磁的基本概念課件

集膚效應南京航空航天大學民航學院民航電子電氣工程周潔敏jieminzh@集膚效應南京航空航天大學民航學院引言高頻開關(guān)電源中，損耗仍然是高頻磁性元件設計的依據(jù)。高頻效應：高頻電流在線圈中流通產(chǎn)生的結(jié)果寄生電感、寄生電容的影響大大地損害了開關(guān)電路的性能，主要體現(xiàn)在：效率降低、電壓尖峰、寄生振蕩和電磁干擾等采用緩沖、箝位等措施改善高頻開關(guān)電源的性能，使電路復雜化，可靠性降低。討論寄生參數(shù)產(chǎn)生的原因和對策；討論渦流產(chǎn)生的原理和帶來的問題。引言高頻開關(guān)電源中，損耗仍然是高頻磁性元件設計的依據(jù)。高頻效多層線圈高頻損耗嚴重、線圈并聯(lián)不正確時產(chǎn)生高頻環(huán)流以及處于強交變磁場中的屏蔽層和不工作中心抽頭線圈高損耗問題。多層線圈高頻損耗嚴重、線圈并聯(lián)不正確時產(chǎn)生高頻環(huán)流以及處于強

集膚效應（Skineffect）低頻時單根導線產(chǎn)生的磁場在導線中心包圍的電流少，磁場H弱。由中心點向外延伸時，包圍的電流逐漸加大，到達導體表面時包圍了全部電流，磁場也最強。磁場最強離開導線中心越遠磁場越弱集膚效應（Skineffect）低頻時單根導線產(chǎn)生的磁場6.1集膚效應（Skineffect）高頻電流通入時，在導體內(nèi)外產(chǎn)生變化的磁場（1-2-3和4-5-6），方向垂直于電流。平面L和N產(chǎn)生感應電動勢。這個感應電動勢在導體內(nèi)整個長度方向產(chǎn)生的渦流阻止磁通的變化。6.1集膚效應（Skineffect）高頻電流通入時，a、b和e、f邊的電流與主電流OA方向一致（圖中紅色）b、c和d、e邊與主電流OA相反（圖中藍色）a、b和e、f邊的電流與主電流OA方向一致（圖中紅色）b、c主電流和渦流之和在導線表面加強，趨向?qū)Ь€中心越弱，電流趨向于導體表面。這就是集膚效應。主電流和渦流之和在導線表面加強，趨向?qū)Ь€中心越弱，電將單位長度的導線，分割成足夠小的同心圈，當沿徑向分割足夠小時，認為通過這些筒的截面磁感應密度均勻。將單位長度的導線，分割成足夠小的同心圈，當沿徑向分割足夠小時集膚效應的電路描述：取此載流導線一個單位長度，由導線中心到外徑徑向分成若干同心小筒，當這些徑向分割足夠小時，認為通過這些筒截面An的磁感應是均勻的。Ln-n單元單位長度電感Lx-表面以外全部電感Rn-桶狀導體單位長度的電阻A點－導線截面B點－導線中心集膚效應的電路描述：取此載流導線一個單位長度，由導線當直流和或低頻電流流過時，電感不起作用或作用很小。電路電阻電流總和等于導線總電流。當直流和或低頻電流流過時，電感不起如果通過高頻電流，由于分布電感的作用，外部電感阻擋了外加電壓的大部分，只是在接近表面的電阻才流過較大電流，由于分布電感壓降，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，由表面到中心電流也愈來愈小，甚至沒有電流，也就是沒有磁場。這就是集膚效應或趨膚效應。Skineffect如果通過高頻電流，由于分布電感的作用，外部Skineffe工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368（即1/e）的厚度為趨膚深度或穿透深度Δ:式中

μ－導線材料的磁導率；

γ＝1/ρ－材料的電導率；

k－材料電導率（或電阻率）溫度系數(shù)；研究表明，導線中電流密度從導線表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降。導線的有效截面積減小而電阻加大。工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.一般磁性元件的線圈溫度高于20度。在導線溫度100度時穿透深度與頻率平方根成反比。隨著頻率的增加，穿透深度減小。一般磁性元件的線圈溫度高于20度。在導線溫度100度時穿透深

對于直徑為d的圓導線，直流電阻Rdc反比于導線截面積。因集膚效應使導線的有效截面積減少，交流電阻Rac增加，當導線直徑大于兩倍穿透深度時:穿透深度與頻率的平方根成反比，隨著頻率的增加，穿透深度減少，Rac/Rdc隨之增加。導線的直流阻抗與導線的截面積有關(guān)，集膚效應使導線的截面積減?。唤涣髯杩古c通過電流的頻率有關(guān)，頻率越高，阻抗越大。對于直徑為d的圓導線，直流電阻Rdc反比于導線截面穿透深度越深導線的利用率越高，反之。穿透深度越深導線的利用率越高，反之。有了上面對集膚效應的分析可以得出下面的使用指導大直徑的導線因交流電阻引起的交流損耗大，經(jīng)常用截面之和等于單導線的多根較細導線并聯(lián)。如果是兩根導線代替一根，細導線的直徑單導線的穿透截面積兩根并聯(lián)導線的穿透截面積多股細線絞合的利茲線可以減小集膚效應和鄰近效應。有了上面對集膚效應的分析可以得出下面的使用指導大直徑的導線因利茲線用于50KHZ以下，很少用到100KHZ大電流（15-20A以上）情況下，一般不用利茲線，而用銅箔，將銅箔切割成骨架的寬度，厚度可以比開關(guān)頻率時的穿透深度大37%，銅箔之間需要絕緣。開關(guān)電源中大部分電流