1、集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)一、集膚效應(yīng) 如果流過導(dǎo)線的電流是直流或低頻電流I，在導(dǎo)線內(nèi)和導(dǎo)線的周圍將產(chǎn)生磁場B，磁場從導(dǎo)體中心向徑向方向擴(kuò)展開來。在導(dǎo)體中心點(diǎn)，磁場包圍的電流為零，磁場也為零；由中心點(diǎn)向徑向外延伸時(shí)，包圍的電流逐漸加大，磁場也加強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到導(dǎo)體表面時(shí)，包圍了全部電流，磁場也最強(qiáng)（H=I/dd 為導(dǎo)線直徑）。在導(dǎo)體外面，包圍的電流不變，離開導(dǎo)線中心越遠(yuǎn)，磁場也越弱。3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流i 時(shí)，變化的電流就要在導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體外產(chǎn)生變化的磁場(圖6-2 中123 和456)垂直于電流方向。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，高頻

2、磁場在導(dǎo)體內(nèi)沿長度方向的兩個(gè)平面L 和N 產(chǎn)生感應(yīng)電勢。此感應(yīng)電勢在導(dǎo)體內(nèi)整個(gè)長度方向產(chǎn)生的渦流（abca 和defd）阻止磁通的變化?？梢钥吹綔u流的ab和ef 邊與主電流OA 方向一致，而bc 邊和de 邊與OA相反。這樣主電流和渦流之和在導(dǎo)線表面加強(qiáng)，越向?qū)Ь€中心越弱，電流趨向于導(dǎo)體表面。這就是集膚效應(yīng)。3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)單根導(dǎo)體的集膚效應(yīng)等效電路：A點(diǎn)表示導(dǎo)線表面，B 點(diǎn)表示導(dǎo)線的中心。當(dāng)直流或低頻電流流過時(shí)，電感不起作用或作用很小。電路電阻電流總和等于導(dǎo)線總電流。但如果導(dǎo)線流過高頻電流，由于分布電感作用，外部電感阻擋了外加電壓的大部分，只是在接近表面的電阻才流

3、過較大電流，由于分布電感降壓，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，由表面到中心電流也愈來愈小，甚至沒有電流，也沒有磁場。3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)二、集膚深度研究表明，導(dǎo)線中電流密度從導(dǎo)線表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降。導(dǎo)線有效截面減少而電阻加大，損耗加大。為便于計(jì)算和比較，工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368（即1/e）的厚度為趨膚深度或穿透深度，即認(rèn)為表面下深度為的厚度導(dǎo)體流過導(dǎo)線的全部電流，而在層以外的導(dǎo)體完全不流過電流。銅導(dǎo)線溫度20、不同頻率下的穿透深度：3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng) 對于圓導(dǎo)線，直流電阻Rdc 反比于導(dǎo)線截面積。因

4、集膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效截面積減少，交流電阻Rac 增加。雖Rac/Rdc 隨直徑增加而增加，但交流電阻Rac 實(shí)際上隨直徑的增加而減少。因?yàn)殂~線直徑增加，直流電阻反比于 ，而交流電阻反比于d，直流電阻減少快于交流電阻的結(jié)果。較大銅線尺寸使得銅損耗小于磁芯損耗。 大直徑的導(dǎo)線因交流電阻引起的交流損耗大，經(jīng)常用截面之和等于單導(dǎo)線的多根較細(xì)導(dǎo)線并聯(lián)。2d3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)三、鄰近效應(yīng)當(dāng)回流導(dǎo)體靠近時(shí)，兩根導(dǎo)線的場向量將相加。在兩導(dǎo)體相鄰之間，磁場方向相同而加強(qiáng)；兩導(dǎo)線之外側(cè)，磁場相反而抵銷，磁場很弱，或?yàn)榱恪Ｔ趯?dǎo)體內(nèi)部，由兩導(dǎo)體外側(cè)向內(nèi)逐漸加強(qiáng)，到達(dá)導(dǎo)體的內(nèi)表面時(shí)磁場最強(qiáng)。3

5、.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)如果兩導(dǎo)體相距w 很近，鄰近效應(yīng)使得電流在相鄰內(nèi)側(cè)表面流通，磁場集中在兩導(dǎo)線間，導(dǎo)線的外側(cè)，既沒有電流，也沒有磁場合成磁場為零，沒有磁場地方不存儲(chǔ)能量，能量主要存儲(chǔ)在導(dǎo)線之間。如果寬度bw，單位長度上的電感為：3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)為減少分布電感，圖(a)最好，圖(b)次之，圖(c)最差。因此，在布置印刷電路板導(dǎo)線時(shí)，流過高頻電流的導(dǎo)線與回流導(dǎo)線上下層最好。平行靠近放置在同一層最差，即使導(dǎo)線很寬，實(shí)際上僅在導(dǎo)線靠近的邊緣有高頻電流流通，損耗很大，而且層的厚度不應(yīng)當(dāng)超過穿透深度。3.1 集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng) 對于多層

6、線圈，流過導(dǎo)體表面的渦流將隨線圈的層數(shù)呈指數(shù)遞增。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感在實(shí)際變壓器中，如果初級磁通不全部匝鏈次級就產(chǎn)生了漏感。圖中為一雙層繞組的 變壓器，由于鄰近效應(yīng)的影響，在兩層線圈之間會(huì)存儲(chǔ)一部分磁場能量，初級側(cè)的磁通不能完全匝鏈次級。這部分漏磁是漏感形成的主要因素。漏感與初級匝數(shù)N 的平方成正比，與窗口的寬度l 成反比。因此減少匝數(shù)，選取大的窗口寬度可減少漏感。還應(yīng)當(dāng)看到，線圈之間的間隔越小，漏感也越小。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感對于反激變壓器， 由于高磁阻的氣隙存在，初級線圈產(chǎn)生的磁通除了大部分經(jīng)過磁芯和串聯(lián)氣隙端面磁通和邊緣磁通外，還有一部分磁通只經(jīng)過部分磁芯磁路的

7、散磁。這部分散磁如果沒能匝鏈次級線圈，也將產(chǎn)生漏感。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感二、減小漏感的方法-線圈交錯(cuò)繞制如果是多層線圈，同理可作出更多層線圈的磁場分布圖。為了減少漏感，可將初級和次級都分段。但是，線圈分得太多，繞制工藝復(fù)雜，線圈間間隔比例加大，充填系數(shù)降低，同時(shí)初級與次級之間的屏蔽困難。 在輸出與輸入電壓都比較低的情況下， 又要求漏感非常小，如驅(qū)動(dòng)變壓器， 可以采用雙線并繞，同時(shí)采用窗口 寬高比較大的磁芯3.3 多層線圈多層線圈在高頻變壓器中，全部電流高頻分量將在初級與次級直接面對的里層的內(nèi)表面和相鄰的外表面流動(dòng)。因此兩層線圈并聯(lián)并不能擴(kuò)大電流。為了擴(kuò)大電流，通常有幾種選擇：v加大

8、線圈窗口高度 窗口寬一倍，因此, 磁場強(qiáng)度小一倍，則單位體積存 儲(chǔ)的能量小4 倍。由于寬度增加，也許體積增加一倍，總能量實(shí)際減少一半，漏感也減少一半。線圈寬度增加的不利后果是增加了線圈之間的電容。3.3 多層線圈多層線圈2. 交錯(cuò)繞組交錯(cuò)可以減小渦流損耗，降低漏感。3. 并聯(lián)準(zhǔn)則 并聯(lián)的所有導(dǎo)線必須在窗口中經(jīng)過相同的場。 為了達(dá)到平均分配電流，應(yīng)將導(dǎo)線絞成螺旋形或麻花形，使得每根導(dǎo)線在其長度方向感應(yīng)相同的電壓3.3 多層線圈多層線圈由于鄰近效應(yīng)，高頻變壓器中不工作的線圈將產(chǎn)生被動(dòng)損耗。為了避免被動(dòng)損耗，應(yīng)避免中心抽頭。如果采用了中心抽頭，同時(shí)導(dǎo)通的一半初級和次級應(yīng)當(dāng)安排在相互接近的地方。而另一半安排在一起。這樣在不導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通邊合成磁場在無源區(qū)為零，不產(chǎn)生渦流。3.4 線