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涡流是怎么形成的,涡流有什么作用

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2017-07-16 14:34:37

涡流是怎么形成的,涡流有什么作用】

一、涡流是怎么形成的

1、涡流的形成原因

涡流是怎么形成的,涡流有什么作用

涡流:整块金属处于变化的磁场中或切割磁感线时,在金属内部形成闭合回路,从而形成像旋涡状的感应电流,这种电流叫做涡电流,简称涡流。

涡流的热效应:利用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频炉;家庭中使用的电磁灶。

涡流的磁效应:利用涡流所产生的磁场进行电磁阻尼和电磁驱动。(相关阅读:涡流效应,涡流损耗  涡流是什么,涡流的产生原因  )

2、涡流的检测

涡流检测(Eddy Current Testing)是许多无损检测(NDT)方法之一,它应用“电磁学”基本理论作为导体检测的基础。涡流检测是把导体接近通有交流电的线圈(简称探头),由线圈建立交变磁场,该交变磁场通过导体,并与之发生电磁感应作用,在导体内建立涡流。导体中的涡流也会产生自己的磁场,涡流磁场的作用也会改变原磁场的强弱,进而导致线圈电压和阻抗的变化。

因此,当导体表面或近表面出现缺陷或测量的金属材料发生变化时,将影响到涡流的强度和分布,涡流的变化又引起了检测线圈电压和阻抗的变化,根据这一变化,就可以间接地知道导体内缺陷的存在及金属材料的性能是否有变化。

由于试件形状的不同,检测部位不同,所以检测线圈的形状与接近试件的方式也不尽相同。为了适应各种检测需要,人们设计了各种各样的检测线圈和涡流检测仪器。

二、涡流的形成与涡流的危害

涡流的形成

1、涡流的形成

在一根导体外面绕上线圈,并让线圈通入交变电流,那么线圈就产生交变磁场。

由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路,闭合电路中的磁通量在不断发生改变,所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流,电流的方向沿导体的圆周方向转圈,就像一圈圈的漩涡,所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

导体的外周长越长,交变磁场的频率越高,涡流就越大。

导体内部的涡流也会产生热量,如果导体的电阻率小,则涡流很强,产生的热量就很大。

涡流在导体中要产生热量。所消耗的能量来源于使导体运动的机械功,或者建立时变电磁场的能源。

2、涡流的危害

在电工设备中,为了防止涡流的产生或者减少涡流造成的能量损失,将铁心用互相绝缘的薄片或细丝叠成,并且采用电阻率较高的材料如硅钢片或铁粉压结的铁心。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。 我们常接触到的涡流如: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。

三、涡流现象的形成原因及危害分析

涡流的形成

线圈套在一个整块的铁芯上,铁芯可以看成是由许多闭合的铁丝组成的,闭合铁丝所形成的平面与磁通方向垂直。每一根闭合铁丝都可以看成一个闭合的导电回路。当线圈中通过交变电流时,穿过闭合铁丝的磁通不断变化,于是在每个铁丝中都产生感应电动势并引起感应电流。这样,在整个铁芯中,就形成一圈圈环绕铁芯轴线流动的感应电流,就好象水中的旋涡一样。这种在铁芯中产生的感应电流叫做涡流。

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。

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。

此外,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。

四、涡流是怎么产生的,有何利弊?

1、涡流的产生:电磁感应作用在导体内部产生的感应电流。

2、涡流的利弊

利:涡流探测,可以利用这种技术来探测金属;可以利用涡流制造加热设备,如电磁炉。还可以利用涡流冶炼金属

弊:会引起一些设备、用电器的损耗。 例如损坏变压器、电动机等。

五、在电力中涡流的形成原因

是金属相当闭合电路,相对磁铁的运动使闭合电路的磁通量变化,金属中就产生了涡流。

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、导体的磁导率和电导率等因素有关。 

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