导线集肤效应产生的原理及集肤深度

圆形导线的截面受涡流的影响使电流只流经导线表面极薄的一部分，主电流的流动方向是OA，如果没有集肤交流的影响，电流应该是均匀地流过该段圆形导线的横截面。先假设有一电流沿导线中心轴OA方向流动，根据弗莱明右手定则，让大姆指指向OA轴电流的方向，那么该段导线周围产生的磁场方向，便是沿着由l到2，由2到3，再由3到l的圆形方向，小实点表示由纸面向外穿出，小“X”表示由纸面向里穿进，由1、2、3、1平面构成磁力线的闭合回线。因流经OA轴的电流是变化的，所以导线周围便产生交替变化的磁场。根据法拉弟定律，一个变化的磁场会在其周围的区域，产生一个感应电流，部分的X和Y平面。依据楞次定律，闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化。因此流经导线的电流产生的磁场感应出两个环形感应电动势abcd和efgh，这两个感应电动势便产生环形的电流——涡流。在X环路中，电流方向为顺时针方向，涡流由d—c-b—a_+d构成闭合回路；由右手定则可知，这环路电流产生的磁场方向与主轴OA电流产生的磁场方向相反，为由纸面向里穿入，为消弱主磁场。而在Y环路中，涡流方向上e-f—g-h—e构成闭合回路，由该闭合回路电流所产生的磁场，由右手定则可判断为磁场由纸里向外穿出，同样是消弱主电流磁场。两个平面X和Y在靠近主电流OA轴的附近，沿ef轴和de轴的电流方向与主电流OA轴电流方向相反，它们与OA轴的主电流相互抵消，有消弱主电流的趋势。然而在X与Y平面中，gh轴与ba轴的电流方向，与主电流方向相同，有增强主电流的趋势。所以，净电流（涡流和主电流之和）在圆形导线的外表面被增强，而在导线的横截面中心处相互抵消，几乎没有中心电流流过，也是中心轴OA的电流被消弱近于0。由上述分析可知，高频电流流过导线的实际面积小于导线总面积．交流阻抗要大于直流电流流过此导线时的直流阻抗。而交流阻抗的大小由集肤深度决定，集肤深度又与电源的频率有密切关系。