文档介绍：趋肤效应摘要:趋肤效应是一种电流集中在导线外表薄层的现象,对于高频电磁波,电磁场以及和它相互作用的高频电流仅集中于表面很薄的一层内,这种现象称为趋肤效应。趋肤效应结果使导体的电阻增加,使它的损耗功率也增加。在实际应用中,一般要消除趋肤效应带来的影响。关键字:趋肤效应、电磁波、电磁场我们知道,电磁场在迅变情况下以波动形式存在。变化着的电场和磁场互相激发,形成在空间中传播的电磁波。电磁场的波动方程为(1)波动方程的解包括各种形式的电磁波。在介质中,由于色散不能够推导出E和B的一般波动方程。而对于以一定频率作正弦震荡的波称为时谐波,时谐波可以表示为在时谐情况下电磁波的基本方程变为(2)方程(2)称为亥姆霍兹方程,其中,亥姆霍兹方程的解有很多,最基本的解是平面电磁波,时谐平面电磁波的表达式为(3)电磁波在真空和绝缘介质内部传播,没有能量消耗,电磁波可以无衰减地传播。研究导体中的电磁波时发现,在导体内部的电磁波是一种衰减波,在导体中电磁波的表达式为(4)由此式可见,波矢量k的实部β描述波的传播的相位关系,虚部a描述波幅的衰减。由于有衰减因子,电磁波只能透入导体表面薄层内,主要在到同一以外的空间或介质中传播,在导体表面上,电磁波与导体中的自由电荷相互作用,引起导体表层上上出现电流。在导体中,当电磁波的频率满足<,导体就可以看作是良导体,对于良导体,在(4)式中,由此得(5)波幅降至1/e的传播距离称为穿透深度,可以看出穿透深度与电导率及频率的平方根成反比。因此对于高频电磁波,电磁场以及和它相互作用的高频电流仅集中于表面很薄的一层内,这种现象称为趋肤效应。这也可以看作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,导线内部实际上电流较小。趋肤效应又叫做集肤效应。从电磁场的观点来看,导体中的交变电流在趋近导体表面处电流密度增大的效应。在直长导体的截面上,恒定的电流是均匀分布的。对于交变电流,导体中出现自感电动势抵抗电流的通过。这个电动势的大小正比于导体单位时间所切割的磁通量。以圆形截面的导体为例,愈靠近导体中心处,受到外面磁力线产生的自感电动势愈大;愈靠近表面处则不受其内部磁力线消长的影响,因而自感电动势较小。这就导致趋近导体表面处电流密度较大。由于自感电动势随着频率的提高而增加,趋肤效应亦随着频率提高而更为显著。趋肤效应使导体中通过电流时的有效截面积减小,从而使其有效电阻变大。在高频电路中,电流变化率非常大,电流不均匀分布的状态甚为严重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流,在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向,它迫使电流只限于靠近导线外表面处。效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场,与原来的电流相抵消。趋肤效应最早在1883年被贺拉斯·兰姆提及,只限于球壳状的导体。在1885年,奥利弗·赫维赛德将其推广到任何形状的导体。趋肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加,并导致导线传输电流时效率减低,耗费金属资源。在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统方面都要考虑到趋肤效应的影响。在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细