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涡流  

2009-03-17 15:54:27|  分类: 电路/电网/电子 |  标签: |举报 |字号 订阅

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涡流(eddy current)

  涡流产生原因:

  当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。如果用图表示这样的感应电流,看起来就象水中的旋涡,所以我们把它叫做涡电流。 

   电磁感应作用在导体内部感生的电流。又称为傅科电流。导体在磁场中运动,或者导体静止但有着随时间变化的磁场,或者两种情况同时出现,都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律,在导体中就产生感应电动势,从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同,其路径往往有如水中的漩涡,因此称为涡流。导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时,因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式,结合具体问题的上述诸因素进行。

  电动机,变压器的线圈都绕在铁心上。线圈中流过变化的电流,在铁心中产生的涡流使铁心发热,浪费了能量,还可能损坏电器。因此,我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁心材料的电阻率,常用的铁心材料是硅钢。如果我们仔细观察发电机、电动机、和变压器,就可以看到,它们的铁心都不是整块金属,而是用许多薄的硅钢片叠合而成。为什么这样呢? 原来,把块装金属置于随时间变化的磁场中或让它在磁场中运动时,金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路,很像水的漩涡,因此叫做涡电流简称涡流。整块金属的电阻很小,所以涡流常常很强。如变压器的铁心,当交变电流穿过导线,时穿过铁心的磁通量不断随时间变化,它在副边产生感应电动势,同时也在铁心中产生感应电动势,从而产生涡流。这些涡流使铁心大量发热,浪费大量的电能,效率很低。但涡流也是可以利用的,在感应加热装置中,利用涡流可对金属工件进行热处理

  大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中,都要产生感应电动势,形成涡流,引起较大的涡流损耗。为减少涡流损耗,交流电机、电器中广泛采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压制成的铁心,这样涡流被限制在狭窄的薄片之内,磁通穿过薄片的狭窄截面时,这些回路中的净电动势较小,回路的长度较大,回路的电阻很大,涡流大为减弱。再由于这种薄片材料的电阻率大(硅钢的涡流损失只有只有普通钢的1/5至1/4),从而使涡流损失大大降低。 

  另一方面,利用涡流作用可以做成一些感应加热的设备,或用以减少运动部件振荡的阻尼器件等。

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