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浅谈涡电流及其应用.pdf

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1浅 谈 涡 电 流 及 其 应 用( 云 南 保 山 保 山 学 院 理 工 学 院 678000)摘 要 : 涡 电 流 的 形 成 是 一 种 电 磁 感 应 现 象 , 当 导 体 处 在 变 化 的 磁 场 中 时 , 导 体 中 就 会 有 涡 电 流 产 生 , 涡电 流 在 日 常 生 活 中 普 遍 存 在 并 得 到 广 泛 应 用 , 对 涡 电 流 的 形 成 原 因 及 其 效 应 进 行 探 讨 。关 键 词 : 涡 流 热 效 应 阻 尼 效 应在 一 些 电 器 设 备 中 , 常 常 有 大 块 的 金 属 存 在 , 如 变 压 器 和 电 动 机 中 的 铁 芯 。 当 这 些 金 属 块 对 磁 场 做 相 对运 动 或 者 处 在 变 化 的 磁 场 中 时 , 就 会 产 生 感 应 电 流 , 我 们 把 金 属 块 看 作 由 一 层 一 层 的 金 属 薄 壳 组 成 , 每 一 薄层 相 当 于 一 个 回 路 , 于 是 每 一 薄 层 回 路 中 都 将 形 成 环 形 的感 应 电 流 。 如 图 1所 示 , 当 从 铁 芯 的 上 端 俯 瞰 铁 芯 中 的 感应 电 流 时 , 感 应 电 流 的 电 流 线 呈 闭 合 的 涡 旋 状 , 因 而 形 象的 把 这 种 感 应 电 流 称 为 涡 电 流 , 简 称 涡 流 。现 在 简 单 探 讨 涡 流 的 形 成 原 因 : 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律表 明 , 当 穿 过 闭 合 导 体 回 路 的 磁 通 量 发 生 变 化 时 , 导 体 回路 中 就 会 产 生 感 应 电 动 势 。 在 上 图 中 , 铁 芯 外 绕 有 线 圈 ,当 给 线 圈 通 入 正 弦 交 变 电 流 时 , 线 圈 周 围 就 产 生 了 交 变 磁场 ; 此 时 铁 芯 处 于 变 化 的 磁 场 中 , 导 体 内 回 路 中 的 磁 通 量发 生 变 化 因 而 产 生 了 感 应 电 动 势 , 从 而 在 导 体 闭 合 回 路 中产 生 感 应 电 流 , 这 个 电 流 就 是 涡 电 流 。 当 导 体 在 磁 场 中 做相 对 运 动 或 者 导 体 静 止 但 是 处 在 随 时 间 变 化 的 磁 场 中 , 或 者 以 上 两 种 情 况 同 时 出 现 时 , 按 照 法 拉 第 电 磁 感 应定 律 定 律 , 导 体 回 路 中 就 会 产 生 感 应 电 流 。 进 一 步 理 解 可 以 认 为 , 当 导 体 对 磁 场 做 相 对 运 动 或 者 处 在 变 化 的磁 场 中 时 , 导 体 中 的 自 由 电 子 将 受 到 洛 伦 兹 力 或 感 生 电 场 力 的作 用 , 这 两 种 力 在 导 体 内 部 引 起 感 应 电 动 势 , 在 导 体 回 路 中 就形 成 涡 流 。由 于 大 多 数 金 属 的 电 阻 率 很 小 , 因 此 不 大 的 感 应 电 动 势 往往 可 以 再 整 块 金 属 内 部 激 起 强 大 的 涡 流 。 涡 流 与 普 通 电 流 一 样流 经 金 属 回 路 时 一 样 要 放 出 焦 耳 热 , 这 就 是 涡 流 的 热 效 应 。 涡流 的 热 效 应 在 生 产 生 活 中 有 广 泛 应 用 。利 用 涡 流 的 热 效 应 进 行 加 热 的 方 法 称 为 感 应 加 热 , 工 业 上2冶 炼 金 属 的 高 频 感 应 炉 就 是 感 应 加 热 的 重 要 应 用 。 高 频 感 应 炉 的 结 构 示 意 图 如 图 2所 示 , 在 坩 埚 外 部 绕 有 线圈 , 将 大 功 率 的 高 频 交 流 电 源 与 线 圈 连 接 , 高 频 电 流 在 线 圈 内 激 发 很 强 的 交 变 磁 场 , 这 时 坩 埚 内 被 冶 炼 的 金属 中 便 产 生 强 大 的 涡 流 , 从 而 释 放 出 大 量 的 焦 耳 热 将 金 属 自 身 熔 化 。 现 在 对 其 感 应 加 热 的 交 变 电 流 频 率 进 行探 讨 , 设 交 变 电 流 的 频 率 为 ω , 其 所 激 发 的 涡 流 强 度 为 I, 因 为 涡 流 属 于 感 生 电 动 势 , 运 算 符 合 法 拉 第 电 磁 感应 定 律 , 则   dtdI 可 以 得 出 焦 耳 热 22  RtIQ上 式 表 明 , 由 涡 流 产 生 的 焦 耳 热 与 交 变 电 流 的 频 率 的 平 方 成 正 比 。 交 变 电 流 的 频 率 越 高 , 则 所 产 生 的焦 耳 热 越
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