什么是趋肤效应？直流电流是怎样分布的

01 什么是趋肤效应

由于导体内部的感抗对交流电的阻碍作用比表面更大，交流电通过导体时,各部分的电流密度不均匀,导体表面电流密度大（减少了截面积，增大了损耗）,这种现象称为趋肤效应。交流电的频率越高,趋肤效应越显著,频率高到一定程度,可以认为电流完全从导体表面流过。

实际应用：空心导线代替实心导线，节约材料；在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来削弱趋肤效应。

02直流电流的分布

在直流电路中，导线的全部横截面积全部用来传输电流，电流均匀分布在整个横截面的。

J0=I/s(其中J0为直流电流密度，I为直流电流的大小，s为导线的横截面积)。对于一个半径为a的圆柱形导体，其直流电阻RDC=L/πa2σ(其中L为圆柱形导体的长度，a为圆柱形导体的半径，σ为圆柱形导体的电导率)。

03 交流电流的分布

由于交变的带电粒子流形成了一个交变磁场，该磁场会激发一个电场（根据法拉第电磁感应定律），与此电场相伴的电流和初始电流的方向相反。对于圆形导线，这种效应在导线的中心部位最强，造成中心部位的电阻增加，电流趋向于导体的表面。

其中z方向的电流密度Jz幅值可以近似可以用下列公式表示：

。

其中a为半径，I为导体中的总电流，p2=-jωµσ，δ为趋肤深度。

δ满足下列公式。

它表示的是电流密度作为频率f、磁导率µ和电导率σ的函数在空间的衰弱。

在高频条件下(f≧500MHz)的归一化电阻和电抗可以表示如下：

R/RDC≈a/(2δ);

(ωL)/RDC≈a/(2δ)。

成立条件：δ≤a。

通常情况下，导体的相对磁导率等于1（µ=1），由于趋肤深度δ反比于频率的平方根，所以在低频时趋肤深度很大，而随着频率的提高则迅速减小。



审核编辑：刘清