高频趋肤效应的简单解释

只看该作者 · 2010-5-14 12:01

趋肤效应是高频下的一种特性，本身解释这个特性，往往需要用电磁场理论，但电磁场理论过于理论化，不能直观，而大部分电子工作者无论数学功底，还是理论功底，都没有这么好，所以往往无法理解趋肤效应，只是强硬的记住而已。
本文不从严密的理论入手，只是简单容易理解的分析趋肤效应的原理。如下图：

这是一根铜导线的界面图，假设把它分为五部分1，2，3，4，5
我们知道，根据愣次定律，电流变化的时候，围绕它的磁场产生的电动势就反对它的电流变化
所以，1有它自己的反电动势，同时2，3，4，5的磁场也绕着它，所以2，3，4，5的反电动势也加在1上，对于2来说，只有2，3，4，5；以次类推。
总结一下，
1的反电动势有1，2，3，4，5
2的反电动势有2，3，4，5
3的反电动势有3，4，5
4的反电动势有4，5
5的反电动势有5
从上图可见，1受到的阻力是最大的，所以电流1最小，2次之，以次类推，这样的结果就是中心的电流最小，外围最多。
这个解释的核心是把一根导线细分，因为在高频下，导线不能简单的理解为一根线，而是很多根线的组合。

当然以上只是个人的一家之言，欢迎各位提出解释中的不足，便于更正。

1万 · 2010-5-14 15:13

简单来说就是导线上交变的电流形成环形的交变磁场，这个交变的磁场又形成平行导线的电场，跟导

线原来的电场相反，导线中心处的相反的感应电场最强，最终把中心处的电流推向表面。

当然这是一个动态平衡的过程，不可能说感应出的反向电流超过原来的电流而形成反流，当中心的电

场减弱时，外部磁场也减弱，反向感应电场也跟着减弱，频率足够高时，中心电流抵消为零

2万 · 2010-5-14 19:23

LZ的解释依据是错的，虽然其结果看上去是对的。

设想一下，一根空心圆导线导电后，其内部是否有磁场。

这个问题不能将导线割裂地看待。还得老老实实地采用Maxwell方程加以分析。

只看该作者 · 2010-5-14 19:51

如果这种解释自己能理解  能用  就很好

对现象的解释可以是多种方法的各择所需

到底是太阳绕着地球转还是地球绕着太阳转呢？  呵呵可以了解了解马赫主义（思维经济原则）

1万 · 2010-5-14 20:10

本帖最后由雪山飞狐D 于 2010-5-14 20:15 编辑

呵呵，HWM 每到这种时候总会跳出来;P，数学啊数学，方程成啊方程~~~

个人以为时间和￥才是真理，不说太多，有图有真相

2万 · 2010-5-14 21:25

呵呵，我说的是LZ采用分裂的同心导线圆套模型来说明趋肤效应是不成立的。因为分裂的空心导体内部没有磁场，因此电流变化时不存在对内部导体的“愣次定律”。物理是个实实在在的玩意儿，来不得半点虚的。

只看该作者 · 2010-5-14 22:49

空心导体内部是没有磁场，但空心导体外部的磁场同样会对包含在它的空心内的导体有影响，越靠近中心，受外部空心导体磁场影响越大，我想这大概是楼主的意思，个人觉得没有错，而且通俗易懂。

2万 · 2010-5-14 23:19

空心导体内部是没有磁场，但空心导体外部的磁场同样会对包含在它的空心内的导体有影响，越靠近中心，受外部空心导体磁场影响越大，我想这大概是楼主的意思，个人觉得没有错，而且通俗易懂。 ...
sheriff 发表于 2010-5-14 22:49

哈哈，这比“超距作用”还来得神奇。设想一下，如果同心圆套导体之间是绝缘的，所谓的“趋肤效应”是如何的呢？想想多股线的作用。现实决不是一个想当然的世界。

只看该作者 · 2010-5-14 23:36

HWM

金属内部为什么不能有磁场，这个取决于磁场跟金属的方向关系。

地球就是一个导体，内部不是有磁场，地磁穿过中心，请问如何解释

2万 · 2010-5-14 23:37

呵呵，是啊，刚看完LZ的分析，我就在想：
如果是这样的话，那高频下用多股线还有什么用呢？？？
;P

只看该作者 · 2010-5-14 23:42

多股线就是为了解决高频走表面问题而引入的，加大面积，注意，多股线线与线之家不是接触良好的，只是一条线接触而已。

HWM既然这个讲物理，就解释一下你所谓的
“导体内不能有磁场”来解释地球的地磁现象。

当然，本人的解释，有些地方还需要思考，不见得对，但“导体内不能有磁场”，这个不能认同，比如中子星之类的磁场怎么产生的。

当然这些属于讨论了

只看该作者 · 2010-5-14 23:43

各种星球都有磁场，他们自己就是导体，等离子体，HWM考虑一下

2万 · 2010-5-14 23:53

HWM

金属内部为什么不能有磁场，这个取决于磁场跟金属的方向关系。

地球就是一个导体，内部不是有磁场，地磁穿过中心，请问如何解释
lldwsw 发表于 2010-5-14 23:36

圆柱导体内部的净磁场是由其内部（小于其半径处）的电流产生的。如果将其分割成一个个的同心圆，外部圆电流的磁场不会对内部有影响。但内部则会对外部有影响。趋肤效应是由于导体内部的磁场发生变化而产生电场的旋度，而此旋度的累加产生的不均匀的反向电动势（中间反向最强）导致电流密度的变化，最终形成趋肤效应。

2万 · 2010-5-15 00:00

另补充说明的是，上面讲的无磁场部分是指空心导体内的空心部分，且没有其他导体在其中。

只看该作者 · 2010-5-15 08:52

哈哈，这比“超距作用”还来得神奇。设想一下，如果同心圆套导体之间是绝缘的，所谓的“趋肤效应”是如何的呢？想想多股线的作用。现实决不是一个想当然的世界。 ...
HWM 发表于 2010-5-14 23:19

哈哈，如果把多股走线看做一根导线的话，即使是通直流电，横截面上各点的电流强度也是不同的（考虑绝缘层），所以不能分析整个横截面的趋肤效应，而是分别分析每股导线的趋肤效应，即高频电流只在每股导线的表面流动，多股导线就相当于增加了总的横截面积，这和楼主的那个模型是不同的。

1万 · 2010-5-15 12:07

本帖最后由雪山飞狐D 于 2010-5-15 12:10 编辑

LZ 最大的问题是企图将连续的问题离散化，以求一个精确的逻辑，导致模型的不严格缺陷，只要理解其中的过程，我觉得就可以了，模拟里面动态演变过程远比方程重要

只看该作者 · 2010-5-15 16:43

本帖最后由 lldwsw 于 2010-5-15 16:45 编辑

本人这个解释本身不是严密的，只是为了说明，当时是在给员工培训的时候讲解的，希望他们能够相对深入的理解，对工作有好处即可

其实很多东西没必要太较真，一定要把握一个度，不同的阶段，不同的目的即可。

小学生不能要求博士的水平

博士也不能要求他达到爱因斯坦的水平，

够用就行了，哪怕是谎言

“不对称的讲解，才是真正的错误”

3万 · 2010-5-15 18:38

楼主还在为自己辩护。
这样讲是不行的。
趋肤效应并没有多高深，过去曾是高中物理课内容(定性分析)。
楼主给本公司员工培训，用到的知识楼主在首帖里面已经说过，是楞次定律。
实际上，要讲清楚趋肤效应，只需要用到右手定则和楞次定律，只增加右手定则，而右手定则在楞次定律之前很久(初中)就讲过，所以并不能说是“小学生不能要求博士水平”。
物理系本科生应该能够对趋肤效应进行定量分析(电流密度与深度关系)，这是教材内容，别说博士了。
HWM好像是教师，所以能够给楼主指出错误。

只看该作者 · 2010-5-16 10:21

受教了

只看该作者 · 2010-5-16 14:04

to maychang

本人就声明过，这个解释本身就是不严谨的，这个技术方面没有一点辩护吧。并且趋肤效应本身严格的就是用电磁场理论讲解的。

这个命题最早是在1998年的时候，当时刚上大学的时候提的，跟原来兰州大学的一个教授讨论的，她就是教电磁场这类的，原北京大学毕业后到兰大任教的。刚开始她也完全否定，最后讨论了一个学期，认同比较简单的解释，被她接受，可用于说明。

本人在表达一个观点，就是说有些东西，不见得就非要正确，但让你自己自圆其说的，加深理解，比对有些时候更重要，因为这种理解，对实际有很大的好处。

本人长期以来致力于把复杂的东西简化而能应用于实际，那怕不是很准确，从目前看，取得了很多不错的效果。

高频趋肤效应的简单解释

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