趋肤效应(集肤效应)

集肤效应

在微波频率时，导体的电流密度将不会是平均分布于整个导体内部，而是在表面附近有较大的电流密度，在导体中心部分的电流密度是最小的。我们称这种现象为〝集肤效应〞。〈因为电流密度集中于表面处。〉

图一

高频时的导体电流密度分布情形，大致如<<图一>>所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。在此引进一个临界深度δ〈critical depth〉的大小，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：

其中，f为频率，μ为导磁率〈H/m〉，ρ为电阻率〈mho/m〉。

由(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。

skin effect

趋肤效应简介

趋肤效应亦称为“集肤效应”。

交变电流(alternating electric current, AC)通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。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，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。

交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时，电流将主要地集中到导体表面。这种效应称为趋肤效应。电流的频率愈高，趋肤效应越明显。

利用趋肤效应，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。

原理：

载流导线要产生磁场.首先研究单根导线磁场.载流导线总是两条线,假设电流的回流线相距非常远,回流线磁场不会对单根载流导线的磁场产生影响.

如果流过导线的电流是直流或低频电流I,在导线内和导线的周围将产生磁场B,磁场从导体中心向径向方向扩展开来.在导体中心点,磁场包围的电流为零,磁场也为零;由中心点向径向外延伸时,包围的电流逐渐加大,磁场也加强,当达到导体表面时,包围了全部电流,磁场也最强(H=I/πd-d 为导线直径).在导体外面,包围的电流不变,离开导线中心越远,磁场也越弱.

沿导线长度的横截面,低频电流在整个截面上均匀分布.当导体通过高频电流i 时,变化的电流就要在导体内和导体外产生变化的磁场垂直于电流方向.根据电磁感应定律,高频磁场在导体内沿长度方向的两个平面L 和N 产生感应电势.此感应电势在导体内整个长度方向产生的涡流阻止磁通的变化.这样主电流和涡流之和在导线表面加强,越向导线中心越弱,电流趋向于导体表面.这就是集肤效应.