高频变压器导线的趋肤效应
浅谈高频变压器屏蔽问题
浅谈高频变压器屏蔽问题发表时间：2018-10-01T09:52:27.683Z 来源：《电力设备》2018年第16期作者：李坚[导读] 摘要：目前开关电源广泛使用在各类家电中，其中家电的EMI效果也越来越受到消费者的重视，大部分消费者更愿意去购买一些EMI效果好的家电产品，开关电源作为比较影响产品EMI效果的一部分越来越收到开发人员重视，如何将高频变压器的干扰降至最低，无疑是对开关电源EMI一项重要问题，本文将主要讲述将对变压器屏蔽问题做一定论述。
（珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070）摘要：目前开关电源广泛使用在各类家电中，其中家电的EMI效果也越来越受到消费者的重视，大部分消费者更愿意去购买一些EMI效果好的家电产品，开关电源作为比较影响产品EMI效果的一部分越来越收到开发人员重视，如何将高频变压器的干扰降至最低，无疑是对开关电源EMI一项重要问题，本文将主要讲述将对变压器屏蔽问题做一定论述。
关键词：高频变压器；电磁屏蔽；平衡干扰；开关电源一、干扰源分析开关电源干扰主要集中在一下几个方面：①零、火线对地（PE）②整流桥后直流母线、强电地对地（PE）③弱电地与强电地之间④直流母线与弱电输出电源之间⑤高频变压器磁芯与强电地之间⑥高频变压器强弱电不同绕组之间1、初级绕组对磁芯干扰初级绕组在工作时会导致磁芯上感应出一定寄生寄生电容，这个感应电容可以通过示波器大概观测出来，在磁芯没有做任何屏蔽的情况下通过示波器观察该电压较大，由于开关电源工作在高频下该寄生电容存在对地反复充放电现象，这些干扰会以共模噪声的形式影响开关电源的端子骚扰电压，进而影响电器的低、中频段（300KHZ~30MHZ）的EMI效果；若此时硬件开关电源Layout不合理，叠加的干扰因素将会直接导致产品EMI测试不合格。
以反激式开关电源为例，在高频变压器工作时，初级对磁芯存在一定电势差，工作时存在寄生电容，由于这个寄生电容的存在会产生位移电流；位移电流位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。
高频电感趋肤效应公式
高频电感趋肤效应公式一、高频电感趋肤效应的定义和原理高频电感趋肤效应是指在交流电场中，导体中的电流主要分布在导体表面附近的现象。
它是高频电路设计和应用中的重要考虑因素，因为在高频电路中，电流的趋肤效应会导致电感元件的频率响应变化和损耗增加。
因此，准确计算和理解高频电感趋肤效应是非常重要的。
二、高频电感趋肤效应公式的推导高频电感趋肤效应的公式可以通过麦克斯韦方程组和安培定律推导得到。
我们以圆形截面的线圈为例进行推导。
首先，根据麦克斯韦方程组，可以得到线圈表面处的磁感应强度与线圈内部电流的关系。
根据安培定律，可以得到线圈内部电流与线圈表面处的感应电场强度的关系。
结合这两个关系，我们可以推导出高频电感趋肤效应的公式。
公式为：δ = √(2ρ/πfμ)其中，δ表示电感的皮肤深度，ρ表示线圈材料的电阻率，f表示交流电场的频率，μ表示磁导率。
三、高频电感趋肤效应公式的含义高频电感趋肤效应公式中的皮肤深度δ表示电流在导体表面附近的深度，它与线圈材料的电阻率、频率以及磁导率有关。
皮肤深度越小，电流在导体表面附近的分布就越集中，导致电感损耗增加。
因此，在高频电路设计中，我们需要选择合适的线圈材料和降低频率，以减小皮肤深度，降低电感损耗。
公式中的电阻率ρ是一个材料属性，不同材料的电阻率不同。
通常，优良的高频电感材料应具有低电阻率以减小电感损耗。
公式中的频率f也是一个重要的影响因素。
随着频率的增加，皮肤深度减小，电流越容易集中在导体表面附近。
因此，在高频电路设计中，我们需要尽量降低频率，以减小电感损耗。
公式中的磁导率μ是导体材料的一个属性，不同材料的磁导率也不同。
优秀的高频电感材料应具有高磁导率，以提高磁感应强度，减小电感损耗。
四、高频电感趋肤效应公式的应用高频电感趋肤效应公式在高频电路设计和应用中具有重要的应用价值。
通过准确计算和理解电感的趋肤效应，可以优化电路设计，提高电路性能。
在高频电路中，电感元件的频率响应是设计中需要考虑的重要参数之一。
趋肤效应简介
多层线圈高频损耗严重、线圈并联不正确时产生高 频环流以及处于强交变磁场中的屏蔽层和不工作中 心抽头线圈高损耗问题。
集肤效应（Skin effect） 集肤效应（Skin effect）
磁场最强 低频时单根导 线产生的磁场 离开导线中心 越远磁场越弱
H = I / πd
在导线中心包围的电流少，磁场H弱。 由中心点向外延伸时，包围的电流逐 渐加大，到达导体表面时包围了全部 电流，磁场也最强。
Skin effect
如果通过高频电流，由于分布电感的作用，外部 电感阻挡了外加电压的大部分，只是在接近表面 的电阻才流过较大电流，由于分布电感压降，表 面压降最大，由表面到中心压降逐渐减少，由表 面到中心电流也愈来愈小，甚至没有电流，也就 是没有磁场。这就是集肤效应或趋肤效应。
研究表明，导线中电流密度从导线表面到中心按指数 规律下降。导线的有效截面积减小而电阻加大。 工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密 度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:
THE END
穿透深度越深导线的利用率越高，反之。
有了上面对集肤效应的分析可以得出下面的使用指导 大直径的导线因交流电阻引起的交流损耗大， 经常用截面之和等于单导线的多根较细导线并联。
如果是两根导线代替一根，细导线的直径
d = D/ 2
单导线的穿透截面积 两根并联导线的穿透截面积
π d∆
2π d ∆
多股细线绞合的利兹线可以减小集肤效应和邻近效应。
b、c和d、e边与主电 流OA相反（图中蓝色）
主电流和涡流 之和在导线表面加 强，趋向导线中心 越弱，电流趋向于 导体表面。这就是 集肤效应。
将单位长度的导 线，分割成足够 小的同心圈，当 沿径向分割足够 小时，认为通过 这些筒的截面磁 感应密度均匀。
趋肤效应讲解
趋肤效应趋肤效应指当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，且电流集中在导体的“皮肤”部分的一种现象。
导线内部实际上电流变小，电流集中在导线外表的薄层。
结果导线的电阻增加，使它的损耗功率也增加。
这一现象称为趋肤效应(skineffect)。
趋肤效应：交流电通过导体时，在导体内部的电流是不均匀的，随着频率升高，电流会越来越趋近于导体表面，频率足够高时， 导体内部几乎没有电流，电流全部分布于导体表面。
这就导致了导体有效导电的截面积减少，电阻增大。
定理定义趋肤效应（skineffect）在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于他的截面上。
严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率（di/dt）为零时才成立。
另一种说法是，导线通过直流（dc）时，能保证电流密度是均匀的。
或者电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。
对于工作于低频的细导线，这一论述仍然是可确信的。
但在高频电路中，电流变化率非常大，不均匀分布的状态甚为严重。
高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势。
由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。
因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。
效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。
趋肤效应简介趋肤效应最早在1883年贺拉斯·兰姆的一份论文中提及，只限于球壳状的导体。
1885年，奥利弗·赫维赛德将其推广到任何形状的导体。
趋肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加，并导致导线传输电流时效率减低，耗费金属资源。
在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统方面都要考虑到趋肤效应的影响。
趋肤效应应用：在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材。
架空输电线中心部分改用抗拉强度大的钢丝。
虽然其电阻率大一些，但是并不影响输电性能，又可增大输电线的抗拉强度。
50hz趋肤效应
50hz趋肤效应
摘要：
1.50Hz 趋肤效应的定义
2.50Hz 趋肤效应的原理
3.50Hz 趋肤效应的应用
4.50Hz 趋肤效应的优缺点
正文：
50Hz 趋肤效应是一种在交流电场中，导线表面电流密度比内部电流密度大的现象。
它是由于电流在导线表面和内部的传输速度不同导致的，表面电流速度较快，而内部电流速度较慢。
50Hz 趋肤效应的原理是，当交流电流通过导线时，电流会在导线表面形成一个电流密集区域，这个区域的电流速度比导线内部的电流速度快。
由于电流的连续性原理，导线内部的电流速度必须小于表面电流速度，这就导致了导线表面的电流密度大于内部的电流密度。
50Hz 趋肤效应在许多领域都有应用，比如在电力系统中，它可以用于防止电线过热，提高电线的传输效率。
此外，50Hz 趋肤效应还可以用于测量电线的厚度和检测电线的损伤。
50Hz 趋肤效应的优点是可以提高电线的传输效率，防止电线过热，提高电线的使用寿命。
但是，它也有一些缺点，比如会导致电线表面的电流密度过大，从而可能引发电线的损伤和火灾。
趋肤效应与线经选择
趋肤效应与变压器线径选择
1. 趋肤效应
当导线通过交流电时，因导线的内部和边缘部分所交链的磁通量不同，致使导线表面上的电流产生不均匀分布，相当于导线有效截面减少，这种现象称为趋肤效应。
开关变压器工作频率一般在20kHz 以上，随着元器件的改善，工作频率的提高，趋肤效应影响越大。
因此，在设计绕组选择电流密度和线径时必须考虑趋肤效应引起的有效截面的减小。
导线通有高频交变电流时，有效截面的减少可以用穿透深度来表示。
穿透深度的意义是：由于趋肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度，计算公式为
Δ=102
⨯⨯⨯ωγμ-3 Δ——穿透深度（mm ）
ω——角频率，ω=2πf （rad/s ）
μ——导线磁导率（H/m ）
γ——导线的导电率（S/m ）
式中μ=4π×10-7 H/m ；γ=58×10-6 S/m 。
2. 导线选择原则
在选用开关电源变压器初、次级绕组线径时，应遵循导线直径小于两倍穿透深度的原则。
当导线要求的线径大于由穿透深度决定的最大有效直径时，应采用小直径的导线并绕或采用多股导线。
大电流绕组最好能采用宽而薄的扁铜带，铜带厚度应小于穿透深度的两倍。
3.电源常用频率的穿透深度。
【电气基础】邻近效应、边缘效应、涡流损耗
【电气基础】邻近效应、边缘效应、涡流损耗对磁性元件的绕组进行合理设计, 能够有效地提高磁性元件性能，但是磁性元件的设计是一个复杂的综合过程, 包含非常多的内容, 需要整体、系统地考虑各种因素。
❶邻近效应相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用使电流偏向一边的特性，称为“邻近效应”。
如相邻二导线A，B流过相反电流IA和IB 时，B导线在IA产生的磁场作用下，使电流IB在B导线中靠近A 导线的表面处流动，而A导线则在IB产生的磁场作用下，使电流IA在A导线中沿靠近B导线的表面处流动。
又如当一些导线被缠绕成一层或几层线匝时，磁动势随绕组的层数线性增加，产生涡流，使电流集中在绕组交界面间流动，这种现象就是邻近效应。
邻近效应随绕组层数增加而呈指数规律增加。
因此，邻近效应影响远比趋肤效应影响大。
减弱邻近效应比减弱趋肤效应作用大。
由于磁动势最大的地方，邻近效应最明显。
如果能减小最大磁动势，就能相应减小邻近效应。
所以合理布置原副边绕组，就能减小最大磁动势，从而减小邻近效应的影响。
理论和实践都说明，设计工频变压器时使用的简单方法，对设计高频变压器不适用。
在磁芯窗口允许情况下，应尽可能使用直径大的导线来绕制变压器。
在高频应用中常导致错误，使用直径太大的导线，则会使层数增加，叠加和弯曲次数增多，从而加大了邻近效应和趋肤效应，就会使损耗增加。
因此太大的线径和太小的线径一样低效。
显然由于邻近效应和趋肤效应缘故，绕制高频电源变压器用的导线或簿铜片有个最佳值。
邻近效应和集肤效应临近效应与集肤效应是共存的。
集肤效应是电流主要集中在导体表面附近，但是沿着导体圆周的电流分布还是均匀的。
如果另一根载有反向交流电流的圆柱导体与其相邻，其结果使电流不再对称地分布在导体中，而是比较集中在两导体相对的内侧，形成这种分布的原因可以从电磁场的观点来理解。
电源能量主要通过两线之间的空间以电磁波的形式传送给负载，导线内部的电流密度分布与空间的电磁波分布密切相关，两线相对内侧处电磁波能量密度大，传入导线的功率大，故电流密度也较大。
趋肤效应高频等效电阻
趋肤效应高频等效电阻嘿，朋友们！今天咱来聊聊那个挺有意思的趋肤效应高频等效电阻。
咱就说啊，这趋肤效应就好像是电流在导体里的一场特别“旅行”。
平常电流在导体里那是畅通无阻地跑啊，但到了高频的时候，它就开始变得“调皮”啦！它就专门往导体表面挤，就跟人爱往热闹的地方凑似的。
这一挤可不得了，导体中间就好像被冷落了一样。
你想想看，电流都挤到表面了，那电阻不就有变化了嘛！就好比一条路，本来大家可以均匀地在上面走，现在都挤到路边去了，那路边不就容易堵嘛，这就相当于电阻增大了呀！这趋肤效应高频等效电阻在我们生活里也有不少体现呢！比如说那些高频的电路，要是不考虑它，那可就容易出问题啦。
就好像你去参加一个聚会，不了解大家的喜好和习惯，那不就容易闹笑话嘛。
咱再打个比方，趋肤效应高频等效电阻就像是一个隐藏在电路里的小怪兽，你要是不了解它，它就会时不时地蹦出来捣乱。
可你要是知道了它的存在，还研究透了它，那你就能把它给收服啦，让电路乖乖听话。
你说这多神奇啊！一个小小的现象，就能对电路产生这么大的影响。
那我们在设计电路的时候，不就得好好考虑考虑它嘛。
不然等出了问题再去解决，那不就麻烦啦！而且啊，这趋肤效应高频等效电阻还能让我们看到，这世界上的很多东西都不是那么简单的。
一个小小的电流，在不同的情况下都能有这么多变化，更何况是我们生活中的其他事情呢。
所以啊，我们得保持一颗好奇的心，多去研究研究这些看似平常但其实很奇妙的现象。
这样我们才能不断进步，不断发现新的知识和乐趣呀！这趋肤效应高频等效电阻不就是一个很好的例子嘛！我们可不能小瞧了它，要好好去探索它背后的奥秘，让我们的电路设计更完美，让我们的科技发展更迅速！怎么样，是不是觉得很有意思呢？。
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高频变压器导线的趋肤效应
1、趋肤效应
趋肤效应亦称为“集肤效应”。
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大。
这种现象称“趋肤效应”。
趋肤效应使导体的有效电阻增加。
当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。
既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。
因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。
交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时，电流将主要地集中到导体表面。
这种效应称为趋肤效应。
利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材。
架空输电线中心部分改用抗拉强度大的钢丝。
虽然其电阻率大一些，但是并不影响输电性能，又可增大输电线的抗拉强度。
2、高频变压器工作频率较高,一般在15-100kHz.因趋肤效应作用,变压器的导线粗细就受到一定限制。
工作频率的提高，趋肤效应影响越大。
因此，在设计绕组选择电流密度和线径时必须考虑趋肤效应引起的有效截面的减小。
导线通有高频交变电流时，有效截面的减少可以用穿透深度来表示。
穿透深度的意义是：由于趋肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度，用“Δ”表示,计算公式为：Δ——穿透深度（mm）；ω——角频率，ω=2πf（rad/s）；
γ——电导率（S/m），当导线为铜线时，(S/m)；
μ——磁导率（H/m）；铜的相对磁导率，；式中即为真空磁导率 H/m。
导体的穿透深度公式可以简化为:Δ＝K×66.1/√f (mm), f是工作频率(Hz), K是常数对铜而言K=1。
铜导体的穿透深度（20 ℃）
f(kHZ) 1 3 5 7 10 13 15 18 20 23
Δ(mm) 2.089 1.206 0.9346 0.7899 0.6608 0.5796 0.5396 0.4926 0.4673 0.4358
f(kHZ) 25 30 35 40 45 50 60 70 80 100
Δ(mm) 0.4180 0.3815 0.3532 0.3304 0.3115 0.2955 0.2697 0.2497 0.2336 0.2098 3、高频变压器单股导线的最大线径<2Δ＝2*66.1/√f (mm).假若工作频率f＝30KHz时,最大线径为0.76mm ,所以选择0.8mm以上的导线就没有意义了.
4. 高频变压器线径
高频变压器线径公式：j I D ÷×13.1= ；I 是电流，J 是电流密度。
【高频变压器电流密度一般选用4.52mm
A ，如果要求不高可以选52mm A ，如果温度环境比较恶劣，然后又是密闭环境应选42mm A ，军工要求则应更低；】——网友经验，待考；
如果计算出的线径D 大于两倍的穿透深度,就需要采用多股线或利兹线 。
大直径的导线因交流电阻引起的交流损耗大，经常用截面之和等于单导线的多根较细导线并联。
多根细导线每根线径的计算公式：i D d i =;
例如用两根导线代替一根，细导线的直径
2=2D d ，注意截面积之和要大于等于单根导线的截面积。
5. 利兹线 “Litz ” 一词源于德语“Litzendraht ”, 意指一根导体是
由多根独立绝缘的 导体绞合或编 织而成。
典型应用有：高频电
感器， 变压器， 变频器， 燃料电池，马 达， 通信及IT 设备，
超声波设备， 声纳设备，电视机，无线电设备，感应加热， 等
等。
1911年纽英伦公司成为美国第一家商业化生产利兹线的厂
家。
从那时开始至今纽英伦一直保持全球领先地位，为世界各
地的客户提供高性能的利兹线产品及解决方案。
利兹线规格参数： 漆包线绞合线（Litz wire ）阿里巴巴价格 100.00元/千克
产品型号：
QZY 、QZYN 产品规格：
：￠0.05×48—0.25×100 产品标准：
GB11018—2008 更新时间：
2010/6/14 产品类别：
180级 产品特性:
具有耐高频，集肤效应小等特点。
应用领域：中高频电机、高频变压器、电磁灶加热线圈、身份识别器等。