变压器中磁性元件的损耗问题详解

会增加铁损)，慎用

先来看看集肤效应的定义：

集肤效应又叫趋肤效应，是指导体通过交流电流时，在导体截面中，存在边缘部分电流密度大，中心部分电流密度小的现象。

肌肤效应产生的原理比较复杂，简单的表述为：

如上图，设流过导体的电流为i，方向如图。根据右手法则， 则要产生m.m.f的磁场，并垂直电流方向，如图的八个小圆圈就是进入与离开道题的磁力线。根据法拉第电磁感应，磁力线通过导体会产生涡流，方向如图中8个小圆圈周围的大圆圈方向所示。

由图可知，涡流的方向加强了导体边缘电流，抵消了导体中心的电流，这便是集肤效应产生的原理。

关于集肤效应，赵修科老师在《开关电源中的磁性元件》一书中有过详细的论述

在这里再引入一个名词：穿透深度

定义：当导通流过高频电流时，由于趋肤效应导致电流从导通表层流过，此表层的厚度称为穿透深度或趋肤深度，用“Δ”表示

需要说明的是穿透深度指的是导体的半径。

穿透深度跟工作温度，导体的电阻率，导体的相对磁导率以及频率等因素有关

其计算公式为

Δ=65.5/√f(mm) 20℃

Δ=76.5/√f(mm) 100℃

公式我就不推导了，有兴趣可以参阅相关资料。

由上面的公式不难看出，工作频率越高，导线的穿透深度就越低，所以广大工程师在设计变压器的时候，一定要考虑频率对导线的穿透深度影响。

电流减少，但电流的方向还是不变的，所以产生的磁场方向还是不变的

这里只是解释了集肤效应产生的原理，所以没有提频率的影响，我是这样理解的：频率越高，那么电流变化率越大，就意味着产生磁场强度越强，也就是说产生的涡流对中心的电流阻碍作用就越大，所以就有了一个穿透深度的问题

下面来看临近效应

定义：

当两个相邻导体流过方向相反的电流时，相互之间会产生磁动势，而磁动势在对方的导体中会产生涡流，此涡流导致导体相互靠近的地方电流加强，而相互远离的地方电流减弱。

由上图可知，临近效应导致导体有部分流过的电流小甚至不流过电流，而有一部分流过的电流则很大，这个会引起很大的热损耗，在导线较粗的情况下尤为明显。

实践证明，临近效应跟绕线的层数密切相关，临近效应随绕线层数的增加呈指数规律增加

关于临近效应的产生原理，赵修科老师有非常详细与精彩的分析

磁性元件的设计中存在太多的不确定因素，比如同样的绕制工艺要求，不同厂家做出来的会有小小的差异，还有磁芯材质的差异，因为不是每个工厂都用得起TDK的磁芯，所以，我认为设计是需要丰富的经验加上实际的调试来确定最终参数。

我一般都是线大概计算下参数，然后在实际中调试，最终确定的参数主要是看调试的效果。