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集肤效应(skin effect)
当高频电流通过导体时,电流将集中在导体表面流通,这种现象称为集肤效应(亦称趋肤效应)。
趋肤效应(skin effect),在“GB/T 2900.1-2008 电工术语 基本术语”中定义如下:
由于导体中交流电流的作用,靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1:随着电流频率的提高,趋肤效应使导体的电阻增大,电感减小;
注2:在更一般的情况下,任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
由于存在集肤效应,而将电流限制在导体截面上的一部分区域,这不仅降低了导线的有效使用面积,还增加了等效电阻。集肤效应的示意图如图所示:
对于高频信号传输线来说,为了避免集肤效应(Skin effect)造成的信号损坏,通常会采用宽一点的信号传输线,例如50Ω阻抗,100mil线宽。
趋肤效应的不利
传输交流电流时,由于趋肤效应的影响,导致导线的等效电阻增加,损耗增大。
1、趋肤效应对于高频电流的传输影响甚大
对于传输高频电流的导线,通常采用下述方法改善其传输性能:
a、既然趋肤效应使电流趋于表面流动,那么,相同截面积的导线,表面积越大,等效电阻越小,因此,利用互相绝缘的多根细导线代替单根实心导线,可以改善降低导线的交流电阻。
b、既然趋肤效应使电流趋于表面流动,那么,将其表面镀银或镀金,降低表面电阻,可以改善导线的交流电阻。
c、既然趋肤效应使电流趋于表面流动,那么,将其制作成空心导线,其导电效果与实心导线基本相当,但是,可以节省材料。
2、对传输工频大电流不利
为了传输更大的电流,对于大电流传输,通常导体截面积较大,远离表面的中心处,电流密度还是会明显减小,因此,传输交流大电流的导体,通常制作成截面积为长方形,而不是圆形或正方形,并且,一般不能太厚,对于50Hz的工频交流电,导体为铜,其趋肤深度约8mm,这样,对于厚度大于16mm的铜排,其中心层电流密度已经非常小了,因此,用于传输工频电流的铜排的厚度一般小于12mm。
(图文内容整理自网络)