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集膚效應(yīng)是什么？對(duì)電器有什么影響呢？

今天給大家介紹一個(gè)對(duì)于電源來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵的效應(yīng)——集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)），這是什么呢？這個(gè)效應(yīng)對(duì)電器友好還是不友好呢？要是友好該怎么加強(qiáng)，要是不友好，該怎么減弱呢？

什么是集膚效應(yīng)，產(chǎn)生的原理是什么呢？

當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，根據(jù)楞次定律，變化的磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向總是阻礙電流的變化。對(duì)于導(dǎo)體內(nèi)部的電流，由于周圍磁場(chǎng)的影響，其受到的阻礙作用更強(qiáng)，而導(dǎo)體表面的電流受到的阻礙相對(duì)較小，所以電流更傾向于在導(dǎo)體表面流動(dòng)，形成集膚效應(yīng)。

集膚效應(yīng)的顯著程度與電流的頻率、導(dǎo)體的材料及形狀等因素密切相關(guān)。通常，電流頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯；不同材料的導(dǎo)電性能和磁導(dǎo)率不同，也會(huì)影響集膚效應(yīng)的程度，例如銅的導(dǎo)電性比鋁好，在相同條件下，銅導(dǎo)體的集膚效應(yīng)相對(duì)鋁導(dǎo)體可能會(huì)更弱一些；而圓形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)相對(duì)方形導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，在相同條件下會(huì)更均勻一些。

集膚效應(yīng)對(duì)電器有什么影響呢？

有利影響

高頻電路中減小電阻：在通信基站中的射頻功率放大器中，工作頻率通常在幾百兆赫茲甚至更高，采用空心銅管或鍍銀導(dǎo)線等方式來(lái)利用集膚效應(yīng)，可有效減小電阻，提高信號(hào)傳輸效率和功率放大效果。例如，在5G基站的天線系統(tǒng)中，使用空心銅管作為饋線，相比同規(guī)格的實(shí)心銅導(dǎo)線，能更好地傳輸高頻信號(hào)，減少信號(hào)衰減。

金屬表面熱處理：在機(jī)械制造領(lǐng)域，對(duì)齒輪、軸類零件等進(jìn)行表面淬火處理時(shí)，將工件置于高頻感應(yīng)加熱線圈中，利用集膚效應(yīng)使工件表面迅速升溫到淬火溫度，而心部仍保持較好的韌性。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，經(jīng)過(guò)表面淬火后，表面硬度提高，耐磨性增強(qiáng)，而心部仍具有足夠的韌性來(lái)承受沖擊載荷。

不利影響

增加傳輸損耗：在遠(yuǎn)距離高壓輸電線路中，當(dāng)傳輸?shù)慕涣麟婎l率為50Hz或60Hz時(shí)，雖然集膚效應(yīng)相對(duì)高頻電流來(lái)說(shuō)不太顯著，但由于輸電線路距離長(zhǎng)、電流大，集膚效應(yīng)導(dǎo)致的電阻增加仍會(huì)引起可觀的電能損耗。例如，一條長(zhǎng)達(dá)幾百公里的特高壓輸電線路，因集膚效應(yīng)導(dǎo)致的傳輸損耗可能達(dá)到總傳輸功率的幾個(gè)百分點(diǎn)。

限制電流承載能力：在大型變壓器中，繞組通常采用多股絞線來(lái)減小集膚效應(yīng)的影響。如果不采用這種方式，當(dāng)變壓器負(fù)載電流較大時(shí)，集膚效應(yīng)會(huì)使繞組的有效截面積減小，電阻增大，導(dǎo)致繞組發(fā)熱嚴(yán)重，限制了變壓器的電流承載能力。例如，在一些老舊的變壓器中，由于未充分考慮集膚效應(yīng)，在高負(fù)載運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)繞組過(guò)熱甚至燒毀的情況。

引起電磁干擾：在電子設(shè)備密集的環(huán)境中，如計(jì)算機(jī)機(jī)房、通信機(jī)房等，集膚效應(yīng)會(huì)使設(shè)備內(nèi)部的電源線、信號(hào)線等產(chǎn)生不均勻的電流分布，進(jìn)而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)周圍的其他設(shè)備造成電磁干擾。例如，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器中的電源線上的電流因集膚效應(yīng)分布不均時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)可能會(huì)干擾相鄰服務(wù)器的正常運(yùn)行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或設(shè)備故障。

通過(guò)以上介紹，我們了解到集膚效應(yīng)所引起的影響還是比較大， 尤其是我們需要避免電磁干擾時(shí)等，那么如何減小集膚效應(yīng)影響呢？

優(yōu)化導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

采用多股絞線：如利茲線，將多條金屬導(dǎo)線彼此環(huán)繞，這樣能使電磁場(chǎng)比較均勻地分布，各導(dǎo)線上的電流分布也會(huì)較為均勻，可同時(shí)減緩集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。在高頻交流電傳輸中常被使用。

使用空心導(dǎo)體：在傳輸頻率較高的甚高頻或微波等級(jí)時(shí)，可采用空心導(dǎo)線管并在中心補(bǔ)上絕緣材料的方式。因?yàn)榧w效應(yīng)使交變電流主要在導(dǎo)體表面流動(dòng)，空心部分對(duì)電流傳輸影響較小，還能減輕導(dǎo)線重量。

合理選擇導(dǎo)體材料和尺寸

選用高導(dǎo)電率材料：如在一些對(duì)傳輸性能要求高的高頻電路中，使用鍍銀導(dǎo)線，銀的導(dǎo)電性能好，能在一定程度上減小集膚效應(yīng)導(dǎo)致的電阻增加。

增大導(dǎo)體截面積：在電力傳輸中，適當(dāng)增加導(dǎo)線的截面積，可減小電流密度，從而在一定程度上降低集膚效應(yīng)的影響，但這種方法在高頻時(shí)效果有限。

選擇合適的長(zhǎng)寬比：在扁線電機(jī)設(shè)計(jì)中，合理選擇扁線導(dǎo)體的長(zhǎng)寬比，可減小集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)帶來(lái)的交流銅耗。如適當(dāng)減小槽口寬度、增加槽高，能有效抑制高頻交流銅耗。

改變電路設(shè)計(jì)和工作方式

采用特殊的電路結(jié)構(gòu)：在高頻電路設(shè)計(jì)中，使用微帶線、同軸電纜等特殊的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，利用其電磁場(chǎng)分布特點(diǎn)，減小集膚效應(yīng)的影響。

降低工作頻率：在滿足設(shè)備性能要求的前提下，盡可能降低電流的工作頻率，可減弱集膚效應(yīng)。但在很多實(shí)際應(yīng)用中，工作頻率往往由系統(tǒng)要求決定，難以隨意降低。

運(yùn)用電磁屏蔽和補(bǔ)償技術(shù)

電磁屏蔽：使用磁屏蔽材料或結(jié)構(gòu)，抑制外部電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的影響，同時(shí)也減少導(dǎo)體內(nèi)部電磁場(chǎng)的泄漏，從而減小集膚效應(yīng)。例如在一些精密電子設(shè)備中，采用金屬外殼或屏蔽罩進(jìn)行電磁屏蔽。

電流補(bǔ)償：通過(guò)在導(dǎo)體周圍或內(nèi)部設(shè)置輔助線圈等方式，產(chǎn)生與集膚效應(yīng)電流方向相反的補(bǔ)償電流，從而使電流分布更加均勻，減小集膚效應(yīng)的影響。

我們所做的電源通常具有良好的電磁兼容性，效率高，穩(wěn)定性及安全性更強(qiáng)，那么我們是怎么做的？我們碰到集膚效應(yīng)是如何處理的呢？留言我來(lái)聊聊唄~