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趨膚效應簡介
來源: 日期:2013-12-18 14:01:10 人氣:標簽:
當頻率低于w=r/l時,電阻超過感抗,電纜表現為一個rc傳輸線。當頻率高于w=r/l時,電纜是一個低損耗傳輸線。
當頻率高于0.1mhz時,串聯電阻開始增大。這導致更多的衰減,但相位保持線性。這種電阻的增加稱為趨膚效應(skin effect)。
傳播因數的實部和虛部((r+jwl)(jwc))1/2在圖4.11中繪出,損耗單位為標培,相位單位為rad(弧度)。1奈培等于8.69db的損耗。圖中顯示了rc區域、固定衰減區域和趨膚效應區域。如圖所示,相對于rc區域和趨膚效應區域,低損耗區域非常窄。
是什么導致了趨膚效應,它與導體外表層有什么關系呢?
1、趨膚效應的機理
在低頻時,電流在導體內部的分布密度是均勻的。從導線的截面圖看,中心和邊緣區域電流的流量是相同的。
在高頻時,導線表面的電流密度變大,而中心區域幾乎沒有電流流過。電流分布的變化如圖4.12所示,低頻時電流均勻地填滿整個導線,高頻時電流只從接近導線表面的地方流過。
為了形象地證明高頻條件下電流的分布,首先假設導線縱向切成多層同心的長管,就像樹樁上的年輪。
自然對稱的形狀可以阻止電流在環間流動,所以必須無誤差地切割,所有電流絕對平行于導線的中心軸。
現在導線被切成許多環,我們可以分別考慮每個環的電感。靠近中心的環,像長而薄的管道,比外部的環有更大的電感。我們知道,在高頻條件下,電流將從電感更低的通路流過。因此,高頻條件下可以預計從外環通路流過的電流比內環更多。實際上正是如此。在高頻條件下,絕大多數的電流聚集在靠近導體的外表面。
趨膚效應的作用力甚至比僅僅基于各個環管電感的預測作用更顯著,實際上,環管間的互感也迫使電流緊貼著導線的外表面流過。
電流滲透的平均深度,稱為趨膚深度。在高頻條件下,趨膚深度是相當薄的。隨著向內部的接近,在趨膚效應作用下,導體內部電流密度按指數規律下降,平均電流深度是頻率w、導體的磁介系數u、電阻系數p的函數:
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