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什么是集肤效应?集肤效应的本质是什么?

电脑版   2020-11-26 11:47  

什么是集肤效应?集肤效应的本质是什么?:什么是集肤效应?集肤效应的本质是什么?答:集肤效应又叫趋肤效应,主要指高频电流通过导体时,电流将集中在导体的表面

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什么是集肤效应?集肤效应的本质是什么?

答:集肤效应又叫趋肤效应,主要指高频电流通过导体时,电流将集中在导体的表面流过,这种现象叫做集肤效应。

肌肤效应的本质直接反应了直流电和交流电的不同特点,直流电的频率为零,在直流线圈中和直流电力传输中不存在肌肤效应这个特性;而交流电则不同,不过这里说的交流电频率都是超过1000Hz及以上频率的,频率越高,则肌肤效应程度越强烈;而我们普遍使用的交流50Hz电,它的肌肤效应也有,可视为忽略不计。

直流电没有肌肤效应,它通过导线时的电流几乎是均匀分布,并且基本上在导线内部是均匀分布的;但是,如果这根导线通过的是高频交流电,那可就不一样了,假如是交流电,它出现趋近于表面传输交流电电流,也就是在导体中心基本没有,都是在表面上下左右;在上表面下表面左表面他表面上中间就没有,为什么会出现肌肤效应呢?这里也简单解释一下,它实际上是一种电磁感应的现象;因为交流电它是随时间作周期性变化的,虽然时间很短,但分析这种现象时却不能忽略它。

正是因为交变的电流具有磁效应,所以在电流周围会产生磁场,这个磁场是按右手定则来确定它,它会产生保变化方向的磁场,而且这个磁场因为电流的变大,磁场也变大了;根据焦耳楞次定律,变化的磁场会产生电场,而电场和磁场是可以相互作用的。

所谓的肌肤效应,虽然是虚无缥缈一个名词,但事实上它的确存在,例如接受中波频率(535~1605kHz)的无线电天线都是采用多股细的漆包线并联制作呢,其中主要原因就是高频无线电电波也具有肌肤效应。而肌肤效应的强度跟电流频率有关,频率越高肌肤效应就越显著,而我们家用电的市电,它的频率是50Hz,那么这个时候它的肌肤效应就不显著,因为频率不够。

这些头条达人都费力不讨好的问题,它涉及到很多电工学和其他领域中的知识,这些都是本人几十年前曾经接触过的知识;

例如在制作电感线圈时的导线的选择,当电感线圈工作于高频时,由于集肤效应和邻近效应的影响,导线的高频电阻要比直流电阻大得多,使线圈的品质因数降低。因此,工作于高频的线圈有一个最佳导线直径的选择问题。一般情况,用于中频(数百KHz~1.5 M Hz)的线圈,对Q值要求较高,可以采用多股丝包绞合线,对于>2 M Hz的单层线圈,使用40.2~40.6mm的漆包线或镀银铜线,而对于使用在更高频率的电感线圈,则应采用中0.12~1.2mm的镀银铜线。单层线圈量佳导线直径 计算单层线圈最佳导线直径的曲线。

以上为个人观点,毕竟几十年前学习过的知识,也仅仅只是给阅读者们一种概念上的了解。

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从事电气工作的朋友们会发现一个问题:高压线【10千伏】不但是裸导线,而且,铝线中心是钢芯,这会增加导线的电阻吗?

这里就要说一个集肤效应的概念。

当交流电通过导线时,导线截面上各处电流分布是不均匀的:_导线中心处电流密度变小,而靠近表面的电流密度大,这种电流分布不均衡的现象,称为集肤(趋肤)效应。

产生集肤效应的原因如下:

当电流通过导线时,导线周围磁力线的分布呈同心圆状,不仅导线外部有础场存在,而且导线内部也有磁场。

我们可以把导线看成是由许多同心圆管组成,靠近导线表面的薄圆管只被外部磁通包围,而导线中心处的薄圆管不但被内部磁通包围,也被外磁场包围。

磁不离电,电不离磁。

交流电产生的磁场是变化的磁场,变化的磁场在导体中会产生自感电动势。

由于在导线表面被包围的磁通小,所以自感电动势小,即感抗小。

而导线中心被包围的磁通大,所以感抗也大。

由于上述原因,导致在同一电压作用下,导线中心处的电流密度变小,而导线表面处的电流密度变大。这就是集肤效应。

了解到了交流电的集扶技应,为了有效地利用导线材料和便于散热,发电厂的大电流母线常做成槽形或者菱形,不但利于散热,而且可以避免集肤效应的功耗。

利用钢芯铝线代替铝导线,形成花形线。在高压配电线路中,不但可以节省铝的用量,又增加了导线的机械强度。

这样做到一举两得。

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什么是集肤效应?集肤效应的本质是什么?

集肤效应也叫趋肤效应,当交流电通过导体时,导体截面上的电流密度的分布是不均匀的,导线轴心附近电流密度较小,靠近表面部分电流密度较大,这种现象叫集肤效应或趋肤效应,以下暂且称作趋肤效应。

趋肤效应的本质是什么?

首先来说,产生趋肤效应的原因很复杂,主要解释如下:

一根导线可以看成是由许多薄圆管套叠起来组成的,电流通过导线时,在导线的内部和周围都有磁场存在。在导线的截面上,磁场的磁力线环绕着导线轴心,是许多直径不同的同心圆。这时,导线中心处的薄圆管环绕的磁通多,表面处的薄圆管环绕的磁通少(即中心处磁链多,表面处磁链少)。交变的磁通在各个薄园管上产生自感电势。中心处自感电势大,即感抗大,表面处自感电势小,即感抗小。由于所有薄圆管两端的电压相等,中心处因感抗大,故电流密度小,表面处感抗小,故电流密度大,因而出现了趋肤现象。

趋肤效应在电流频率越高时表现的越严重,由于趋肤效应,导体的有效导线截面相应减少,而使电阻增大。因为直流电通过导线时没有趋肤效应,所以,在同一根导线的交流电阻要比直流电阻大一些。


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