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涡流效应:产生的原因及涡流效应的利弊与控制

2013.11.12 14:08 评论:0

这是电磁与电磁感应章节的最后一节。

涡流产生的原因

涡流产生示意图

从前面我们所学的课程可以得知,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

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

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。