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集肤效应的本质及影响

时间:2020-10-25 08:10 来源:未知

我最初了解集肤效应是在学习无线电的时候,我还记得它也称为“趋肤效应”。这个集肤效应就是说当一根电线通入电流的时候,当输入的是直流电时,电线截面积的电流密度是均匀的,也就是说当输入电线的电流是直流的,电线截面积的电流是处处相等,当随着电线通入电流的频率在不断地增大时,电线截面积上的电流密度就不均匀了,如果继续增大这个电流的频率,当频率到达一定程度时,导线截面积上的电流就会趋向电线的表面了,导线截面的中心部位就几乎没有电流通过了,这一过程就叫集肤效应。由此可见这个集肤效应是由于导线电流的频率引起的。


集肤效应的本质
趋肤效应这个概念还是比较好理解的,我们下面主要与朋友们一起聊聊这个“趋肤效应”本质是什么。其实集肤效应的本质我们可以从电和磁的关系去理解,我们知道通电的导线周围会产生电磁场的,如果我们通入交流电的话,那么在它的周围会产生交变的电磁场,当我们通入的电流频率增大的时候,电线内部就会因为外部有交变的磁场会感应出自感电动势,这个自感电动势是会阻挡原先电流通过的,这个电动势的大小我们还是用电磁学的原理来说明,它的大小是和通过磁通量的变化率有很大关系,磁通量的变化越大,感应电动势就会越大,那么阻碍电流的阻力就越大。我们知道一般电线截面积都是圆形的,越往电线里面单位面积的磁通量就越大,这个电动势就阻碍电流越大,越往导线表面,磁通量就越小,这个电动势阻碍电流就越小,因此电流就大,当到达导线表面时,这个电动势阻碍电流是最小的,因此电流是最大的。对于这个集肤效应的本质我们也可以这样理解,在导线的中心位置磁力线是最密的,对高频电流来所感抗也就最大,因此电流就趋于导体表面感抗小的地方了,其示意图如下图所示。

集肤效应的影响
我们从集肤效应可以看出,由于通入的高频电流会促使电流都往表面聚集,导线内部就没有电流通过,这样就大大减小了导线的利用率,这对于工频或者高频电流传输是不利的,因此我们需要避免这种现象的发生,比如我们在电力输电过程中所用的电流母线为了避免集肤效应的影响,一般都把它制程槽型的形状来使用,在高频电路中一般都把导线制成空心的。但是话又说回来,任何事物都有两面性。这个集肤效应也不例外,在一些场合我们还可以用这个效应来为我们的生产服务,比如在钢铁厂我们可以用这个集肤效应对金属表面进行淬火。

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