今天在看《高速数字设计》,看到趋肤效应的时候,对于趋肤效应的产生原因,书上一带而过,没有完全看明白,自己查了一些资料,有个图形化的解释不错,拿出来分享一下。
变电流通过导线时,电流密度在导线横截面上的分布将是不均匀的,并且随着电流变化频率的升高,电流将越来越集中于导线的表面附近,导线内部的电流却越来越小,这种现象称为趋肤效应。图11-12表示了不同频率的电流通过导线时,电流密度在横截面上分布的情形。由图可见,当电流的频率在1khz以下时,趋肤效应不明显,而达到100khz时,电流明显地集中于表面附近。
趋肤效应的原因就是涡流。当交变电流i通过导线时,在它的内部和周围空间就产生环状的交变磁场b,而在导线内部的交变磁场激发了涡流i,如图11-13所示。根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因的,所以涡流i的方向在导体内部总是与电流i的变化趋势相反,即阻碍i的变化,而在导体表面附近,却与i的变化趋势相同。于是,交变电流不易在导体内部流动,而易于在导体表面附近流动,这就形成了趋肤效应。
趋肤效应的产生,使导线通过交变电流的有效截面积减小了,导线的电阻增大了。为改善涡流所造成的这种不利情形,通常采用两种方法:一种方法是采用相互绝缘的细导线束来代替总截面积与其相等的实心导线,这种方法实际上是抑制涡流;另一种方法是在导线表面镀银, 这种方法实际上是降低导线表面的电阻率。
|