趨膚效應概述

當導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內部的電流分布不均勻，電流集中在導體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導體外表的薄層，越靠近導體表面，電流密度越大，導體內部實際上電流較小。結果使導體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現象稱為趨膚效應（skin effect）。

在計算導線的電阻和電感時，假設電流是均勻分布于它的截面上。嚴格說來，這一假設僅在導體內的電流變化率（di/dt）為零時才成立。另一種說法是，導線通過直流（dc）時，能保證電流密度是均勻的。或者電流變化率很小，電流分布仍可認為是均勻的。對于工作于低頻的細導線，這一論述仍然是可確信的。

但在高頻電路中，電流變化率非常大，不均勻分布的狀態甚為嚴重。高頻電流在導線中產生的磁場在導線的中心區域感應出最大的電動勢。由于感應的電動勢在閉合電路中產生感應電流，在導線中心的感應電流最大。因為感應電流總是在減小原來電流的方向，它迫使電流只限于靠近導線外表面處。效應產生的原因主要是變化的電磁場在導體內部產生了渦旋電場，與原來的電流相抵消。

趨膚效應的產生原因

趨膚效應產生的根本原因是因為電磁感應。

如上圖所示，這是一根導線，導線中的小圓表示電流。當導線通電以后，電流會順著這根導線流動，我們把電流路徑稱為“電流線”。為了便于理解，我暫時用兩根電流線來分析說明。

如上圖所示：假設導線電流是從左向右流動，那么電流線I1和I2的方向都從左向右。那么電流線I1產生的磁場方向是怎么樣呢？

根據右手螺旋定則，電流線I1上方的磁場方向為垂直紙面向外（用圓點表示），下方的磁場方向為垂直紙面向里（用叉表示）。

由于交流電流是一直變化的，所以它產生的磁場也是一直變化的。根據電磁感應，電流線I1產生的磁場會在I2導體上產生感應電動勢，這個感應電動勢會阻礙I2的電流變化。

越往導體中心電流線越密，它受到的磁場也就越強，所產生的感應電動勢也就越大，電流也就越小。

當電流變化越快、頻率越高時，所產生的感應電動勢也越多，所以趨膚效應在高頻電路中很明顯。如果電流一直不變，那么就沒有感應電動勢的產生，也就不會有趨膚效應，所以趨膚效應只存在于交流電路。

趨膚效應的應用

1. 最常見的典范應用就是室外電視天線，室外電視天線接收的無線電波頻率很高，一般達幾百MHZ。這么高頻率的電流信號，它的趨膚效應就非常明顯。為了降低材料成本、減輕重量、滿足趨膚效應，所以電視室外天線一般都是采用空心鋁管制作而成。

2. 我們常用的電力電纜線有單股線和多股線，但是信號傳輸電纜線都是采用多股，這是因為信號電流頻率一般都比較高，趨膚效應明顯，為了增加電線表面積、提高利電線用率，所以信號傳輸電纜線都是采用多股線。

注意：趨膚效應并不是說導體中心沒有電流。只是由于趨膚效應的作用，導體表面電流最多，越往導體中心電流越小。

一般來說在交流50HZ的頻率下，趨膚效應的穿透深度大約為6mm。當導線直徑大于12mm時，導體中心的電流幾乎為零。所以你可以觀察一下，低壓電柜里的矩形母線排（銅排）厚度都不超過10mm。
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