趋肤效应(讲义).doc
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趋肤效应趋肤效应趋肤效应(趋肤效应(SkineffectSkineffect))低频时单根导线产生的磁场在导线中心包围的电流少,磁场H弱。由中心点向外延伸时,包围的电流逐渐加大,到达导体表面时包围了全部电流,磁场也最强。2;()2';()('())2lrrHdlIIHarRrIrHarRIIrR???????????磁场最强离开导线中心越远磁场越弱趋肤效应(趋肤效应(SkineffectSkineffect))高频电流通入时,在导体内外产生变化的磁场(1-2-3和4-5-6),方向垂直于电流。平面L和N产生感应电动势。这个感应电动势在导体内整个长度方向产生的涡流阻止磁通的变化。()a、b和e、f边的电流与主电流OA方向一致(图中红色)b、c和d、e边与主电流OA相反(图中蓝色)主电流和涡流之和在导线表面加强,趋向导线中心越弱,电流趋向于导体表面流通。这就是。取此载流导线一个单位长度,由导线中心到外径径向分成若干同心小筒,当这些径向分割足够小时,认为通过这些筒截面An的磁感应是均匀的。Ln-n单元单位长度电感Lx-表面以外全部电感Rn-桶状导体单位长度的电阻A点-导线截面B点-导线中心当直流和或低频电流流过时,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。如果通过高频电流,由于分布电感的作用,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,由于分布电感压降,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,也就是没有磁场。这就是趋肤效应或集肤效应。Skineffect工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368(即1/e)的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:???k2??式中μ-导线材料的磁导率;γ=1/ρ-材料的电导率;k-材料电导率(或电阻率)温度系数;研究表明,导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降。导线的有效截面积减小而电阻加大。铜的穿透深度为:穿透深度与频率平方根成反比。随着频率的增加,穿透深度减小。66.1mmf??对于直径为d的圆导线,直流电阻Rdc反比于导线截面积。因趋肤效应使导线的有效截面积减少,交流电阻Rac增加:2222222224(2)444(2)4(2)4(2)(21)acdclRddlRddddddd????????????????????????对于厚度为d,宽度为a的扁平线,因趋肤效应使导线的有效截面积减少,交流电阻Rac增加:2(2)(2)2242acdclRdaddadalRadda??????????????????????????对于直径为1.5mm的铜圆导线,导线温度为100C,25KHz穿透深度为0.48mm.222(2)1.149(2)(21)acdcRdRdd???????如果是200KHz,穿透深度为0.17mm.此时222(2)2.488(2)(21)acdcRdRdd???????穿透深度与频率的平方根成反比,随着频率的增加,穿透深度减少,Rac/Rdc随之增加。穿透深度越深导线的利用率越高。导线的直流阻抗与导线的截面积有关,趋肤效应使导线的截面积减小;交流阻抗与通过电流的频率有关,频率越高,阻抗越大。a(f)为0.9mm直径圆导线ACR/DCRb(f)为厚0.3mm宽2.3mm扁平导线ACR/DCR由此可知,扁平线比圆导线的抗趋肤效应要好。开关电源中大部分电流波形为矩形波,其中包含有丰富的高次谐波,各谐波穿透深度和交流电阻互不相同。矩形波电流的穿透深度为基波正弦波穿透深度的70%。减低趋肤效应的方法减低趋肤效应的方法??由于电流趋肤效应的存在,使得导线的有效载流面由于电流趋肤效应的存在,使得导线的有效载流面积减小,导线对交流电流的电阻大于导线的电阻;积减小,导线对交流电流的电阻大于导线的电阻;