邻近效应

在电磁学中,邻近效应()是指在携带交流電(AC)的相邻平行電導體中,由于磁效应而引起的电流重新分布现象。在相邻导体中若交流电方向相同,导体内的电流会集中到远离邻近导体的一侧;若电流方向相反,电流则集中到靠近邻近导体的一侧。邻近效应由另一个导体随时间变化的磁场,即通过电磁感应在导体内感应出的渦電流引起。例如,在多匝且相邻匝并列的交流电线圈中,每根导线内的电流会集中到朝外的细条带上。该“电流拥挤”现象使得电流占据导体的有效横截面积减小,增大了电流密度和导体的交流电阻。随着频率的增加,导体一侧电流的集中程度增大,因此在较高频率时,带相同电流的相邻导线的电阻会更高。

解释
{{multiple image
| align = right
| direction = horizontal
| header =
| image1 = Proximity effect - current in same direction.svg
| caption1 = 两个并列导线在相同方向携带交流电时邻近效应的形成。电流I,红色箭头。一根导线的磁场B,绿色线在另一根导线上感应出环形涡流E。图中右侧导线的上半部分被透明化以显示金属内部的电流。涡流在邻近侧沿主电流的反方向流动(1),使该处电流减小;而在远侧与主电流同向流动(2),使该处电流增大。横截面上的箭头和色阶(3)示意了导线内电流分布,蓝色表示低电流,绿色、黄色和红色依次表示电流增大。
| width1 = 300
| image2 = Proximity effect - current in opposite directions.svg
| caption2 = 两根导线在相反方向携带交流电时的邻近效应。当交流电流流过导体时,会在其周围产生交变磁场。交变磁场在相邻导体中感应出渦電流,改变这些导体内流动的电流总分布。因此,电流会被集中到远离携带相同方向电流的相邻导体的导体区域。

与直流電相比,邻近效应会显著增加相邻导体的交流电阻。该效应随着频率增加而增强。在高频下,导体的交流电阻很容易超过其直流电阻的十倍以上。

例子:两根并行导线
邻近效应的成因可从并列导线的示意图中看出,这两根导线并列且携带交流电。)条形绕组某一部分的交流/直流电阻比图。可见增加层数会在高频时显著增加电阻。]]R_\text{AC} = R_\text{DC}\left(\operatorname{Re}(M) + \frac{(m^2-1) \operatorname{Re}(D)}{3}\right)

  • RDC 为该部分的直流电阻
  • Re(·) 表示括号内表达式的实部
  • m 为该部分的层数,该值应为整数
  • M = \alpha h \coth (\alpha h) *D = 2 \alpha h \tanh (\alpha h/2)
  • \alpha = \sqrt{\frac{j \omega \mu_0 \eta}{\rho}}

** \omega 表示电流的角频率
** \rho 为导体材料的电阻率
* \eta = N_l \frac{a}{b}N*l 为每层的匝数
** a* 为方形导体的边宽
** b* 为绕组窗口的宽度
** h* 为方形导体的高度

参考

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