我們都知道，載流導線會產(chǎn)生磁場，磁場方向可以用右手定則來判斷，即右手大拇指伸直指向電流方向，四指環(huán)繞方向即磁場方向，且距離導線越近，磁場強度也越強。

圖1

圖2

假設(shè)電流的回流線相距非常遠，忽略回流線磁場對單根載流導線的磁場產(chǎn)生的影響。這樣單根導線電流產(chǎn)生的磁場如圖1所示。如果流過導線的電流是直流或低頻電流I，在導線內(nèi)和導線的周圍將產(chǎn)生磁場B，磁場從導體中心向徑向方向擴展開來，而在導體內(nèi)部也存在磁場，在導體中心點，磁場包圍的電流為0，磁場也為0；由中心點向徑向外延伸時，包圍的電流逐漸加大，磁場也加強，當達到導體表面時，包圍了全部電流，磁場也最強(H=l/πd，d為導線直徑) 。在導體外面，包圍的電流不變，離開導線中心越遠，磁場也越弱。

取圖2的軸向橫截面，如圖3所示，低頻電流在整個截面上均勻分布。當導體通過高頻電流時，變化的電流就要在導體內(nèi)和導體外產(chǎn)生變化的磁場(如圖3中藍色和紫色圈)垂直于電流方向。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，高頻磁場在導體內(nèi)沿長度方向的兩個平面（如圖3中橙色箭頭兩邊的平面）產(chǎn)生感應(yīng)電勢。此感應(yīng)電勢在導體內(nèi)沿軸向產(chǎn)生的渦流(如圖3中虛線構(gòu)成的兩個橢圓)阻止磁通的變化。可以看到渦流靠近導線外側(cè)的方向與主電流方向一致（圖3中三個長箭頭表示主電流方向），而渦流靠近導線中心的方向與主電流方向相反。這樣主電流和渦流之和在導線表面加強，越向?qū)Ь€中心越弱，電流趨向于導體表面，這就是集膚效應(yīng)。

圖3

可將導體內(nèi)由導體中心到表面的磁電關(guān)系等效為一個L、R的倒L形串聯(lián)等效電路(圖4)，A點表示導線表面，B點表示導線的中心，Lx為表面外電感，Ln為由表面到中心的電感。電路的輸入是導線的全部電流，當直流或低頻電流流過時，電感不起作用或作用很小。電路中電阻的電流總和等于導線總電流。但如果導線流過高頻電流，由于分布電感作用，外部電感阻擋了外加電壓的大部分，只是在接近表面的電阻才流過較大電流，由于分布電感降壓，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，由表面到中心電流也愈來愈小，甚至沒有電流，也沒有磁場。這就是集膚效應(yīng)或趨膚效應(yīng)的電路描述。

圖4

研究表明，導線中電流密度從導線表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降。導線有效截面減少而電阻加大，損耗加大。為便于計算和比較，工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368(即1/e) 的厚度為趨膚深度或穿透深度△，即認為導體表面下深度為△的厚度流過導線的全部電流，而深度超過△的導體完全不流過電流?！髋c頻率f和導線物理性能的關(guān)系為:

△2 = 2k/ωμγ

μ：導線材料的磁導率

γ：材料的電導率

k：材料電導率溫度系數(shù)

ω=2πf：f—頻率

大直徑的導線因交流電阻引起的交流損耗大，經(jīng)常用截面之和等于單導線的多根較細導線并聯(lián)。如果是兩根導線代替一根，細導線的直徑d=D/√2，D——單導線直徑。單導線穿透截面積為πd△，兩根并聯(lián)導線的穿透面積為√2πd△ ，增加了41%。如果采用多根細線絞合的利茲線，它可以減少集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，但價格比一般導線貴，同時應(yīng)當注意，因為利茲線是相互絕緣的細線組成，操作時容易折斷和末端焊接不良，往往引起損耗加大，甚至出現(xiàn)奇怪的音頻噪聲和振蕩。利茲線一般用于50kHz以下，很少用到100kHz。