什么是皮肤效应?
我们都知道电流的大小指的是单位时间内通过单位面积的电荷量。如果由于某种原因,电流在导体中分布不均匀,大量的电流聚集在导电表面,电流向导体中心方向减小。这种现象被称为“皮肤效应”,有人称之为“皮肤效应”。
什么原因导致皮肤效应?
皮肤效应的根本原因是电磁感应。
如上图所示,这是一根导线,导线上的小圆圈代表电流。当电线通电时,电流会沿着电线流动。我们称当前路径为“当前线路”。为了便于理解,我暂时用两条电流线来分析解释。
如上图所示,假设导线电流从左向右流动,电流线I1和I2的方向都是从左向右。那么电流线I1产生的磁场方向是什么?
根据右手螺旋法则,电流线I1上方的磁场方向垂直于纸面向外(用点表示),下方的磁场方向垂直于纸面向内(用叉表示)。
因为交流电总是在变化,所以它产生的磁场也是变化的。根据电磁感应,电流线I1产生的磁场会在I2导体上产生感应电动势,阻碍I2的电流变化。
电流线越靠近导体中心,它接收的磁场越强,感应电动势越大,电流越小。
电流变化越快,频率越高,产生的感应电动势越多,因此高频电路中趋肤效应明显。如果电流不变,就不会有感应电动势,也不会有趋肤效应,所以趋肤效应只存在于交流电路中。
皮肤效果有哪些应用?
1.最常见的示例性应用是室外电视天线,其接收通常达到几百兆赫的高频无线电波。有了这么高频率的电流信号,它的趋肤效应非常明显。为了降低材料成本,减轻重量,满足趋肤效应,电视室外天线一般采用空芯铝管制作。
2.我们常用的电力电缆有单股和多股,但信号传输电缆都是多股的。这是因为信号电流频率普遍较高,趋肤效应明显。为了增加导线表面积和提高导线利用率,信号传输电缆都是多股的
注意:趋肤效应并不意味着导体中心没有电流。只是由于趋肤效应,导体表面的电流最高,随着导体向中心走,电流减小。
一般来说,在50HZ交流频率下,趋肤效应的穿透深度约为6 mm,当导线直径大于12mm时,导体中心的电流几乎为零。因此,你可以观察到低压电气柜中矩形母线(铜排)的厚度不超过10mm。
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