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一.趋肤效应
1.概念
在低频时,电流在导体内部的分布密度是均匀的。从导体的截面看,中心和边缘区域的电流密度是相同的。
当导体中有交流电或者交变磁场时,导体内部电流密度分布不均匀,电流集中在导体边缘,导体边缘区域电流密度增大。导体内部实际上电流较小,结果导致导体的电阻增加,从而导致损耗功率增加。
2.原理
导线中电流的方向如图A的方向,变化的电流在导体内部产生的磁场如图4-5-6,变化的电流在导体内产生的磁场方向是3-2-1。d-e-f截面的磁力线垂直于d-e-f朝下,则感应电动势在导体内部产生感应电流阻碍磁通的变化,方向:d-e-f-d如图所示。d-e与原电流的方向相反,使原电流在导线中心削弱;e-f与原电流方向相同,使原电流在导线边缘加强。a-b-c截面的磁力线垂直于a-b-c朝上,则感应电动势产生的感应电流方向c-b-a-c。c-b与原电流方向相反,使原电流在导线中心削弱;b-a与原电流方向相同,使原电流在导线边缘加强。这样主电流和感应电流在导线表面加强,越向导线中心越削弱,使电流趋于导线表面。
二趋肤深度
1.趋肤深度计算
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。
◬=√(2k/wuy)
其中:◬:趋肤深度
k:材料电导率温度系数
u:导线材料磁导率
y=1/ρ-材料电导率
w=2πf
当导线直径大于趋肤深度,则导线会出现趋肤效应。
对于铜,u=4πx10^-7H/m;20℃时,ρ=0.01724x10^-6Ω·m,k=1/(234.5)(1/℃)
则:
◬=66.1/(√f)
f(kHz) | 1 | 5 | 10 | 15 | 20 |
◬(mm) | 2.089 | 0.9346 | 0.6608 | 0.5396 | 0.4673 |
f(kHz) | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 |
◬(mm) | 0.4180 | 0.3815 | 0.3304 | 0.2955 | 0.2697 |
f(kHz) | 70 | 80 | 90 | 100 |
◬(mm) | 0.2497 | 0.2336 | ~0.22** | 0.2089 |
END
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