集肤效应涡流.pptx
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1、CQU5.9 5.9 集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽5.9.1 集肤效应集肤效应交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称大。这种现象称“集肤效应集肤效应”。图图5.9.1 电流的集肤效应电流的集肤效应概念概念1 1 集肤效应集肤效应概念概念2 2 时变场中的良导体时变场中的良导体在中低频电磁场中在中低频电磁场中满足满足 的材料称为的材料称为良导体良导体,良导体可以忽略良导体可以忽略位移电流位移电流,属属于于MQSMQ
2、S场。场。CQU利用利用 ,有,有所以所以对对 两边取旋度,两边取旋度,概念概念3 3 扩散方程扩散方程同理同理CQU在正弦电磁场中,有扩散方程在正弦电磁场中,有扩散方程令令 ,有扩散方程,有扩散方程式中式中CQU以半无限大导体为例,电流沿以半无限大导体为例,电流沿 y 轴流动,则有轴流动,则有通解形式通解形式由由 有有 由由 有有当当 ,有限,故有限,故则则图图5.9.2 半无限大导体中的半无限大导体中的 电流电流 Jy 的分布的分布扩散方程:扩散方程:CQU1、令、令 称为称为透入深度透入深度(Skin depth),),d 的大小反映电的大小反映电磁场衰减的快慢。磁场衰减的快慢。2 2、
3、当、当 时,幅值时,幅值 3 3、当材料确定后,、当材料确定后,衰减快衰减快 电流不均匀分布。电流不均匀分布。当当 时,幅值时,幅值d 表示电磁场衰减到表面值的表示电磁场衰减到表面值的 36.8%或或 1/e 时所经时所经过的距离过的距离。图图5.9.3透入深度透入深度4 4、一定厚度的平板导体的电流分布,板的厚度远大于一定厚度的平板导体的电流分布,板的厚度远大于d d。对于交变电流沿。对于交变电流沿圆柱导体分布的问题,如果电磁场的透入深度远较导体的曲率半径小时,圆柱导体分布的问题,如果电磁场的透入深度远较导体的曲率半径小时,上述分析仍然是适用的。上述分析仍然是适用的。CQU5.9.2 5.9
4、.2 涡流及其损耗涡流及其损耗 当导体置于交变的磁场中,与磁场正交的曲面上当导体置于交变的磁场中,与磁场正交的曲面上将产生闭合的感应电流,即将产生闭合的感应电流,即涡流涡流 (eddy current)(eddy current)。其特点:其特点:热效应热效应 涡流是自由电子的定向运动,有与涡流是自由电子的定向运动,有与传导电流相同的热效应。传导电流相同的热效应。去磁效应去磁效应 涡流产生的磁场反对原磁场的变化。涡流产生的磁场反对原磁场的变化。工程应用:叠片铁芯(电机、变压器、电抗器等)、电磁屏蔽、电磁工程应用:叠片铁芯(电机、变压器、电抗器等)、电磁屏蔽、电磁炉等。炉等。图图5.9.4 涡流
5、涡流1 1)涡流涡流CQU2)涡流场分布分析实例涡流场分布分析实例变压器铁芯叠片变压器铁芯叠片-硅钢硅钢含硅含硅0.8%-4.8%的电工钢材,的电工钢材,添加硅材料的目的:添加硅材料的目的:降低电导率,减小涡降低电导率,减小涡流损耗流损耗。硅钢片的厚度一般小于硅钢片的厚度一般小于1mm硅钢片之间硅钢片之间相互绝缘相互绝缘!CQU3 3)涡流场分布涡流场分布以变压器铁芯叠片为例,研究涡流场分布。以变压器铁芯叠片为例,研究涡流场分布。假定磁场:假定磁场:x=0 时时,。假设:假设:l,h a,场量,场量 近似与近似与y、z无关,仅是无关,仅是 x 的函数;的函数;,故故 分布在分布在 xo y 平
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