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问 涡电流的原理
6585d090ffb6 涡电流在金属块内流动时,释放出大量的焦耳热。用交流线圈激发交变磁场，使放置在交变磁场中的金属块内产生涡电流而被加热，这叫做感应加热，它是感应电炉所依据的原理，用于加热、熔化及冶炼金属。感应加热的独特优点是无接触，可在真空容器内加热，因而可用于提纯半导体材料等工艺中。在变压器、交流电机等交流设备的铁芯中，线圈中交变电流所引起的涡电流导致能量损耗，叫做涡流损耗。涡流发热对电器是有害的，故铁芯常用互相绝缘的薄片（薄片平面与磁力线平行）或细条（细条方向与磁力线平行）叠合而成，以减小涡流损耗。在无线电技术中、高频率范围内，常用铁粉或软磁性铁氧体作磁芯。交变磁场在铁芯中引起涡电流时，如果涡电流所产生的交变磁场可以略去不计，则铁芯内每单位体积的平均涡流损耗功率 pe与频率f的二次方、磁感应强度极大值B涡电流的二次方以及薄片的厚度t（或导线的半径r）的二次方均成正比。其计算公式（用国际单位制）为其中ρ为电阻率。可见使用薄片或细条以及使用电阻率较大的材料可使涡流损耗大大降低。当涡电流所产生的交变磁场不可忽略时，应考虑涡电流所引起的趋肤效应。金属块中的涡电流将受到磁场的作用力。当金属块相对于磁场运动时，涡电流所受磁力总是反抗相对运动，即产生阻尼作用，叫做电磁阻尼，常用于制造电磁阻尼器及电磁制动器。在一些电磁仪表中，利用线圈的铝制框架中涡流的阻尼作用，使线圈较快地稳定在平衡位置上。在千瓦时计（即电度表）中，利用制动磁铁在铝盘中引起涡流,产生阻尼作用,以稳定转动线圈的转速。根据同一原理，当磁场旋转时，置于旋转磁场中的闭合导线或金属导体产生涡电流,所受的磁力反抗相对运动,从而跟随磁场旋转，但转速较旋转磁场略小。这就是感应式异步电动机的运转和磁式转速计测转速所依据的原理。在感应式继电器中，则用交变磁场在金属片中产生涡电流受另一交变磁场的磁力，以驱动金属片的运动。 在金属圆柱体上绕一线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便处在交变磁场中。由于金属导体的电阻很小，涡电流很大，所以热效应极为显著，可以用于金属材料的加热和冶炼。理论分析表明，涡电流强度与交变电流的频率成正比，涡电流产生的焦耳热则与交变电流的平方成正比， 因此，采用高频交流电就可以在金属圆柱体内汇集成强大的涡流，释放出大量的焦耳热，最后使金属自身熔化。这就是高频感应炉的原理。另一方面，导体中发生涡电流，也有有害的方面。在许多电磁设备中常有大块的金属部件，涡电流可使铁芯发热，浪费电能，这就是涡流耗损。 (1)电磁阻尼涡电流还可以起到阻尼作用。利用磁场对金属板的这种阻尼作用，可制成各种电动阻尼器，例如磁电式电表中或电气机车的电磁制动器中的阻尼装置，就是应用涡电流实现其阻尼作用的。(2)电磁驱动这是对电磁阻尼作用起着阻碍相对运动的另一种形式的应用。感应式异步电动机就利用了这一基本原理。
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