涡流和趋肤效应

涡流的趋肤效应的主要应用1。

涡流的趋肤效应的应用当交变电流通过导体时，它所激发的交变磁场会使导体本身产生涡流，导体中的涡流使电流密度分布不再均匀，越靠近导体表面处电流密度越大，这种交变电流趋向于导体表面的效应就叫趋肤效应。

其重要应用是对金属进行表面淬火或局部淬火。

淬火时，一般是将金属工件放在用空心铜管绕成的线圈中，当线圈通有高频电流时（线圈内部通水冷却)，金属工件内产生涡流的趋肤效应，金属表面的温度急剧升高，当达到淬火温度时，将工件立即浸入冷却液体中，从而达到淬火的目的.这种热处理方法既增加了金属表面的硬度，又不失去金属原有的韧性，能够保证和提高产品质量,比用一般的火焰淬火加热速度快，零件表面氧化损失少，加工成本低，劳动条件好。

2。

减少涡流的趋肤效应的影响由于高频电流趋于导体表面流动，通电的有效面积小于导体本身的截面积,使导体对交流电的电阻增大.为了减少涡流的趋肤效应的影响，在高频电路中使用的导线常做成管状，以增大导体的有效面积。

例如收音机的拉杠天线就是常见的例子。

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一、集肤效应1.1集肤效应的原理集肤效应也称趋肤效应，图1.1表示了集肤效应的产生过程。

图中给出的是载流导体纵向的剖面图，当导体流过电流（如图中箭头方向）时，由右手螺旋法则可知，产生的感应磁动势为逆时针方向，产生进入和离开剖面的磁力线。

如果导体中的电流增加，则由于电磁感应效应，导体中产生如图所示方向的涡流。

由图可知：涡流的方向加大了导体表面的电流，抵消了中心线电流，这样作用的结果是电流向导体表面聚集，故称为集肤效应。

在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍：一般用集肤深度Δ来表示集肤效应，其表达式为：其中：γ为导体的电导率，μ为导体的磁导率，f为工作频率。

图1.1.集肤效应产生过程示意图图1.2.高频导体电路密度分布图高频时的导体电流密度分布情形，大致如图1.2所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。

由上图及式1.1可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。

因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。

1.2影响及应用在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。

此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。

在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。

考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。

集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。

与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。

正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。

同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。

涡流趋肤效应计算公式
涡流趋肤效应是指在导电体中存在交变电磁场时，电流会集中在导体表面附近形成涡流，从而导致电流在导体内部的传输受到阻碍的现象。

涡流趋肤效应的计算公式如下：
$$
\delta=\sqrt{\frac{2\rho}{\pif\mu}}
$$
其中，
$\delta$是涡流趋肤深度（SkinDepth），单位为米；
$\rho$是导体的电阻率，单位为欧姆·米；
$f$是电磁场的频率，单位为赫兹；
$\mu$是导体的磁导率，单位为亨利/米。

涡流趋肤深度表示了电流在导体中的分布情况，深度越大表示电流在导体内部分布越均匀，趋肤效应越弱；深度越小表示电流在导体表面附近分布越集中，趋肤效应越明显。

一般情况下，导体的周围环境和导体的尺寸对涡流趋肤深度有一定的影响。

涡流趋肤效应的计算公式可以通过导体的材料参数、导体尺寸和电磁场的频率来确定，它在电磁学、电路设计以及电磁兼容性等领域中都有重要的应用。

第七节 涡电流
一、涡流
在其内部也会产生感应电流。

对于圆柱形铁芯，其内电流方向示意于图6-7，断面俯视有涡旋状电流----涡流。

涡流的效应
(1)热效应
电流通过导体发热，释放焦耳热。

a 、高频感应炉---冶炼；
b 、涡流损耗---变压器、电机铁芯，制成片状，缩小涡流范围，减少损耗。

(2) 机械效应
电磁阻尼、电磁驱动。

磁极与金属发生相对运动，在金属中有涡流，此涡流又处于磁场中受安培力，效果阻碍引起这一效果的原因。

二、趋肤效应
1、概念
导线载流分为
2、电流密度分布
⎭⎬⎫相对于磁场运动的金属中的大块金属变化磁场)(t B ⎪⎩⎪⎨⎧--=趋肤效应。

附近集中越明显频率越高，电流向表面交流：电流分布趋肤，直流：截面均匀分布;S I
j
式中叫做趋肤深度。

对于，为表面附近处的电流分布，而则为处的分布大小，如图6-8。

当，则。

3、趋肤效应的说明
电流的频率越高，进而的变化也越快，产生也越大，涡流也越大，分析一个
周期内的情况，大部分时间内，轴线处与
方向相反。

表面处与方向相同。

4、应用
金属表面淬火。

高频表面电阻增大，可镀银或辫线使电阻，导线可中空省材料。

s d d e
j j -=0s d e j j 0=0j j s d d =σωμμ02
=s d ↑ω↓s d B φεi 涡i i 涡i ↓R。