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涡流是什么,涡流的产生原因是什么

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2017-07-14 21:52:46

【涡流是什么,涡流的产生原因是什么】

有关涡流的小知识,什么是涡流,涡流是涡电流的简称,导体内的感生电流流动的路线呈漩涡形,称之为涡流,涡流产生的原因有哪些,铁损与涡流损失有什么关系,一起了解下。

一、涡流是什么

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涡流是涡电流的简称,迅速变化的磁场在整块导体(包括半导体)内引起的感生电流,其流动的路线呈漩涡形,这就是涡流。

磁场变化造快,感生电动势就越大,因而涡流也就越强。涡流能使导体发热。

在磁场发生变化的装置中,往往把导体分成一组相互绝缘的薄片(缸电机、变压器的铁心)或一束细条(如感应圈铁心),以减低涡流强度,从而减少能量损耗。

当需要产生高温时,又可利用涡流来取得热量,如高频电炉就是根据这一原理设计的。

电机、变压器的铁损就和涡流损失和磁滞损失有关。

铁损的大小直接影响电机、变压器的效率和温升。

二、涡流的产生原因

涡流产生的原因

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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、导体的磁导率和电导率等因素有关。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。

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。

另外,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。

三、涡流的形成范围与哪些因素有关

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线圈的形状和大小、激励线圈的频率、被检工件的材质(电导率、磁导率)、传感器与被检试件之间的距离等,当然还与外部环境的干扰有一定的关系。

四、涡流效应产生的原因及涡流效应的利弊分析

涡流产生的原因

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涡流产生示意图

通过线圈回路的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电动势,回路中也就产生感应电流(穿过线圈的磁通发生变化而产生的感应电动势)。
如果把一块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时,由于导体内部都可构成闭合回路,穿过回路的磁通发生变化,因此在导体中也会产生感应电流,这些电流在导体内自行闭合成旋涡状,故称涡电流,简称涡流。

涡流效应的利弊

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【涡流效应】

如右图(a)所示,由于导体电阻很小,因此涡流一般都很大。由于电流的热效应,涡流会使导体发热,消耗能量,所以涡流有时是有害的。

例如,通过变压器、电动机和发电机中的交变电流磁场,会使铁心产生涡流,涡流是铁芯发热,这样就造成损耗(俗称铁损)并使设备产生热量,温度升高,绝缘材料容易老化,缩短变压器、电动机和发电机的使用寿命,甚至使他们损坏。

涡流在各种电机、变压器中是有害的,但也有可用之处,例如工厂冶炼合金时常常用的高频感应炉就是利用金属导体块中产生的涡流来熔化金属。

电工测量仪表要求指针的摆动很快停下来,以便迅速读出读数(如电流表、电压表等)。为达到此目的,电流表的线圈要绕在铝框上,当被测电流通过线圈时,线圈带动指针和铝框一起转动,铝框在磁场中转动时产生涡流,磁场对这个涡流的作用力阻碍她们的摆动,于是指针很快地稳定指到读书位置上,这便是涡流效应的应用——电磁阻尼作用。电气阻尼作用还常用于电气机车的电磁制动器中。

控制减小涡流效应

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控制变压器涡流效应

如上文右图(b)以及此处右图所示,为了减少涡流损耗,在电动机、发电机、变压器、交流电磁铁等设备的铁芯材料中,都不使用整块的铁芯,而是采用表面涂有绝缘漆的一片片硅钢片叠压而成。这是因为硅钢中含有2~5%的硅,可提高铁芯的电阻率,此外铁片与铁片之间相互绝缘,使涡流被限制在狭小的薄片之间,回路的电阻很大,涡流便大为减小,从而使涡流存世大大降低。

以上介绍了涡流是什么,涡流产生的原因,以及在安全生产方面对涡流的利用与控制,希望对大家有所帮助,更多内容请继续关注(电工天下 www.dgjs123.com)。 

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