邻近效应

在电磁学中，邻近效应（英语：proximity effect）是指在携带交流电（AC）的相邻平行电导体中，由于磁效应而引起的电流重新分布现象。在相邻导体中若交流电方向相同，导体内的电流会集中到远离邻近导体的一侧；若电流方向相反，电流则集中到靠近邻近导体的一侧。邻近效应由另一个导体随时间变化的磁场，即通过电磁感应在导体内感应出的涡电流引起。例如，在多匝且相邻匝并列的交流电线圈中，每根导线内的电流会集中到朝外的细条带上。该“电流拥挤”现象使得电流占据导体的有效横截面积减小，增大了电流密度和导体的交流电阻。随着频率的增加，导体一侧电流的集中程度增大，因此在较高频率时，带相同电流的相邻导线的电阻会更高。

解释

两个并列导线在相同方向携带交流电时邻近效应的形成。电流I，红色箭头。一根导线的磁场B，绿色线在另一根导线上感应出环形涡流E。图中右侧导线的上半部分被透明化以显示金属内部的电流。涡流在邻近侧沿主电流的反方向流动(1)，使该处电流减小；而在远侧与主电流同向流动(2)，使该处电流增大。横截面上的箭头和色阶(3)示意了导线内电流分布，蓝色表示低电流，绿色、黄色和红色依次表示电流增大。

两根导线在相反方向携带交流电时的邻近效应。^[1] 在此情况下，左侧导线的磁场B，绿色线穿过右侧导线的方向向下，因此涡流E呈逆时针方向环绕。涡流在与另一导线相邻的一侧(1)与主电流同向，使其增大；而在远侧(2)与主电流反向，使其减小。

随时间变化的磁场会通过电磁感应影响流经导体内的电流分布。^[1][2]:p.141当交流电流流过导体时，会在其周围产生交变磁场。交变磁场在相邻导体中感应出涡电流，改变这些导体内流动的电流总分布。因此，电流会被集中到远离携带相同方向电流的相邻导体的导体区域。

与直流电相比，邻近效应会显著增加相邻导体的交流电阻。该效应随着频率增加而增强。在高频下，导体的交流电阻很容易超过其直流电阻的十倍以上。

例子：两根并行导线

邻近效应的成因可从并列导线的示意图中看出，这两根导线并列且携带交流电。^{[1][2]:p.142-143}每幅图中右侧导线的上半部分为透明以显示金属内部的电流。每幅图描绘了交流电周期中电流正在增加的某一瞬间。

电流同方向

在第一幅图中，两根导线中的电流方向相同。左侧导线产生的环形磁场穿过另一根导线。根据右手定则，这些磁力线穿过导线的方向为向上。依据法拉第电磁感应定律，当随时间变化的磁场正在增强时，它在导线内部沿磁力线周围会产生顺时针方向的环形电流。这些称为涡电流。

在靠近另一根导线的左侧(1)，涡流方向与导线内的主电流相反，因此它抵消主电流，使该处电流减小。在右侧(2)，涡流与主电流同向，因此增强了主电流。净效应是将导线横截面的电流重新分布为位于远离另一根导线一侧的细条带。横截面上的红色箭头和色阶(3)显示了电流分布，蓝色表示低电流，绿色、黄色、红色依次表示电流增大。

用同样的分析方法，也能推断出左侧导线内的电流同样被集中到远离另一根导线的远侧。

在交流电中，导线内的电流有一半时间在增加，另一半时间在减小。当导线中的电流开始减小时，涡流的方向会反转，从而使电流的再分布也随之反向。

电流反方向

在第二幅图中，两根导线的交流电方向相反；在左侧导线中电流指向页面内，在右侧导线中电流指向页面外。这种情况出现在交流电源电缆中，两个导线中的电流方向始终相反。在此情况下，由于电流方向相反，根据右手定则，左侧导线产生的磁场在右侧导线内的方向为向下，而不是第一幅图中的向上。依据法拉第定律，环形涡流呈逆时针方向。

在靠近另一根导线的左侧(1)，涡流现在与主电流同向，因此增强主电流。在右侧(2)，涡流与主电流反向，使其减小。与前一情况相反，净效应是将电流重新分布为集中在靠近另一根导线的一侧的细条带。

影响

用于高频无线电发射机的电感器，为减少邻近效应引起的电阻而采取的结构。线圈限制为单层，并且匝间有间隔。

额外的电阻会增加功率损耗，在电力电路中可能产生不良的发热。邻近效应和集肤效应显著增加了高频下高效变压器和电感器件的设计难度，例子包括用于开关模式电源的器件。

在用于无线设备的射频LC电路中，电感器的邻近效应和集肤效应损耗会降低其品质因子，从而增宽带宽。为尽量减少此类损耗，高频电感器采用特殊结构。绕组通常限制为单层，并且匝与匝之间常有间隔以分离导体。在多层线圈中，连续层通常以交错方式绕制，避免导线彼此平行；这些结构有时称为“篮式绕组（英语：Basket winding）”或“蜂巢”线圈。由于电流在导体表面流动，高频线圈有时会进行镀银处理，或使用辫线。

Dowell 损耗计算方法

该一维方法用于变压器，假定导线具有矩形横截面，但可通过将圆形导线视为具有相同截面积的正方形来近似应用于圆形导线。

绕组被划分为“部分”（portion），每个部分为包含一个磁动势（MMF）为零位置的层组。对于带有独立初级和次级绕组的变压器，每个绕组为一个部分。对于交错（或分节）绕组的变压器，最内层和最外层各为一部分，其他各部分在零磁动势处被分为两部分。部分总电阻由下式给出：^[3]

在不同频率下（δ为集肤深度）条形绕组某一部分的交流/直流电阻比图。可见增加层数会在高频时显著增加电阻。

$${\displaystyle R_{\text{AC}}=R_{\text{DC}}\left(\operatorname {Re} (M)+{\frac {(m^{2}-1)\operatorname {Re} (D)}{3}}\right)}$$

• R_DC 为该部分的直流电阻
• Re(·) 表示括号内表达式的实部
• m 为该部分的层数，该值应为整数
• ${\displaystyle M=\alpha h\coth(\alpha h)}$ *${\displaystyle D=2\alpha h\tanh(\alpha h/2)}$
• ${\displaystyle \alpha ={\sqrt {\frac {j\omega \mu _{0}\eta }{\rho }}}}$
  • ${\displaystyle \omega }$ 表示电流的角频率
  • ${\displaystyle \rho }$ 为导体材料的电阻率
  • ${\displaystyle \eta =N_{l}{\frac {a}{b}}}$N_l 为每层的匝数
    • a 为方形导体的边宽
    • b 为绕组窗口的宽度
    • h 为方形导体的高度