這就是集膚效應(yīng)課件

1、 集膚效應(yīng)南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院民航電子電氣工程周潔敏引言高頻開(kāi)關(guān)電源中，損耗仍然是高頻磁性元件設(shè)計(jì)的依據(jù)。高頻效應(yīng)：高頻電流在線圈中流通產(chǎn)生的結(jié)果寄生電感、寄生電容的影響大大地?fù)p害了開(kāi)關(guān)電路的性能，主要體現(xiàn)在：效率降低、電壓尖峰、寄生振蕩和電磁干擾等采用緩沖、箝位等措施改善高頻開(kāi)關(guān)電源的性能，使電路復(fù)雜化，可靠性降低。討論寄生參數(shù)產(chǎn)生的原因和對(duì)策；討論渦流產(chǎn)生的原理和帶來(lái)的問(wèn)題。多層線圈高頻損耗嚴(yán)重、線圈并聯(lián)不正確時(shí)產(chǎn)生高頻環(huán)流以及處于強(qiáng)交變磁場(chǎng)中的屏蔽層和不工作中心抽頭線圈高損耗問(wèn)題。 集膚效應(yīng)（Skin effect）低頻時(shí)單根導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo)線中心包圍的電流少，磁場(chǎng)H弱。由中心點(diǎn)向

2、外延伸時(shí)，包圍的電流逐漸加大，到達(dá)導(dǎo)體表面時(shí)包圍了全部電流，磁場(chǎng)也最強(qiáng)。磁場(chǎng)最強(qiáng)離開(kāi)導(dǎo)線中心越遠(yuǎn)磁場(chǎng)越弱6.1 集膚效應(yīng)（Skin effect）高頻電流通入時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)外產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)（1-2-3和4-5-6），方向垂直于電流。平面L和N產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)整個(gè)長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的渦流阻止磁通的變化。a、b和e、f邊的電流與主電流OA方向一致（圖中紅色）b、c和d、e邊與主電流OA相反（圖中藍(lán)色） 主電流和渦流之和在導(dǎo)線表面加強(qiáng)，趨向?qū)Ь€中心越弱，電流趨向于導(dǎo)體表面。這就是集膚效應(yīng)。將單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線，分割成足夠小的同心圈，當(dāng)沿徑向分割足夠小時(shí)，認(rèn)為通過(guò)這些筒的截面磁感應(yīng)密度均勻。

3、集膚效應(yīng)的電路描述： 取此載流導(dǎo)線一個(gè)單位長(zhǎng)度，由導(dǎo)線中心到外徑徑向分成若干同心小筒，當(dāng)這些徑向分割足夠小時(shí)，認(rèn)為通過(guò)這些筒截面An 的磁感應(yīng)是均勻的。Ln-n單元單位長(zhǎng)度電感Lx-表面以外全部電感Rn-桶狀導(dǎo)體單位長(zhǎng)度 的電阻A點(diǎn)導(dǎo)線截面B點(diǎn)導(dǎo)線中心當(dāng)直流和或低頻電流流過(guò)時(shí)，電感不起作用或作用很小。電路電阻電流總和等于導(dǎo)線總電流。如果通過(guò)高頻電流，由于分布電感的作用，外部電感阻擋了外加電壓的大部分，只是在接近表面的電阻才流過(guò)較大電流，由于分布電感壓降，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，由表面到中心電流也愈來(lái)愈小，甚至沒(méi)有電流，也就是沒(méi)有磁場(chǎng)。這就是集膚效應(yīng)或趨膚效應(yīng)。Skin effe

4、ct 工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368（即1/e）的厚度為趨膚深度或穿透深度:式中 導(dǎo)線材料的磁導(dǎo)率； 1/材料的電導(dǎo)率； k材料電導(dǎo)率（或電阻率）溫度系數(shù)；研究表明，導(dǎo)線中電流密度從導(dǎo)線表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降。導(dǎo)線的有效截面積減小而電阻加大。一般磁性元件的線圈溫度高于20度。在導(dǎo)線溫度100度時(shí)穿透深度與頻率平方根成反比。隨著頻率的增加，穿透深度減小。 對(duì)于直徑為d的圓導(dǎo)線，直流電阻Rdc 反比于導(dǎo)線截面積。因集膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效截面積減少，交流電阻Rac 增加，當(dāng)導(dǎo)線直徑大于兩倍穿透深度時(shí): 穿透深度與頻率的平方根成反比，隨著頻率的增加，穿透深度減少，Rac/Rd

5、c 隨之增加。導(dǎo)線的直流阻抗與導(dǎo)線的截面積有關(guān)，集膚效應(yīng)使導(dǎo)線的截面積減小；交流阻抗與通過(guò)電流的頻率有關(guān)，頻率越高，阻抗越大。穿透深度越深導(dǎo)線的利用率越高，反之。有了上面對(duì)集膚效應(yīng)的分析可以得出下面的使用指導(dǎo)大直徑的導(dǎo)線因交流電阻引起的交流損耗大，經(jīng)常用截面之和等于單導(dǎo)線的多根較細(xì)導(dǎo)線并聯(lián)。如果是兩根導(dǎo)線代替一根，細(xì)導(dǎo)線的直徑單導(dǎo)線的穿透截面積兩根并聯(lián)導(dǎo)線的穿透截面積多股細(xì)線絞合的利茲線可以減小集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。利茲線用于50KHZ以下，很少用到100KHZ大電流（15-20A以上）情況下，一般不用利茲線，而用銅箔，將銅箔切割成骨架的寬度，厚度可以比開(kāi)關(guān)頻率時(shí)的穿透深度大37%，銅箔之間需要絕緣。