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高频趋肤效应的简单解释

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楼主
lldwsw|  楼主 | 2010-5-14 12:01 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。

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沙发
雪山飞狐D| | 2010-5-14 15:13 | 只看该作者
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

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板凳
HWM| | 2010-5-14 19:23 | 只看该作者
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。

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地板
hartcomm| | 2010-5-14 19:51 | 只看该作者
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)

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5
雪山飞狐D| | 2010-5-14 20:10 | 只看该作者
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





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6
HWM| | 2010-5-14 21:25 | 只看该作者
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。

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7
sheriff| | 2010-5-14 22:49 | 只看该作者
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。

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HWM| | 2010-5-14 23:19 | 只看该作者
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。

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9
lldwsw|  楼主 | 2010-5-14 23:36 | 只看该作者
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

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10
xwj| | 2010-5-14 23:37 | 只看该作者
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

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11
lldwsw|  楼主 | 2010-5-14 23:42 | 只看该作者
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

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12
lldwsw|  楼主 | 2010-5-14 23:43 | 只看该作者
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

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13
HWM| | 2010-5-14 23:53 | 只看该作者
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。

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14
HWM| | 2010-5-15 00:00 | 只看该作者
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。

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15
sheriff| | 2010-5-15 08:52 | 只看该作者
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。

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16
雪山飞狐D| | 2010-5-15 12:07 | 只看该作者
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

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lldwsw|  楼主 | 2010-5-15 16:43 | 只看该作者
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”

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18
maychang| | 2010-5-15 18:38 | 只看该作者
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。

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19
ldf976600| | 2010-5-16 10:21 | 只看该作者
受教了

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20
lldwsw|  楼主 | 2010-5-16 14:04 | 只看该作者
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。

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