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趋肤效应的影响定义趋肤效应具体解析如图所示,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(图中1-2-3和4-5-6)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产生感应电动势。此感应电势在导体内沿长度方向产生的涡流(a-b-c-a和d-e-f-d)阻止磁通的变化。可以看到涡流的a-b和e-f边与主电流O-A方向一致,而b-c边和d-e边与O-A相反。这样的主电流和涡流之和在导体表面加强,越向导线中心越弱,电流趋向于导体表面。这就是趋肤效应。趋肤深度式中,μ-导线材料的磁导率;γ=1/ρ-材料的电导率;Κ-材料电导率(或电阻率)温度系数;对于铜μ=μ0=4π×10-7H/m;20℃时ρ=0.01724×10-6Ω/m,电阻率温度系数为1/234.5(1/℃),Κ=(1+(T-20)/234.5)。T-导线温度(℃)。铜导线温度20℃、不同频率下的穿透深度:一般磁性元件的线圈温度高于20℃。在导线温度100℃时,ρ100=2.3×10-6Ω/cm,穿透深度:降低趋肤效应的方法1、用多股细线并联代替单根导线来减低趋肤效应的影响:对于直径为D的圆铜导线,如果传送电流的频率为f(Hz),保持交流载流密度Jf和直流载流密度J相当,最佳降低趋肤效应电阻的方法是用多股细线替换,使Sf=S,每股细线的直径为:细线的股数为:例如,电流I=10A,电流密度J=5.66A/mm2,单股导线的直径为:D=2x=1.50mm导线的直流电阻最为:Rdc=0.01xL(*Rdc=ρx[1+kx(T-20)]xL/S;ρ铜=0.01749Ωm/mm2;k是导体材料随温度的变化系数,为0.00393)当电流频率f=100kHz时,趋肤效应深度:d==0.209mm趋肤效应面积:Sf=πx(D-d)xd=0.8472mm2趋肤效应电阻(20℃时):Rac=0.021xL(*Rac=ρx[1+kx(T-20)]xL/Sf)交流载流密度:Jf=I/Sf=11.803A/mm2用细线代替时,每股线的直径df和截面积Sfn为:df=2xd=0.42mmSfn=πxdf2/4=0.13726mm2股数:N=D2/df2=12.87≈13用细线代替后,每股电流In和电流密度Jn为:In=I/N=0.7769AJn=In/Sfn=5.66A/mm2趋肤效应电阻(20℃时):Rac=0.01749xL/(NxSfn)=0.01xL≈Rdc结论:用1根1.50mm直径的圆铜线,传送100kHz10A电流时,电流密度是直流的2.085倍,交流电阻是直流电阻的2.1倍,交流损耗也是直流损耗的2.1倍;使用13根0.42mm直径的圆导线并联来代替1.50mm的单根导线时,交流电阻,电流密度,交流损耗和直径1.50mm的导线的直流电阻,直流电流密度和损耗相当。2、用带状导线来减低趋肤效应的影响:在大电流时经常使用扁铜线,在可能的情况下,可以将导线的厚度减小,宽度增加,使其变成带状,只要合理的确定带状线的厚度和宽度,就可以使其高频趋肤效应的影响最小。根据扁线最佳高度a=2xd的原则,带状铜线的最佳厚度为:a=2xmm宽度则由要求的电流密度确定。对于厚度为a的带状线,如果传送电流的频率为f(Hz),保持交流载流密度Jf和直流载流密度J相当,得到最佳减低趋肤效应电阻的带状宽度W是:W=mm例如,电流I=100A,电流密度J=5.0A/mm2,单股扁线的截面积是:S=I/J=100/5=20.0mm2导线的直流电阻最为:Rdc=0.8745xLmΩ当电流频率f=100kHz时,趋肤效应深度:d==0.209mm如果使用a=2mm,b=10mm的扁线时,其有效载流面积为:Sf=2xdx(b+a-2xd)=4.842mm2交流载流密度:Jf=I/Sf=20.65A/mm2趋肤效应电阻(20℃时)变为:Rac≈3.6122xLmΩ。当用带状导线代替扁线时,带的最佳厚度为:a=2xd=0.42mm趋肤效应面积应和扁线面积相同:Sf=axW=S=20.0mm2则有带的宽度为:W=S/a≈48mm此时,趋肤效应电阻(20℃时):Rac≈0.8676xLmΩ(此时带状导线的截面积为axW=20.16,所以此时Rac比Rdc稍小一点点)交流载流密度:Jf=