趨膚效應(yīng)概述

當導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導體外表的薄層，越靠近導體表面，電流密度越大，導體內(nèi)部實際上電流較小。結(jié)果使導體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（skin effect）。

在計算導線的電阻和電感時，假設(shè)電流是均勻分布于它的截面上。嚴格說來，這一假設(shè)僅在導體內(nèi)的電流變化率（di/dt）為零時才成立。另一種說法是，導線通過直流（dc）時，能保證電流密度是均勻的。或者電流變化率很小，電流分布仍可認為是均勻的。對于工作于低頻的細導線，這一論述仍然是可確信的。

但在高頻電路中，電流變化率非常大，不均勻分布的狀態(tài)甚為嚴重。高頻電流在導線中產(chǎn)生的磁場在導線的中心區(qū)域感應(yīng)出最大的電動勢。由于感應(yīng)的電動勢在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，在導線中心的感應(yīng)電流最大。因為感應(yīng)電流總是在減小原來電流的方向，它迫使電流只限于靠近導線外表面處。效應(yīng)產(chǎn)生的原因主要是變化的電磁場在導體內(nèi)部產(chǎn)生了渦旋電場，與原來的電流相抵消。

趨膚效應(yīng)的產(chǎn)生原因

趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因是因為電磁感應(yīng)。

如上圖所示，這是一根導線，導線中的小圓表示電流。當導線通電以后，電流會順著這根導線流動，我們把電流路徑稱為“電流線”。為了便于理解，我暫時用兩根電流線來分析說明。

如上圖所示：假設(shè)導線電流是從左向右流動，那么電流線I1和I2的方向都從左向右。那么電流線I1產(chǎn)生的磁場方向是怎么樣呢？

根據(jù)右手螺旋定則，電流線I1上方的磁場方向為垂直紙面向外（用圓點表示），下方的磁場方向為垂直紙面向里（用叉表示）。

由于交流電流是一直變化的，所以它產(chǎn)生的磁場也是一直變化的。根據(jù)電磁感應(yīng)，電流線I1產(chǎn)生的磁場會在I2導體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個感應(yīng)電動勢會阻礙I2的電流變化。

越往導體中心電流線越密，它受到的磁場也就越強，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也就越大，電流也就越小。

當電流變化越快、頻率越高時，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越多，所以趨膚效應(yīng)在高頻電路中很明顯。如果電流一直不變，那么就沒有感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生，也就不會有趨膚效應(yīng)，所以趨膚效應(yīng)只存在于交流電路。

趨膚效應(yīng)的應(yīng)用

1. 最常見的典范應(yīng)用就是室外電視天線，室外電視天線接收的無線電波頻率很高，一般達幾百MHZ。這么高頻率的電流信號，它的趨膚效應(yīng)就非常明顯。為了降低材料成本、減輕重量、滿足趨膚效應(yīng)，所以電視室外天線一般都是采用空心鋁管制作而成。

2. 我們常用的電力電纜線有單股線和多股線，但是信號傳輸電纜線都是采用多股，這是因為信號電流頻率一般都比較高，趨膚效應(yīng)明顯，為了增加電線表面積、提高利電線用率，所以信號傳輸電纜線都是采用多股線。

注意：趨膚效應(yīng)并不是說導體中心沒有電流。只是由于趨膚效應(yīng)的作用，導體表面電流最多，越往導體中心電流越小。

一般來說在交流50HZ的頻率下，趨膚效應(yīng)的穿透深度大約為6mm。當導線直徑大于12mm時，導體中心的電流幾乎為零。所以你可以觀察一下，低壓電柜里的矩形母線排（銅排）厚度都不超過10mm。
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