表面的形状会发生变化,导致物体表面出现凸起或凹下去的波浪形。
这种现象可以用来描述船在风浪中的形状变化,以及汽车在行驶时轮子的形状变化。
在工程学中,趋肤效应可以用来设计更加复杂的机械系统,例如机器人的手臂和汽车的发动机。
除了力学和工程学外,趋肤效应在其他领域中也有应用。
例如,在计算机图形学中,趋肤效应可以用来处理三维图像,使得图像中的每个物体都能够保持其原来的形状,而不是被拉伸或压缩成一段段线段。
在生物学中,趋肤效应可以用来描述细胞表面的微小结构变化,以及基因表达和蛋白质结晶的变化。
趋肤效应是一个重要的物理和工程学现象,可以帮助我们更好地理解物体的形状变化和行为。
在实际应用中,我们需要更深入的研究和了解趋肤效应,以便设计出更加高效和可靠的机械系统。
集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽
05
电磁屏蔽
定义与原理
电磁屏蔽定义
电磁屏蔽是指通过特定的材料或结构 ，将电磁波限定在某一区域内，防止 其向外传播或干扰其他设备的技术。
屏蔽原理
电磁屏蔽主要利用屏蔽材料对电磁波 的反射、吸收和引导作用，使电磁波 在屏蔽材料内部产生衰减，从而达到 屏蔽的效果。
屏蔽材料与技术
屏蔽材料
常用的电磁屏蔽材料包括金属、导电高分子、碳材料等。金属具有良好的导电性和反射性能，是电磁 屏蔽的首选材料；导电高分子和碳材料则具有轻质、易加工等优点，适用于特定场合。
对电磁波的屏蔽作用。这种方法被广泛应用于电子设备中的电磁屏蔽设
计。
03
涡流检测
集肤效应还可以应用于涡流检测中。当交变磁场作用于导体时，会在导
体内部产生涡流。通过测量涡流引起的磁场变化，可以实现对导体缺陷、
裂纹等缺陷的检测。
03
涡流
定义与原理
涡流定义
当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个导体中会产生感应 电流，这种感应电流像水的旋涡一样，被称为涡流。
影响因素
导体间距
导体之间的距离越近，邻近效应越明显。当两个 导体紧密接触时，邻近效应将达到最大值。
电流大小
导体中的电流越大，产生的磁场越强，从而邻近 效应也越明显。
导体形状和尺寸
导体的形状和尺寸会影响其内部和外部磁场的分 布，从而影响邻近效应的大小。
应用场景
电力传输
在电力传输系统中，邻近效应可能导致电线之间的能量损失和干扰。为了减小这种影响， 可以采取增加电线间距、使用绞线等措施。
蔽效果，如电磁屏蔽室、电磁屏蔽材料等。
04
邻近效应
定义与原理
定义
邻近效应是指当两个导体彼此接近时，一个导体中的电流会 在另一个导体中产生感应电流，从而导致两个导体之间存在 相互作用的现象。
涡流和趋肤效应
I
i
B
涡流i的方向在导体内部总与电流 涡流 的方向在导体内部总与电流I 的方向在导体内部总与电流 变化趋势相反， 阻碍I变化 变化， 变化趋势相反 ， 阻碍 变化 ， 在导体 表面附近， 却与I变化趋势相同 变化趋势相同。 表面附近 ， 却与 变化趋势相同 。 交 变电流不易在导体内部流动， 变电流不易在导体内部流动 ，而易于 在导体表面附近流动，形成趋肤效应。 在导体表面附近流动，形成趋肤效应 。
2
由于趋肤效应的产生， 由于趋肤效应的产生 ， 使导线通过交变电流 的有效截面积减小了，导线的电阻增大了 电阻增大 的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。 改善方法： 改善方法 ： 一是采用相互绝缘的细导线束来代 替总截面积与其相等的实心导线， 替总截面积与其相等的实心导线 ， 实际上是抑制 涡流；另一种方法是在导线表面镀银, 涡电阻率。 应用于金属表面热处理。 应用于金属表面热处理。 若使高频强电流通过 金属导体， 或将金属导体置于交变磁场中， 金属导体 ， 或将金属导体置于交变磁场中 ， 由于 趋肤效应， 导体表面温度上升， 当升至淬火温度 趋肤效应 ， 导体表面温度上升 ， 迅速冷却， 使表面硬度增大。 时 ， 迅速冷却 ， 使表面硬度增大 。 而导体内部的 温度还远低于淬火温度， 温度还远低于淬火温度 ， 在迅速冷却后仍保持韧 这种热处理方法称为表面淬火 表面淬火。 性。这种热处理方法称为表面淬火。 3
*§11-3 涡流和趋肤效应 §
一、涡流 (eddy current) 当大块导体处于变化的磁场中或在 磁场中运动时， 磁场中运动时，导体内部会产生呈涡
I
旋状感应电流，涡电流，简称涡流。 旋状感应电流，涡电流，简称涡流。 由于导体电阻很小涡流强度会很大， 由于导体电阻很小涡流强度会很大，有大量的 能量转变为热能，造成能量的损失称为涡流损耗。 能量转变为热能，造成能量的损失称为涡流损耗。 涡流损耗 抑制涡流： 铁芯做成片状， 涂敷绝缘材料， 抑制涡流 ： 铁芯做成片状 ， 涂敷绝缘材料 ， 铁芯片尽量做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。 铁芯片尽量做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。 利用涡流： 熔炼金属;真空熔炼和提纯 真空熔炼和提纯； 利用涡流 ： 熔炼金属 真空熔炼和提纯 ； 电磁 驱动或电磁阻尼。 驱动或电磁阻尼。
集肤效应、邻近效应、边缘效应、涡流损耗!.pdf
一、集肤效应1.1集肤效应的原理集肤效应也称趋肤效应，图1.1表示了集肤效应的产生过程。
图中给出的是载流导体纵向的剖面图，当导体流过电流（如图中箭头方向）时，由右手螺旋法则可知，产生的感应磁动势为逆时针方向，产生进入和离开剖面的磁力线。
如果导体中的电流增加，则由于电磁感应效应，导体中产生如图所示方向的涡流。
由图可知：涡流的方向加大了导体表面的电流，抵消了中心线电流，这样作用的结果是电流向导体表面聚集，故称为集肤效应。
在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍：一般用集肤深度Δ来表示集肤效应，其表达式为：其中：γ为导体的电导率，μ为导体的磁导率，f为工作频率。
图1.1.集肤效应产生过程示意图图1.2.高频导体电路密度分布图高频时的导体电流密度分布情形，大致如图1.2所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。
由上图及式1.1可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。
因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。
1.2影响及应用在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。
在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。
集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。
与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。
正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。
同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。
趋肤效应 集肤效应
趋肤效应_集肤效应交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应(skin effiect)，趋肤效应也称集肤效应。
趋肤效应（skin effect），在“GB/T2900.1-2008电工术语基本术语”中定义如下：由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小；注2：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
一、趋肤效应原理趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。
以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图1所示。
图1、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图根据安培环路定理，磁场强度H沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。
均匀材质的导体中，磁感应强度B与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。
实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图2所示：图2、涡流与趋肤效应如图，电流I流过导体，在I的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流i，涡流i的方向在导体内部总与电流I的变化趋势相反，阻碍I变化，涡流i的方向在导体表面总与I的变化趋势相同，加强I变化。
在导体内部，等效电阻变大，而导体表面的等效电阻变小，交变电流趋于在导体表面流动，形成趋肤效应。
趋肤效应使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。
趋肤效应下导体的等效电阻变化了，这个等效电阻，称为交流电阻，交流电阻与电流的频率有关，频率越高，交流电阻越大。
趋肤效应_集肤效应
一趋肤效应_集肤效应 交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应(skin effiect)，趋肤效应也称集肤效应。
趋肤效应（ skin effect），在“GB/T 2900.1-2008 电工术语 基本术语”中定义如下： 由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小； 注2：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
与趋肤效应同时存在的还有邻近效应，变频器输出含有丰富的高次谐波，高次谐波电流将在电机的绕组中产生邻近效应和趋肤效应及在铁芯中产生的谐波涡流损耗和谐波磁滞损耗不可忽视。
邻近效应的原理以及相关研究>>>趋肤效应原理 趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。
以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图1所示。
图1、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图 根据安培环路定理，磁场强度H沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。
均匀材质的导体中，磁感应强度B与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。
实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图2所示：二三四图2、涡流与趋肤效应 如图，电流I流过导体，在I的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流i，涡流i的方向在导体内部总与电流I的变化趋势相反，阻碍I变化，涡流i的方向在导体表面总与I的变化趋势相同，加强I变化。
趋肤效应和邻近效应与多股线的讨论
1引言多股线可以用来减小涡流电流损耗，否则严重的涡流电流损耗将限制高频磁性元件的性能。
不过多股线的价格十分昂贵，设计者们往往避免使用它。
本文提出了一种考虑价格的设计方法。
在不增加损耗的同时大幅度地降低价格，或者，允许设计者在任何给定价格的前提下选择损耗最低的设计方案。
在一个具体的设计实例中，系统的价格比凭经验设计的价格降低了五倍多，同时损耗也并未增加。
许多作者都计算过多股线变压器绕组的损耗，却很少研究涉及到下面的设计问题：如何为一个特定的应用，选择多股线的直径和股数。
有人计算出了损耗最小的最佳股线参数。
但是这样的设计，会使价格相当昂贵，而且与可能实现的低价格方案相比，其损耗的减少仅仅少了一点。
尽管也提到了在最小股线直径或最大股数限制条件下的股线的选择，但是真正的限制条件应该是价格而不是上面的这些因素。
本文中的价格分析分为两个层次完成。
首先，假设描述多股线损耗函数的一般公式。
这样在给定变压器绕组的情况下，给出了价格函数的一般分析结果，描述出选择的最佳线。
第二个层次中，虽然结果的一般性有所减少，价格函数呈现显式，从制造商的价格行情所拟合的多项式曲线获得的，更具明显性。
本文用一个设计实例概述并详细说明了一种可应用于普遍情况，却以特定价格函数为形式的设计方法。
许多的绕组损耗分析只提到了正弦电流波形，不过高频功率变换中的磁性元件却很少有接近正弦的波形。
一部分作者已经研究出了将绕组损耗分析扩展到非线性波形分析的方法。
其中特别有趣的是"有效频率"，因为这种方法允许使用无需修改的基于正弦波形的优化（包括这里描述的优化）。
2损耗模型多股线绕组中的趋肤效应和邻近效应可以分为束层效应(bundle level)和股层(strand level)效应，如图1所示。
选择合适的结构，股层的邻近效应起主要作用，因此在选择股数时必须对其加以考虑。
绕组损耗表示如下：Ploss=FrIac2Rdc (1)式中Fr是联系直流电阻和交流电阻的因子，Iac是正弦电流的给定有效值幅度，从而决定所有的绕组损耗。
趋肤效应原理
趋肤效应原理
趋肤效应原理
当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。
结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。
这一现象称为趋肤效应（skin effect）。
在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于它的截面上。
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，导线通过直流（dc）时，能保证电流密度是均匀的。
或者电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。
对于工作于低频的细导线，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。
高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势。
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外表面处。
效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。
趋肤效应产生的原因
趋肤效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。
趋肤效应应用
在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材。
架空输电线中心部分改用抗拉强度大的钢丝。
虽然其电阻率大一些，但是并不影响输电性能，又可增大输电线的抗拉强度。
利用趋肤效应还可对金属表面淬火，使某些钢件表皮坚硬、耐磨，而内部却有一定柔性，防止钢件脆裂。
感应加热的三大效应
感应加热过程中的三大效应集肤效应集肤效应是电流或者电压以较高的频率在导体部件中运动时，会有电子聚集在导体的表层，并不是均匀分布在导体的截面上。
当导线中通过交流电时，按照楞次定律，导体内部会产生涡流，涡流的流动方向与导线中电流的方向相反。
因为在导体中心的磁通大于导体表面的磁通，导致导体中心的电动势大于导体表面的电动势。
这样就使得电流只在表面流动，而不是处于导体的中心。
想要削弱集肤效应时，可以采用如下几种方法：在高频电路中，将实心导线以空心导线来代替；可以将粗导线替换为由多根彼此绝缘的比较细的导线编织而成的一束导线，也叫辫线。
由于集肤效应使得绝大多数的电流流向导体的表面，使得电流流过导体的面积减少，从而时代的电阻变大。
当通入线圈中的交流电频率越高，所表现出来的效应越明显。
由于电流只在导体表面流通，使得大部分热量集中于导体部件的表层，所以在工业上利用集肤效应对导体部件的表面进行热处理。
邻近效应在彼此接近的两个导体内通入交变电流以后，由于两个电流磁场间的相互影响，使得导体上原有的电流进行重新分配，即：当在两个导体中所通入的交变电流方向相反、大小相等时，在两个导体的内表面会有电流流过；当通入两个导体中的交变电流方向相同、大小相等时，在两个导体的外边面有电流流过。
这就是邻近效应。
邻近效应会随着绕组层数的增加而随指数规律变化，所以邻近效应的影响比集肤效应的影响大的多，减弱邻近效应所起到的作用也更大。
因为所产生的磁动势越大的地方，邻近效应也就越明显。
所以减弱最大磁动势就可以减弱邻近效应，合理的安排绕组即绕组层数就可以有效地减弱邻近效应。
邻近效应影响比集肤效应效应的影响更加严重，因为集肤，效应只是将导体的通电面集中在了一个极小的部分，增加了损耗。
它并没有使得电流的幅值发生变化，而是改变了导体表层的电流的密度。
相比而言，邻近效应的变化随着绕组层数按指数规律增加。
圆环效应当交变电流通入圆形导体或线圈时，电流密度最大的地方就会出现在其内侧，该现象叫做圆环效应。
集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽
保护接地 接地
在金属体（含设备外壳）与大地之间建立低阻抗电路，使雷电、过 电流、漏电流等直接引入大地。
工作接地 电磁屏蔽
系统内部带电体接参考点（不一定与大地相连），以保证设备、
系统内部的电磁兼容。 在高频电磁场中，利用电磁波在良导体中很快衰减的原理，选择 d
小且具有一定厚度 (h 2d) 的屏蔽材料。
2J k 2J
扩散方程： 2J k 2J
式中 k j 45 ( 1 j )
2
j
以半无限大导体为例，电流沿 y 轴流动，则有
2 Jy (x) k 2 Jy (x)
2 x 2
J y
(x)
k 2 J y ( x)
静电屏蔽效能
dBSEE
20 lg
E0 E1
,
静磁屏蔽效能
dBSEH
20 lg
H0 H1
屏蔽的谐振现象 ：当电磁波频率与屏蔽体固有频率相等时，发生谐振，
使屏蔽效能急剧下降，甚至于加强原电磁场。
推导扩散方程：
对 H J 两边取旋度，
H ( H ) 2 H J
图5.9.13 两根交流汇流排的邻近效应
5.9.4 电磁屏蔽
为了得到有效的屏蔽作用，屏蔽罩的厚度 h 必须接近屏蔽材料透入
深度的3～6倍，即 h 2π d
表 6-1
(S/m)
d (mm)
f=50Hz 103 Hz
106 Hz 108 Hz
铜
0
5.8107
9.35
2.09
0.066 0.0066
料称为良导体，良导体中可以忽略位移电流，场为 MQS：
H JC 和 E j H
涡流和趋肤效应
由于趋肤效应的产生， 由于趋肤效应的产生 ， 使导线通过交变电流 的有效截面积减小了，导线的电阻增大了 电阻增大 的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。 改善方法： 改善方法 ： 一是采用相互绝缘的细导线束来代 替总截面积与其相等的实心导线， 替总截面积与其相等的实心导线 ， 实际上是抑制 涡流；另一种方法是在导线表面镀银, 涡流；另一种方法是在导线表面镀银 实际上是降 低导线表面的电阻率。 低导线表面的电阻率。 应用于金属表面热处理。 应用于金属表面热处理。 若使高频强电流通过 金属导体， 或将金属导体置于交变磁场中， 金属导体 ， 或将金属导体置于交变磁场中 ， 由于 趋肤效应， 导体表面温度上升， 当升至淬火温度 趋肤效应 ， 导体表面温度上升 ， 迅速冷却， 使表面硬度增大。 时 ， 迅速冷却 ， 使表面硬度增大 。 而导体内部的 温度还远低于淬火温度， 温度还远低于淬火温度 ， 在迅速冷却后仍保持韧 这种热处理方法称为表面淬火 表面淬火。 性。这种热处理方法称为表面淬火。 3
i
I
i
B
涡流i的方向在导体内部总与电流 涡来自 的方向在导体内部总与电流I 的方向在导体内部总与电流 变化趋势相反， 阻碍I变化 变化， 变化趋势相反 ， 阻碍 变化 ， 在导体 表面附近， 却与I变化趋势相同 变化趋势相同。 表面附近 ， 却与 变化趋势相同 。 交 变电流不易在导体内部流动， 变电流不易在导体内部流动 ，而易于 在导体表面附近流动，形成趋肤效应。 在导体表面附近流动，形成趋肤效应 。
*§11-3 涡流和趋肤效应 §
一、涡流 (eddy current) 当大块导体处于变化的磁场中或在 磁场中运动时， 磁场中运动时，导体内部会产生呈涡
I
旋状感应电流，涡电流，简称涡流。 旋状感应电流，涡电流，简称涡流。 由于导体电阻很小涡流强度会很大， 由于导体电阻很小涡流强度会很大，有大量的 能量转变为热能，造成能量的损失称为涡流损耗。 能量转变为热能，造成能量的损失称为涡流损耗。 涡流损耗 抑制涡流： 铁芯做成片状， 涂敷绝缘材料， 抑制涡流 ： 铁芯做成片状 ， 涂敷绝缘材料 ， 铁芯片尽量做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。 铁芯片尽量做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。 利用涡流： 熔炼金属;真空熔炼和提纯 真空熔炼和提纯； 利用涡流 ： 熔炼金属 真空熔炼和提纯 ； 电磁 驱动或电磁阻尼。 驱动或电磁阻尼。
趋肤效应_集肤效应
趋肤效应_集肤效应交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应(skin effiect)，趋肤效应也称集肤效应。
趋肤效应（skin effect），在“GB/T2900.1-2008电工术语基本术语”中定义如下：由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小；注2：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
一、趋肤效应原理趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。
以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图1所示。
图1、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图根据安培环路定理，磁场强度H沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。
均匀材质的导体中，磁感应强度B与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。
实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图2所示：图2、涡流与趋肤效应如图，电流I流过导体，在I的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流i，涡流i的方向在导体内部总与电流I的变化趋势相反，阻碍I变化，涡流i的方向在导体表面总与I的变化趋势相同，加强I变化。
在导体内部，等效电阻变大，而导体表面的等效电阻变小，交变电流趋于在导体表面流动，形成趋肤效应。
趋肤效应使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。
趋肤效应下导体的等效电阻变化了，这个等效电阻，称为交流电阻，交流电阻与电流的频率有关，频率越高，交流电阻越大。
涡流与集肤效应
04 涡流与集肤效应的相互关 系
涡流对集肤效应的影响
增强集肤效应
涡流的形成会增加电流的密度，使电 流更倾向于集中在导体的表面，从而 增强集肤效应。
改变集肤深度
涡流的产生会改变电流在导体中的分 布，使电流在导体表面的分布更加均 匀，从而减小集肤深度。
集肤效应对涡流的影响
增强涡流强度
由于集肤效应的存在，电流在导体表 面集中，使得导体表面的磁场变化更 加剧烈，从而增强涡流的强度。
集肤效应在电力传输中的应用
电缆设计
集肤效应可以用于设计电缆的导 体结构，提高电缆的载流量和传
输效率。
变压器设计
集肤效应可以用于优化变压器线圈 的设计，减小线圈的电阻和铜损， 提高变压器的效率。
电动机设计
集肤效应可以用于优化电动机的转 子设计，减小转子的电阻和铁损， 提高电动机的效率和功率密度。
涡流与集肤效应在磁流体发电中的应用
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05 实际应用案例分析
涡流在金属加工中的应用
金属切割
在金属切割过程中，涡流 产生的热量可以软化金属， 提高切割效率。
金属表面处理
涡流可以用于对金属表面 进行抛光、去毛刺和强化 处理，提高表面光洁度和 耐腐蚀性。
金属探伤
涡流检测技术可以用于检 测金属内部的裂纹、气孔 和夹杂物等缺陷，提高产 品质量和安全性。
改变涡流分布
集肤效应会导致涡流在导体表面的分 布发生变化，使得涡流在导体表面的 分布更加均匀。
涡流与集肤效应的协同作用
提高传输效率
涡流与集肤效应的协同作用可以减小能量在传输过程中的损失，提高传输效率。
优化设备性能
通过合理利用涡流与集肤效应的相互影响，可以优化设备的性能，如变压器的效率、电机的转矩等。
详解：集肤效应、邻近效应、边缘效应、涡流损耗
1.集肤效应1.1集肤效应的原理图1.1表示了集肤效应的产生过程。
图中给出的是载流导体纵向的剖面图，当导体流过电流（如图中箭头方向）时，由右手螺旋法则可知，产生的感应磁动势为逆时针方向，产生进入和离开剖面的磁力线。
如果导体中的电流增加，则由于电磁感应效应，导体中产生如图所示方向的涡流。
由图可知：涡流的方向加大了导体表面的电流，抵消了中心线电流，这样作用的结果是电流向导体表面聚集，故称为集肤效应。
在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍：一般用集肤深度Δ来表示集肤效应，其表达式为：其中：γ为导体的电导率，μ为导体的磁导率，f为工作频率。
图1.1.集肤效应产生过程示意图图1.2.高频导体电路密度分布图高频时的导体电流密度分布情形，大致如图1.2所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。
由上图及式1.1可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。
因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。
1.2影响及应用在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。
在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。
集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。
与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。
正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。
同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。
涡流效应产生原因及分析
五彩斑斓的树叶英语作文## The Kaleidoscope of Autumn Leaves.As summer draws to a close and the days grow shorter, a magical transformation begins to unfold in the world of nature. The leaves of deciduous trees, once a vibrant canopy of green, begin to don a kaleidoscope of colors that paint the landscape in breathtaking hues. This seasonal spectacle, known as autumn foliage, is a symphony ofnature's artistry, showcasing the diversity and beauty of the plant kingdom.The vibrant colors of autumn leaves are the result of a complex interplay between light, pigments, and biochemical processes within the leaves. As the days shorten and the nights grow longer, trees prepare for winter by reducing their production of chlorophyll, the pigment that absorbs sunlight and gives leaves their green color. With the decrease in chlorophyll, other pigments, such as carotenoids and anthocyanins, become more prominent,revealing a spectrum of colors ranging from golden yellow and fiery orange to deep crimson and vibrant purple.## The Science Behind the Hues.Carotenoids are yellow, orange, and red pigments that are always present in leaves, even during the spring and summer. However, they are often masked by the abundance of chlorophyll. As chlorophyll levels decline in autumn, carotenoids become more visible, contributing to the warm and inviting hues of fall foliage.Anthocyanins are red, purple, and blue pigments that are not typically found in leaves during other seasons. Their production is triggered by a combination of factors, including exposure to sunlight, cool temperatures, and drought stress. When these conditions are met, trees produce anthocyanins to protect their leaves from the harmful effects of UV radiation and dehydration.The intensity and variety of autumn colors can vary greatly from year to year and from tree to tree. Factorssuch as climate, soil conditions, and genetic makeup all play a role in determining the vibrancy of fall foliage.## A Symphony of Colors.The diversity of tree species and their unique responses to environmental conditions give rise to a breathtaking array of colors each autumn. Some of the most common and visually striking autumn trees include:Sugar Maples are renowned for their brilliant crimson and orange leaves, which often create a fiery blaze of color in the forests of North America.Red Maples produce vibrant shades of scarlet and burgundy, adding a touch of drama to the autumn landscape.Aspen Trees are known for their shimmering golden leaves, which tremble in the slightest breeze, creating a shimmering curtain of light.Birch Trees display a delicate and elegant yellow hue,adding a subtle touch of warmth to the autumn palette.Sweetgum Trees showcase a stunning range of colors, from deep crimson to golden yellow, creating a vibrant tapestry of foliage.Oak Trees exhibit a rich and varied palette, ranging from deep browns and oranges to fiery reds and purples, adding depth and complexity to the autumn landscape.## A Symbol of Change and Renewal.Autumn foliage is not merely a visual delight but also a powerful symbol of change and renewal. As the leaves fall from the trees, they decompose and enrich the soil, providing essential nutrients for new growth in the spring. In this way, autumn foliage represents the cyclical nature of life and the promise of rebirth.Autumn foliage has captivated poets, artists, and nature lovers throughout history, inspiring countless works of art, literature, and music. From the vibrant landscapesof the Hudson River School to the haiku of Matsuo Bashō, the beauty of autumn leaves has been celebrated and immortalized in countless cultural traditions.## Preserving the Autumn Spectacle.The beauty of autumn foliage is a gift that should be cherished and preserved for future generations. However, climate change, deforestation, and other human activities are posing threats to this natural wonder.To protect and preserve the autumn foliage, it is important to:Reduce our carbon footprint by adopting sustainable practices that reduce greenhouse gas emissions, which contribute to climate change.Support sustainable forestry practices that promote the health and longevity of forests.Plant native trees in our communities to enhance thediversity and resilience of local ecosystems.By taking these steps, we can ensure that the kaleidoscope of autumn leaves continues to enchant and inspire for generations to come.。
5.9集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽解析
这时薄板形式也不适宜了，而应该用粉状材料压制而成的铁芯。由上
式可知，降低涡流损耗的有效办法是提高材料的导磁率、减小导电率。
研究涡流问题具有实际意义（高频淬火、涡流的热效应和电磁屏蔽等）。
工程应用： Bz / B0 ~ 2 x 曲线表示材料的集肤程度。以电工钢片为例，设
10000 , 107 S/m , 则
图5.9.12 单根交流汇流排的电流集肤效应
图5.9.13 两根交流汇流排的邻近效应
5.9.4 电磁屏蔽
为了得到有效的屏蔽作用，屏蔽罩的厚度 h 必须接近屏蔽材料透入 深度的3～6倍，即
h 2π d
表 6-1 d (mm)
f=50Hz 103 Hz 106 Hz 108 Hz
铜
(S/m)
J y (d ) J0 e d J0 e1
J y (0) 36.8%
当材料确定后， d 衰减快
图5.9.3透入深度
d 表示电磁场衰减到表面值的 36.8%或 1/e 时所经过的距离 。
电流不均匀分布。
1 ,不计滞后效应,因此,此电
( x) J e xe j x J y 0
都要辐射强能量的电磁波。
核磁脉冲 核弹爆炸检测……
绝缘子的元器件防静电标志
抗电磁干扰的两个主要措施：接地、电磁屏蔽。 保护接地 在金属体（含设备外壳）与大地之间建立低阻抗电路，使雷电、过 接地 工作接地 电磁屏蔽 屏蔽 磁屏蔽 电流、漏电流等直接引入大地。 系统内部带电体接参考点（不一定与大地相连），以保证设备、 系统内部的电磁兼容。 在高频电磁场中，利用电磁波在良导体中很快衰减的原理，选择 d 小且具有一定厚度 (h 2d ) 的屏蔽材料。 在低频或恒定磁场中，利用磁通总是走磁阻小的路径的原理，采用
领近效应
邻近效应一、概述电机越来越多采用变频器供电，变频器输出含有丰富的高次谐波，高次谐波电流将在电机的绕组中产生邻近效应和趋肤效应及在铁芯中产生的谐波涡流损耗和谐波磁滞损耗不可忽视。
相互靠近的导体通有交变电流时，会受到邻近导体的影响而使电流的分布偏向相邻侧或远离相邻侧的现象称为邻近效应（Proximate effect）。
导体中电流的频率越高，导体靠得越近，邻近效应愈显著。
一般而言，邻近效应与趋肤效应同时存在，会使导体的电流分布变得更不均匀。
二、邻近效应的原理造成邻近效应的原因是涡流效应，如下图，两平行板导体在远端形成回路，导体A和导体B中，流过的电流大小相等，方向相反，若将导体等效为图中的若干闭合小线圈，导体A中电流I将在导体B的小线圈中产生向外的磁场，同理，导体B中的电流I也将在导体A的小线圈中产生向外的磁场。
当I为交变电流时，将在小线圈上产生感应电动势，感应电动势在闭合线圈中产生感应电流。
由于这些小线圈中的感应电流就像水中的漩涡一样，所以，称为涡电流，一般简称涡流。
由楞次定律可知，涡流产生的磁场将阻碍源磁场的变化，因此，涡流的方向如图中所示。
可见，在导体邻近侧，涡流的方向与电流I相同，而外侧，涡流的方向与电流I相反，因此，在涡流的作用下，导体邻近侧的电流加大，外侧的电流减小。
同理，若图中的电流不是来自一个闭合回路，且电流的方向相同，那么，邻近效应的结果将导致邻近侧电流减小，而外侧电流加大。
细心的你可能发现，若将相同电流方向的两个导体无限接近时，可以等效为一个导体，可以得到另外一个结论——这个导体的表面电流变大，而内部电流变小。
这就是趋肤效应，趋肤效应使得电流趋于导体表面流动。
显然，对于邻近的流过交变电流的两个导体而言，既存在邻近效应，也存在趋肤效应，而邻近效应和趋肤效应的都是涡流效应的表现，两者并没有本质上的区别。
图1、邻近效应原理示意图三、相关研究趋肤效应和涡流效应同时存在，使导体内的电流分布变得更加复杂。
集肤效应与邻近效应PPT课件
3.1 集肤效应与邻近效应
如果两导体相距w 很近，邻近效应使得电流在相邻内侧表面 流通，磁场集中在两导线间，导线的外侧，既没有电流，也 没有磁场－合成磁场为零，没有磁场地方不存储能量，能量 主要存储在导线之间。如果宽度b>>w，单位长度上的电感 为：
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3.1 集肤效应与邻近效应
为减少分布电感，图(a)最好，图(b)次之，图(c)最差。因此， 在布置印刷电路板导线时，流过高频电流的导线与回流导线 上下层最好。平行靠近放置在同一层最差，即使导线很宽， 实际上仅在导线靠近的边缘有高频电流流通，损耗很大，而 且层的厚度不应当超过穿透深度。
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3.1 集肤效应与邻近效应
单根导体的集肤效应等效电路： A点表示导线表面，B 点表示导线的中心。当直流或低频 电流流过时，电感不起作用或作用很小。电路电阻电流总 和等于导线总电流。但如果导线流过高频电流，由于分布 电感作用，外部电感阻挡了外加电压的大部分，只是在接 近表面的电阻才流过较大电流，由于分布电感降压，表面 压降最大，由表面到中心压降逐渐减少，由表面到中心电 流也愈来愈小，甚至没有电流，也没有磁场。
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3.1 集肤效应与邻近效应 对于多层线圈，流过导体表面的涡流将随线圈的层数呈指 数递增。
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3.2 变压器的漏感
在实际变压器中，如果初级磁通不全部匝链次级就产生了 漏感。 图中为一双层绕组的 变压器，由于邻近效应的影响，在 两层线圈之间会存储一部分磁场能量，初级侧的磁通不能 完全匝链次级。这部分漏磁是漏感形成 的主要因素。 漏感与初级匝数N 的平方成正比，与窗口 的宽度l 成反比。因此减少匝数，选取大的 窗口宽度可减少漏感。还应当看到，线圈 之间的间隔越小，漏感也越小。
窗口宽一倍，因此, 磁场强度小一倍，则单位体积存 储的能量小4 倍。由于宽度增加，也许体积增加一倍， 总能量实际减少一半，漏感也减少一半。线圈宽度增加的 不利后果是 交错 绕组交错可以减小涡流损耗，降低漏感。
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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，并且由于趋肤效应，电阻率较大的钢芯上承载极少的电流，因而无关紧要。
还有将实心导线换成空心导线管，中间补上绝缘材料的方法，这样可以减轻导线的重量。
临近效应
是指当两条（或两条以上）的导电体彼此距离较近时，由于一条导线中电流产生的磁场导致临近的其他导体上的电流不是均匀地流过导体截面，而是偏向一边的现象。
趋肤效应最早在贺拉斯·兰姆1883年的一份论文中提及，只限于球壳状的导体。1885年，奥利弗·赫维赛德将其推广到任何形状的导体。
是指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀的一种现象。
定义
随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分电流强度基本为零，即几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。
置于随时间变化的磁场中的导体内，也会产生涡流，如变压器的铁心，其中有随时间变化的磁通，它在副边产生感应电动势，同时也在铁心中产生感应电动势，从而产生涡流。这些涡流使铁心发热，消耗电能，这是不希望有的。但在感应加热装置中，利用涡流可对金属工件进行热处理。
大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中，都要产生感应电动势，形成涡流，引起较大的涡流损耗。为减少涡流损耗，常将铁心用许多铁磁导体薄片( 例如硅钢片 )叠成，这些薄片表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁通穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种薄片材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。所以，交流电机、电器中广泛采用叠片铁心。
涡流
电磁感应作用在导体内部感生的电流。又称为傅科电流。导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式 、导 体的运动 、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题的上述诸因素进行。
产生这种效应的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。
趋肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加，并导致导线传输电流时效率减低，耗费金属资源。在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统所谓的利兹线（源自德语：Litzendraht，意为“编织起来的线”）。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，产生显著趋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，可以同时减缓趋肤效应和邻近效应。