集肤效应一般指趋肤效应。当导体中有交流电或者交变当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,也就是说电流集中在导体外表的薄层,越靠近导体表面,电流密度越大,导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加,使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应(skin effect)。

1.集肤效应定义

集肤效应一般指趋肤效应。 当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,也就是说电流集中在导体外表的薄层,越靠近导体表面,电流密度越大,导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加,使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应。

集肤效应定义

2.集肤效应的计算公式

当导线通过交流电时,因导线的内部和边缘部分所交链的磁通量不同,致使导线表面上的电流产生不均匀分布,相当于导线有效截面减少,这种现象称为趋肤效应。

开关变压器工作频率一般在20kHz以上,随着元器件的改善,工作频率的提高,趋肤效应影响越大。因此,在设计绕组选择电流密度和线径时必须考虑趋肤效应引起的有效截面的减小。
导线通有高频交变电流时,有效截面的减少可以用穿透深度来表示。穿透深度的意义是:由于趋肤效应,交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度,计算公式如下图

集肤效应的计算公式

3.集肤效应实验

1、实验器材

趋肤效应演示仪,小灯泡两只(6-8伏。0.5安)。

2、实验原理

直流电路中,均匀导体横截面上的电流密度是均匀的。但当交流电流通过导体时,随着频率的增加,在导体横截面上的电流分布越来越向导体表面集中,所以,接在导体表皮上的小灯泡比接在导体中间的小灯泡要亮的多,这种现象就叫做趋肤效应。

3、操作与现象

(1)先将高低频率开关打到低频档。

(2)接通电源,看到此时支架上的两个小指示灯一样亮。

(3)再将高低频率开关打到高频档,注意观察此时支架上的两个小灯泡亮度明显不同。这现象即显示高频电路导体中间与表面电流密度分布不一样。

(4)实验后,关闭电源。

集肤效应实验

4.集肤效应应用

集肤效应,为了有效地利用导体材料和便于散热,发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线;另外,在高压输配电线路中,利用钢芯铝绞线代替铝绞线,这样既节省了铝导线,又增加了导线的机械强度,这些都是利用了集肤效应这个原理。集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一,也有可能是最容意被忽略误解的。与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。正好相反,集肤效应会因传导体的不同成分,在传递高频讯号时有不连贯的现象。

集肤效应应用