轉(zhuǎn)載。

一 集膚效應(yīng)以及產(chǎn)生原因

先說(shuō)什么叫集膚效應(yīng)：當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體或?qū)w中有交變磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)際上沒(méi)有任何電流，電流集中在臨近導(dǎo)體外表的一薄層 ，這一現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。也就是說(shuō)集膚效應(yīng)只出現(xiàn)在交變磁場(chǎng)中，對(duì)于恒定的電流是均勻分布的。

那集膚效應(yīng)如何產(chǎn)生的呢？我們知道根據(jù)楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。如果將流過(guò)導(dǎo)體截面的交變電流看成是由無(wú)數(shù)電流線組成的，則每根電流線都會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。據(jù)此，對(duì)于交變電流，以圓形截面的導(dǎo)體為例，越靠近導(dǎo)體中心處,受到磁力線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)愈大，越靠近表面處則不受其內(nèi)部磁力線的影響。這就導(dǎo)致趨近導(dǎo)體表面處電流密度較大。由于自感電動(dòng)勢(shì)隨著頻率的提高而增加，趨膚效應(yīng)亦隨著頻率提高而更顯著，當(dāng)頻率很高的電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大，大大降低了導(dǎo)體材料的有效利用率。

二 基于應(yīng)用談集膚效應(yīng)

其實(shí)談集膚效應(yīng)，如果刨根問(wèn)底，我想可能想破頭也不一定能思考明白，理論的事情就讓科研人員去解決吧，我們工程技術(shù)人員就基于理論談應(yīng)用，站在巨人肩膀上能解決問(wèn)題即可。為了讓大家對(duì)理論死心，先展示幾個(gè)公式，讓我一下子回到大學(xué)《電磁場(chǎng)導(dǎo)論》這門(mén)課程了，真是太難了！

回歸正題，給大家總結(jié)了幾個(gè)實(shí)際工程中有用的知識(shí)點(diǎn)：

1. 平常一提集膚效應(yīng)，大家第一反應(yīng)總是頻率，會(huì)說(shuō)我們的工頻電流太小，可以忽略不計(jì)，實(shí)際不一定，因?yàn)樵斐呻娎|發(fā)熱除了頻率以外，還有另外一個(gè)詞：穿透深度，即光或其他電磁輻射對(duì)某材料的穿透能力的量度，其定義為進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁輻射強(qiáng)度減弱為表面上最初強(qiáng)度的1/e（約37%）距離材料表面的深度。定義我們就看看行了，看多了燒腦。以下照片也可以幫助我們理解穿透深度。

為什么這里要說(shuō)，這么復(fù)雜定義的詞，確實(shí)與我們實(shí)際有關(guān)：集膚效應(yīng)大多數(shù)人會(huì)意識(shí)到50Hz低頻下的導(dǎo)體產(chǎn)生發(fā)熱線損忽略。然而，集膚效應(yīng)對(duì)導(dǎo)電材料產(chǎn)生的穿透深度，即使是50Hz工頻下也有確定的值，若導(dǎo)體的厚度或者半徑超過(guò)對(duì)應(yīng)的穿透深度，其中心部位電流密度必然大幅度降低。因此，研究工頻下的集膚效應(yīng)是很有意義的。

基于以上基礎(chǔ)，我們?cè)儆涀∫粋€(gè)結(jié)論：

對(duì)于銅導(dǎo)體，在50Hz交流電下的穿透深度大約是9.3毫米，因此銅導(dǎo)體的直徑不超過(guò)2x9.3=18.6≈20mm。講到這里，有沒(méi)有恍然大悟，為什么我們常見(jiàn)的銅排厚度≤10mm，這樣才能保證當(dāng)兩根銅排搭接時(shí)，其搭接厚度不得超過(guò)20mm，以此避免集膚效應(yīng)

發(fā)熱。同理，若母線采用銅棒制作，若銅棒的直徑超過(guò)20mm，則必須采用壁厚為10mm的銅管來(lái)制作，因?yàn)榇┩干疃纫酝獾膶?dǎo)體電流密度會(huì)很低，作用不大。

2. 家用電為什么不需要考慮交流電的集膚效應(yīng)？

對(duì)于家用電來(lái)說(shuō)，導(dǎo)線截面大多采用1.5到4mm2，直徑很小，哪怕6mm2截面的導(dǎo)線，其直徑也才為2.73mm，遠(yuǎn)小于50Hz交流電下的穿透深度9.3mm。據(jù)說(shuō)有人理論計(jì)算家用電常用電線，其載流量因?yàn)榧w效應(yīng)的影響充其量3%，所以可以忽略不計(jì)啦！

3. 多股線是可以防集膚效應(yīng)的。

有人做過(guò)研究，1根1.5mm直徑的圓銅線，傳送100kHz 10A電流時(shí)，電流密度是直流的2.085倍，交流電阻是直流電阻的2.1倍，交流損耗也是直流損耗的2.1倍；但使用13根0.42mm直徑的圓導(dǎo)線并聯(lián)來(lái)代替1.5mm的單根導(dǎo)線時(shí)，交流電阻，電流密度，交流損耗和直徑1.5mm的導(dǎo)線的直流電阻，直流電流密度和損耗相當(dāng)。

以上文字，若有不足還請(qǐng)包涵！