电磁场集肤效应答辩

SkinEffectandTransmissionLineLoss•简单定义介绍XX•集肤效应原理介绍XXX•集肤效应与透入深度XXX•如何减少传输线的损耗XXX•集肤效应的应用与展望XXX简单流程介绍BriefIntroductionoftheDefinition传输线损耗电磁屏蔽室什么是集肤效应？集肤效应(skineffect)又叫趋肤效应、表皮效应，当交变电流通过导体时，电流将趋于导体表面流过，这种现象叫集肤效应。相关研究美国休斯顿大学的Kolobov教授曾经研究过气态开关中等离子体的不规则集肤效应。而同样基于等离子体导电的半导体器件的集肤效应也有少数科学家进行过理论推导，如瑞典的M.J.O.Strutt教授曾经用数学方法计算过锗在一定情况下由集肤效应引起的表面电导变化。集肤效应产生的原因当导线流过交变电流时，根据楞次定律会在导线内部产生涡流,与导线中心电流方向相反。由于导线中心较导线表面的磁链大，在导线中心处产生的电动势就比在导线表面附近处产生的电动势大。结果导致电流在表面流动，中心则无电流。具体来说，有以下几个原因：第一，当电子在导线内移动时，在其运动的垂直方向伴生着磁场，其它电子在磁场的作用下向逐步向周边发散移动，于是移向了导线的表层附近，形成了电流的集肤效应。第二，电子在导体内总是沿着阻力最小的路线流动。在导体表面及近表层，电子换位流动阻力较小。而在导体内部，电子定向流动要受到五个方向的阻力，（而在表面只有三个方向的阻力）可见电子在导体表层附近运行的阻力要比在内部小得多，这样就导致了电流的集肤效应。第三，温度的影响：在导体内部，电阻产生的热不易散发，温度较高，线路不是很扁平，这样就导致了电子通路相对窄小，电阻就高。在导体的表面，散热快、温度低，线路扁平，这样就导致了电子通路相对宽大，而故导体表面电阻小，外来电子运行较快。集肤效应原理介绍XXXIntroductiontotheTheoryofSkinEffect集肤效应方程图5.9.1电流的集肤效应cJzTheEquationoftheSkinEffect在电磁场中满足的材料称为良导体，良导体可以忽略位移电流，属于MQS场。(a)低频，电流均匀分布(b)高频，感应电场的作用(c)集肤效应图圆导体截面内电磁场分布示意图EjEDjJH电磁场满足下列方程00DBBEEHt从麦克斯韦方程得知利用矢量定理▽×▽×E=▽(▽•E)－▽²E=﹣jωμ▽×H(2)在良导体里,假设没有空间电荷这时传导电流将是主要的，位移电流可以忽略集肤效应方程：JjJ2EjE2（6）（7）XXXSkinEffectandDepthofPenetrationTyeE0yEtHyE取复数：TyzeEjkH0且TEldsjJIys0且dsHEIZs)(1*2lhjlhj1210单位面积阻抗为：j1RsXXXHowtoReducetheTransmissionLineLoss由（15）式可以证明,对于实际使用情况来说,只要y大于5δ时，导体电流几乎为零。从（18）式可以看出,半无限大平面导体在给定频率下的集肤电阻,与厚度为δ的平面导体的直流电阻相等.然而,必须指出：从（18）式不能得出任何导体在直流时都有零电阻,因为（18）式是由无限厚导体推导出来的,无限厚导体在直流时的电阻才为零。2.Rs与频率的平方根成正比,频率越高,Rs越大。因此,对于微波传输线或波导,它们的导体表面制备必须特别注意。1.同样从（18）式可看出，Rs与导电率σ平方根的倒数成比例,为了减小Rs必须寻求σ大的金属材料,或在某种材料上涂覆一层导电率大的金属材料。(18)fRs13.工程上采用的一种减缓集肤效应的方法是所谓的利兹线。利兹线采用将多条金属导线相互缠绕的方法，使得电磁场能够比较均匀地分布，这样各导线上的电流分布就会较为平均。使用利兹线后，产生显著集肤效应的频率可以从数千赫兹提高到数兆赫兹。利兹线一般应用在高频交流电的传输中，可以同时减缓集肤效应和邻近效应。4.高电压大电流的架空电力线路通常使用钢芯铝绞线，这样能使铝质部分的工作部分温度降低，减低电阻率，并由于集肤效应，电阻率较大钢芯上承载的电流极少，因而对电流的影响不大。钢芯铝绞线钢芯铝绞线具有结构简单、架设与维护方便、线路造价低、传输容量大抗拉强度大等诸多优点。5.由上面原理知，高频交流传导电流主要集中在导线表面，因此可以将实心导线换成空心导线管，中间补上绝缘材料的方法，这样既能节省材料又能可以减轻导线的重量。6.当传输的频率在很高频或微波级别时，一般会使用镀银(已知的除超导体外最好的导体)的导线，因为这时集肤深度很小，银层只需镀很薄的一层，否则会造成很大浪费。无氧铜空心导线无氧铜镀银线XXXTheApplicationandExpectationofSkinEffectThankyou！