渦流產(chǎn)生的原因
從前面我們所學的課程可以得知,通過線圈回路的磁通量發(fā)生變化,線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢,回路中也就產(chǎn)生感應電流(穿過線圈的磁通發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應電動勢)。
如果把一塊導體放在變化著的磁場中或相對于磁場運動時,由于導體內(nèi)部都可構(gòu)成閉合回路,穿過回路的磁通發(fā)生變化,因此在導體中也會產(chǎn)生感應電流,這些電流在導體內(nèi)自行閉合成旋渦狀,故稱渦電流,簡稱渦流。
渦流效應的利弊
如右圖(a)所示,由于導體電阻很小,因此渦流一般都很大。由于電流的熱效應,渦流會使導體發(fā)熱,消耗能量,所以渦流有時是有害的。例如通過變壓器、電動機和發(fā)電機中的交變電流磁場,會使鐵心產(chǎn)生渦流,渦流是鐵芯發(fā)熱,這樣就造成損耗(俗稱鐵損)并使設(shè)備產(chǎn)生熱量,溫度升高,絕緣材料容易老化,縮短變壓器、電動機和發(fā)電機的使用壽命,甚至使他們損壞。
渦流在各種電機、變壓器中是有害的,但也有可用之處,例如工廠冶煉合金時常常用的高頻感應爐就是利用金屬導體塊中產(chǎn)生的渦流來熔化金屬。
電工測量儀表要求指針的擺動很快停下來,以便迅速讀出讀數(shù)(如電流表、電壓表等)。為達到此目的,電流表的線圈要繞在鋁框上,當被測電流通過線圈時,線圈帶動指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動,鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生渦流,磁場對這個渦流的作用力阻礙她們的擺動,于是指針很快地穩(wěn)定指到讀書位置上,這便是渦流效應的應用——電磁阻尼作用。電氣阻尼作用還常用于電氣機車的電磁制動器中。
控制減小渦流效應
如上文右圖(b)以及此處右圖所示,為了減少渦流損耗,在電動機、發(fā)電機、變壓器、交流電磁鐵等設(shè)備的鐵芯材料中,都不使用整塊的鐵芯,而是采用表面涂有絕緣漆的一片片硅鋼片疊壓而成。這是因為硅鋼中含有2~5%的硅,可提高鐵芯的電阻率,此外鐵片與鐵片之間相互絕緣,使渦流被限制在狹小的薄片之間,回路的電阻很大,渦流便大為減小,從而使渦流存世大大降低。