集肤效应及深度计算及涡流的相关知识
涡流
1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 铝合金
1.55 1.50 84
86 88 90 92 94 96 98 100
硬度HRB 时效硬化铝合金的硬度与电导 率的关系
（3）混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率的分 布带不相重合，就可以利用涡流法先测
出混料的电导率，再与已知牌号或状态
的材料和零部件的电导率相比较，从而
将混料区分开。
涡流检测Ⅲ ——涡流测厚
涡流测厚
1）覆盖层厚度测量
覆盖层（涂覆层）：为满足防护、装饰等功能要求 的涂层、镀层或渗层。
常见基体与覆层材料的功能组合： a.绝缘材料/非磁性金属材料 条件：基体材料与覆层之间的电导率相差较大。 b.顺（抗）磁性材料/顺磁性材料 c.绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料
19
60
（1）材料成分及 杂质含量的鉴别（ 涡流电导仪） 原理：金属的电 导率值受其纯度影 响。杂质含量增加 电导率会降低。
电 导 率
Zn Pb Al0 P 0.5
铜中杂质的含量%
Fe
Si 1
铜中杂质的含量与电导率的关系
电导率（相对值）
（ 2 ）热处理状 态的鉴别 原理：相同的 材 料经过 不 同的 热 处理后 不 仅硬 度 不 同， 而 且电 导率也不同。
（4）涡流检测的对比试样
对比试样是针对被检测对象和检测要求， 按照相关标准规定的技术条件加工制作，并 经相关部门确认的用于被检测对象质量符合 性评价的试样。 利用对比试样调整检测仪器以及在检测中 利用对比试样定期检查仪器的工作正常与否， 还可以利用对比试样的人工缺陷作为调整仪 器的标准当量，以此来判断被检工件是否合 格。
涡流检测Ⅰ ——涡流探伤
集肤效应、涡流、邻近效应及电磁屏蔽
05
电磁屏蔽
定义与原理
电磁屏蔽定义
电磁屏蔽是指通过特定的材料或结构 ，将电磁波限定在某一区域内，防止 其向外传播或干扰其他设备的技术。
屏蔽原理
电磁屏蔽主要利用屏蔽材料对电磁波 的反射、吸收和引导作用，使电磁波 在屏蔽材料内部产生衰减，从而达到 屏蔽的效果。
屏蔽材料与技术
屏蔽材料
常用的电磁屏蔽材料包括金属、导电高分子、碳材料等。金属具有良好的导电性和反射性能，是电磁 屏蔽的首选材料；导电高分子和碳材料则具有轻质、易加工等优点，适用于特定场合。
对电磁波的屏蔽作用。这种方法被广泛应用于电子设备中的电磁屏蔽设
计。
03
涡流检测
集肤效应还可以应用于涡流检测中。当交变磁场作用于导体时，会在导
体内部产生涡流。通过测量涡流引起的磁场变化，可以实现对导体缺陷、
裂纹等缺陷的检测。
03
涡流
定义与原理
涡流定义
当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个导体中会产生感应 电流，这种感应电流像水的旋涡一样，被称为涡流。
影响因素
导体间距
导体之间的距离越近，邻近效应越明显。当两个 导体紧密接触时，邻近效应将达到最大值。
电流大小
导体中的电流越大，产生的磁场越强，从而邻近 效应也越明显。
导体形状和尺寸
导体的形状和尺寸会影响其内部和外部磁场的分 布，从而影响邻近效应的大小。
应用场景
电力传输
在电力传输系统中，邻近效应可能导致电线之间的能量损失和干扰。为了减小这种影响， 可以采取增加电线间距、使用绞线等措施。
蔽效果，如电磁屏蔽室、电磁屏蔽材料等。
04
邻近效应
定义与原理
定义
邻近效应是指当两个导体彼此接近时，一个导体中的电流会 在另一个导体中产生感应电流，从而导致两个导体之间存在 相互作用的现象。
集肤深度概念及公式
集肤效应1．解释集肤效应(skin effect)又叫趋肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应。
电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。
频率越高，趋肤效用越显著。
因为当导线流过交变电流时，在导线内部将产生与电流方向相反的电动势。
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。
这样作用的结果，电流在表面流动，中心则无电流，这种由导线本身电流产生之磁场使导线电流在表面流动。
集肤效应是电磁学，涡流学（涡旋电流）的术语。
这种现象是由通电铁磁性材料，靠近未通电的铁磁性材料，在未通电的铁磁性材料表面产生方向相反的磁场，有了磁场就会产生切割磁力线的电流，这个电流就是所谓的涡旋电流，这个现象就是集肤效应。
2.影响及应用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。
在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。
集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。
与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。
正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。
35涡讲义流与集肤效应
RL
N12 N22
RL
RL'
(
N2 N2
)2
RL
RL' n2RL
接在二次绕组的负载阻抗对一次侧的影响， 可以用一个接于一次绕组的等效阻抗来代 替，等效阻抗等于的倍
上试表明，负载R L 接在变压器的二次侧上，从电源
中获取的功率和负载 RL' n2RL
直接接在电源上所获取的功率是 完全相同的。也就是说，R L ' 是 R L 在变压器一次侧中 的交流效电阻。变压器的这种特性常用于电子电路 中的阻抗匹配，使负载获得最大功率。
单相变压器的额定容量：SN = U2N I2N / 1000(KVA)
三相变压器的额定容量: S N 3U 2N I2N /1000(KVA)
2.3 三相变压器
图5.11 三相变压器结构
三相变压器的高压绕组电压和低压绕组电压的比值， 不仅与高、低压绕组的每相匝数有关，而且与绕组 的接法有关
图5.12 三相变压器绕组接线方式
4.变压器的几个参数
（1）额定电压U1N和U2N 一次侧绕组的额定电压是指加 在一次侧绕组上的正常工作电压值。它是根据变压器的 绝缘强度和允许发热等条件规定的。二次侧绕组的额定 电压是指变压器在空载时，一次策绕组加上额定电压后， 二次绕组两端的电压值。
（2）额定容量SN是指电压器在额定工作状态下 二次侧的视在功率，单位为KVA。
6.2.4 变压器特性 1. 变压器的外特性
图6.13 变压器的外特性曲线
变压器一次电压 U 1 为额定值时，二次侧的电 压 U2 （ f I2） 的关系曲线称为变压器的外特 性
2. 变压器的效率
图5.14 变压器效率曲线
变压器的输出功率 P 2 和输入功率 P 1 之比称为
趋肤效应 集肤效应
趋肤效应_集肤效应交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应(skin effiect)，趋肤效应也称集肤效应。
趋肤效应（skin effect），在“GB/T2900.1-2008电工术语基本术语”中定义如下：由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小；注2：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
一、趋肤效应原理趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。
以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图1所示。
图1、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图根据安培环路定理，磁场强度H沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。
均匀材质的导体中，磁感应强度B与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。
实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图2所示：图2、涡流与趋肤效应如图，电流I流过导体，在I的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流i，涡流i的方向在导体内部总与电流I的变化趋势相反，阻碍I变化，涡流i的方向在导体表面总与I的变化趋势相同，加强I变化。
在导体内部，等效电阻变大，而导体表面的等效电阻变小，交变电流趋于在导体表面流动，形成趋肤效应。
趋肤效应使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。
趋肤效应下导体的等效电阻变化了，这个等效电阻，称为交流电阻，交流电阻与电流的频率有关，频率越高，交流电阻越大。
趋肤效应 集肤效应
趋肤效应_集肤效应交变电流通过导线时，电流在导线横截面上的分布是不均匀的，导体表面的电流密度大于中心的密度，且交变电流的频率越高，这种趋势越明显，该现象称为趋肤效应(skin effiect)，趋肤效应也称集肤效应。
趋肤效应（skin effect），在“GB/T2900.1-2008电工术语基本术语”中定义如下：由于导体中交流电流的作用，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。
注1：随着电流频率的提高，趋肤效应使导体的电阻增大，电感减小；注2：在更一般的情况下，任何随时间变化的电流都产生趋肤效应。
一、趋肤效应原理趋肤效应实际上是涡流的体现，涡流是电磁感应的一种体现方式，但是，某些文献简单的认为，由于电流流过导体时，导体中心处的磁感应强度大，因电磁感应产生的感应电动势大，根据楞次定理，感应电动势将阻碍电流的变化，这种说法是错误的。
以截面为圆形的长直导线为例，其磁场分布如下图1所示。
图1、截面积为圆形的长直导线内部磁场分布图根据安培环路定理，磁场强度H沿闭合回路的线积分等于闭合回路包含的电流的代数和，与闭合回路之外的电流无关。
均匀材质的导体中，磁感应强度B与磁场强度成正比，选闭合回路为图中所述的各条磁力线，可知，越靠近导体中心，磁力线包围的电流越小，在导体轴线上，磁感应强度为零。
实际上，趋肤效应是涡流效应的结果，如图2所示：图2、涡流与趋肤效应如图，电流I流过导体，在I的垂直平面形成交变磁场，交变磁场在导体内部产生感应电动势，感应电动势在导体内部形成涡流电流i，涡流i的方向在导体内部总与电流I的变化趋势相反，阻碍I变化，涡流i的方向在导体表面总与I的变化趋势相同，加强I变化。
在导体内部，等效电阻变大，而导体表面的等效电阻变小，交变电流趋于在导体表面流动，形成趋肤效应。
趋肤效应使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的电阻增大了。
趋肤效应下导体的等效电阻变化了，这个等效电阻，称为交流电阻，交流电阻与电流的频率有关，频率越高，交流电阻越大。
涡流的集肤效应和透入深度的关系
涡流是一种在导电体中产生的电磁现象，它具有很强的渗透性和非接触性。
在工业生产中，涡流常被用于测量和控制金属导体的深度和表面质量。
涡流测试技术已经成为了工业界的一大利器，而其集肤效应和透入深度的关系成为了人们关注的焦点。
涡流的集肤效应是指涡流在导体中产生的电磁感应能量主要分布在导体表面附近，随着距离的增加，感应能量逐渐减小。
而透入深度是指涡流能够在导体内部产生的渗透深度，它受到导体材料、频率和导体形状的影响。
对涡流的测试常常需要考虑到集肤效应和透入深度的关系，因为这些关系对于测试结果和准确度有着重要的影响。
下面将从以下几点来详细探讨涡流的集肤效应和透入深度的关系：1. 集肤效应和透入深度的基本概念我们需要了解涡流的集肤效应和透入深度的基本概念。
涡流的集肤效应是由于涡流在导体中产生的磁场对于电导体内部的电磁感应作用，使得电流密度随着深度的增加而减小。
而透入深度是指涡流在导体中产生的磁场能够渗透到导体内部的深度，它与导体材料的电导率有关，通常用一个参数来表示。
2. 影响集肤效应和透入深度的因素我们需要了解影响集肤效应和透入深度的因素。
在涡流测试中，影响集肤效应和透入深度的因素有很多，主要包括导体材料的电导率、频率、导体形状和涡流测量的检测距离等。
这些因素都会对集肤效应和透入深度产生不同程度的影响。
3. 集肤效应和透入深度的关系我们进一步探讨集肤效应和透入深度之间的关系。
根据理论分析和实验验证，集肤效应与透入深度存在着明显的关联。
一般来说，当频率较高时，集肤效应较明显，透入深度较浅；而当频率较低时，集肤效应较弱，透入深度较深。
这种关系在涡流测试中有着重要的意义，可以帮助测试人员选择合适的频率来实现准确的测试结果。
4. 应用案例分析我们通过一些实际的应用案例来分析涡流的集肤效应和透入深度的关系。
以航空航天领域为例，涡流测试被广泛应用于飞机引擎叶片的质量检测。
在实际测试中，通过精准控制涡流系统的频率和检测距离，可以实现对叶片表面缺陷和内部质量的检测，而集肤效应和透入深度的关系对测试结果的准确度起着至关重要的作用。
涡流趋肤效应计算公式
涡流趋肤效应计算公式
涡流趋肤效应是指在导电体中存在交变电磁场时，电流会集中在导体表面附近形成涡流，从而导致电流在导体内部的传输受到阻碍的现象。
涡流趋肤效应的计算公式如下：
$$
\delta=\sqrt{\frac{2\rho}{\pif\mu}}
$$
其中，
$\delta$是涡流趋肤深度（SkinDepth），单位为米；
$\rho$是导体的电阻率，单位为欧姆·米；
$f$是电磁场的频率，单位为赫兹；
$\mu$是导体的磁导率，单位为亨利/米。
涡流趋肤深度表示了电流在导体中的分布情况，深度越大表示电流在导体内部分布越均匀，趋肤效应越弱；深度越小表示电流在导体表面附近分布越集中，趋肤效应越明显。
一般情况下，导体的周围环境和导体的尺寸对涡流趋肤深度有一定的影响。
涡流趋肤效应的计算公式可以通过导体的材料参数、导体尺寸和电磁场的频率来确定，它在电磁学、电路设计以及电磁兼容性等领域中都有重要的应用。
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定义
集肤效应(skin effect)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。
电流以较高的频率在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。
频率越高，趋肤效用越显著。
原理
因为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。
这样作用的结果，电流在表面流动，中心则无电流，这种由导线本身电流产生之磁场使导线电流在表面流动。
集肤效应是电磁学，涡流学（涡旋电流）的术语。
这种现象是由通电铁磁性材料，靠近未通电的铁磁性材料，在未通电的铁磁性材料表面产生方向相反的磁场，有了磁场就会产生切割磁力线的电流，这个电流就是所谓的涡旋电流，这个现象就是集肤效应。
计算公式
我们可以计算交变电流集肤效应的深度：δ=1/sqrt(1/2*w*σ*μ)
其中，w是交流电频率，σ是导体电导率，μ是导体磁通率（相对磁导率）。
16MnC5按低碳合金钢σ为1.4*10-7欧/厘米；μ按500计算，w按目前使用的17kHz计算δ=1/sqrt(1/2*w*σ*μ)=13.68mm，目前齿套最厚处为9mm。
如用公式
则δ=δ=56.4 √（p/u r f）=1.23mm
涡流百度百科
涡流抑制
大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中，都要产生感应电动势,形成涡流，引起较大
的涡流损耗。
为减少涡流损耗，常将铁心用许多铁磁导体薄片（例如硅钢片）叠成，这些薄片被分开呈梯形状，表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。
磁场穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种薄片材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。
所以，交流电机、电器中广泛采用叠片铁心。
当然，在生产和生活中，有时也要避免涡流效应。
如电机、变压器的铁芯在工作时会产生涡流，增加能耗，并导致变压器发热。
要减少涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，削弱回路电流，减少发热损失。