集肤效应与邻近效应VIP专享VIP免费

第三章线圈第三章线圈小结。线圈电容多层线圈变压器的漏感集肤效应和邻近效应内容提要3.1集肤效应与邻近效应一、集肤效应如果流过导线的电流是直流或低频电流I，在导线内和导线的周围将产生磁场B，磁场从导体中心向径向方向扩展开来。在导体中心点，磁场包围的电流为零，磁场也为零；由中心点向径向外延伸时，包围的电流逐渐加大，磁场也加强，当达到导体表面时，包围了全部电流，磁场也最强（H=I/πd－d为导线直径）。在导体外面，包围的电流不变，离开导线中心越远，磁场也越弱。3.1集肤效应与邻近效应当导体通过高频电流i时，变化的电流就要在导体内和导体外产生变化的磁场(图6-2中1－2－3和4－5－6)垂直于电流方向。根据电磁感应定律，高频磁场在导体内沿长度方向的两个平面L和N产生感应电势。此感应电势在导体内整个长度方向产生的涡流（a－b－c－a和d－e－f－d）阻止磁通的变化。可以看到涡流的a－b和e－f边与主电流O－A方向一致，而b－c边和d－e边与O－A相反。这样主电流和涡流之和在导线表面加强，越向导线中心越弱，电流趋向于导体表面。这就是集肤效应。3.1集肤效应与邻近效应单根导体的集肤效应等效电路：A点表示导线表面，B点表示导线的中心。当直流或低频电流流过时，电感不起作用或作用很小。电路电阻电流总和等于导线总电流。但如果导线流过高频电流，由于分布电感作用，外部电感阻挡了外加电压的大部分，只是在接近表面的电阻才流过较大电流，由于分布电感降压，表面压降最大，由表面到中心压降逐渐减少，由表面到中心电流也愈来愈小，甚至没有电流，也没有磁场。3.1集肤效应与邻近效应二、集肤深度研究表明，导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降。导线有效截面减少而电阻加大，损耗加大。为便于计算和比较，工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ，即认为表面下深度为Δ的厚度导体流过导线的全部电流，而在Δ层以外的导体完全不流过电流。铜导线温度20℃、不同频率下的穿透深度：3.1集肤效应与邻近效应对于圆导线，直流电阻Rdc反比于导线截面积。因集肤效应使导线的有效截面积减少，交流电阻Rac增加。虽Rac/Rdc随直径增加而增加，但交流电阻Rac实际上随直径的增加而减少。因为铜线直径增加，直流电阻反比于，而交流电阻反比于d，直流电阻减少快于交流电阻的结果。较大铜线尺寸使得铜损耗小于磁芯损耗。大直径的导线因交流电阻引起的交流损耗大，经常用截面之和等于单导线的多根较细导线并联。2d3.1集肤效应与邻近效应三、邻近效应当回流导体靠近时，两根导线的场向量将相加。在两导体相邻之间，磁场方向相同而加强；两导线之外侧，磁场相反而抵销，磁场很弱，或为零。在导体内部，由两导体外侧向内逐渐加强，到达导体的内表面时磁场最强。3.1集肤效应与邻近效应如果两导体相距w很近，邻近效应使得电流在相邻内侧表面流通，磁场集中在两导线间，导线的外侧，既没有电流，也没有磁场－合成磁场为零，没有磁场地方不存储能量，能量主要存储在导线之间。如果宽度b>>w，单位长度上的电感为：3.1集肤效应与邻近效应为减少分布电感，图(a)最好，图(b)次之，图(c)最差。因此，在布置印刷电路板导线时，流过高频电流的导线与回流导线上下层最好。平行靠近放置在同一层最差，即使导线很宽，实际上仅在导线靠近的边缘有高频电流流通，损耗很大，而且层的厚度不应当超过穿透深度。3.1集肤效应与邻近效应对于多层线圈，流过导体表面的涡流将随线圈的层数呈指数递增。3.2变压器的漏感在实际变压器中，如果初级磁通不全部匝链次级就产生了漏感。图中为一双层绕组的变压器，由于邻近效应的影响，在两层线圈之间会存储一部分磁场能量，初级侧的磁通不能完全匝链次级。这部分漏磁是漏感形成的主要因素。漏感与初级匝数N的平方成正比，与窗口的宽度l成反比。因此减少匝数，选取大的窗口宽度可减少漏感。还应当看到，线圈之间的间隔越小，漏感也越小。3.2变压器的漏感对于反激变压器，由于高磁阻的气隙存在，初级线圈产生的磁通除了大部分经过磁芯和串联气隙－端面磁通和边缘磁通外，还有一部分磁通只经过部分磁芯磁路...