邻近效应

概念定义

邻近效应（proximity effect）是相邻导体传输交流电时，交变磁场使导体横截面内的电流重新分布的电磁现象。电流因此集中在导体的局部区域，实际承载电流的有效横截面积缩小，局部电流密度和交流电阻随之升高。邻近效应与趋肤效应都会形成附加铜损耗，但前者来自邻近导体磁场对电流分布的影响。

工作原理

交流电流在导体周围产生随时间变化的磁场。该磁场穿过相邻导体时，依据电磁感应在其内部形成涡电流。涡电流在导体横截面的不同位置分别增强或抵消原有电流，最终造成电流拥挤。

两根平行导体中的电流方向相同时，一根导体产生的交变磁场会使另一根导体靠近它的一侧电流减弱、远侧电流增强，电流因而集中在远离相邻导体的一侧。两根导体中的电流方向相反时，涡电流与主电流的叠加关系改变，电流转而集中在两根导体彼此靠近的一侧。交流电源电缆中的往返导体可出现后一种分布。

频率升高时，电流向导体局部区域集中的程度会增加，交流电阻也会进一步高于直流电阻。导体的排列方式、绕组层数、横截面尺寸、电阻率及磁场分布同样会影响损耗程度。

技术构成与计算

邻近效应涉及交流导体、邻近导体产生的交变磁场、导体内部的感应涡电流，以及由此形成的非均匀电流密度。在多匝线圈中，相邻线匝及不同绕组层之间均会相互影响；当多根相邻线匝并列并传输同向电流时，电流可能集中在绕组朝外的狭窄区域。

变压器绕组损耗可采用一维的 Dowell 方法估算。该方法以矩形截面导体为基本假设，并可把圆形导体近似为具有相同截面积的正方形导体。计算时按磁动势为零的位置划分绕组部分，并结合直流电阻、层数、角频率、导体电阻率、每层匝数及绕组窗口尺寸等因素求取交流电阻。交错或分节绕组需要依照零磁动势位置进一步划分。

应用场景与影响

邻近效应主要影响交流电缆、多匝线圈、变压器和电感器。增加的交流电阻会提高功率损耗并产生额外热量，使高频变压器及开关模式电源所用磁性元件的绕组设计更复杂。在射频 LC 电路中，电感器的邻近效应与趋肤效应损耗会降低品质因子，并使电路带宽增宽。

降低相关损耗的方法包括把高频电感绕组限制为单层、在线匝之间保留间隔，以及在多层线圈中采用交错排列，减少导线长距离平行相邻。篮式绕组和蜂巢线圈即利用这类排列方式。高频线圈也可采用表面镀银或编织线，以配合高频电流主要分布在导体表面及局部区域的特性。