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本科毕业论文(设计)

题目:涡流损耗与应用的初步探讨

学院:物理与电子科学学院

班级:物理学二班

姓名:郑建峰

指导教师:马孟森职称:讲师

完成日期:2016年5月25日

涡流损耗与应用的初步探讨

摘 要:在机变器等电气设备中除电路部分外还有所谓的磁路部分然而

目录

0引言1

1涡电流理论基础1

2.薄导体板中的涡流分布及涡流损耗1

2.1薄导体板中的涡流分布1

2.2薄导体板由于涡流的损耗3

2.3薄导体板小结3

3块状金属的涡流及涡流损耗4

3.1铁芯为整块金属4

3.2铁芯为绝缘的薄片5

3.3块状金属的小结6

4涡流的应用:电磁炉6

4.1电磁炉的工作原理6

4.2电磁炉为什么不能用铜锅和铝锅7

5举例8

5.1涡流显徽镜8

5.2单相电能表中的涡电流9

5.3阻尼器中的涡电流10

5.4感应加热中的涡电流11

结论11

;力敏感性.


5.2单相电能表中的涡电流

如图2所示,单相电能表由五部分组成:(l)与负载串联,匝数较少的电流线圈,(2)与负载并联,匝数较多的电压线圈,(3)铝质圆盘,(4)永久磁铁,(5)计数器.

图7单相电能表的原理

当电路接通,流过电流线圈的负载电流I在铁芯及它的两端激起穿过铝盘的交变磁场,从而在铝盘中感应出涡电流,设某瞬时,如图7所示,与铁芯一端所对铝盘区域涡电流为顺时针走向,另一铁芯端所对铝盘区域涡电流为逆时针走向,与此同时,

电压为V的电压线圈中也有与电压成正比的电流流过,成了一个电磁铁,该瞬时圆盘上部的铁芯端为N极,圆盘下部的铁芯端为S极,处在N,S极之间的两股涡电流的流向相同,电压线圈建立的磁场垂直向下,这磁场给涡电流的安培力为F,F对圆盘转轴的力矩M1为

式中φ是交变电流I与交变电压V之间的相位差,式中cosφ,称为功率因数,P为(有功)功率.

力矩M1使铝盘转动起来,切割永久磁铁间隙中的磁力线,在此区域的铝盘中形成涡电流.铝盘转速n越大,涡电流越大,这涡电流与永久磁铁的磁场相互作用,按楞次定律,应形成阻碍圆盘转动的阻力矩M1,M2,从与圆盘转速成正比,得

当M1等于M2时,圆盘匀速转动,由上二式得

功率与圆盘转速成正比,用计数器将圆盘转动的圈数记下来,相当于对功率的时间积分,即负载所消耗的电能.

5.3阻尼器中的涡电流

在扫描遂道显微镜和原子力显微镜中,要求振动引起探针针尖位移变化小0.001nm.在这种超精密的仪器中,需要有高级的综合型的缓冲,减振系统,在这个综合型的阻尼系统中就有涡流阻尼的"加盟".涡流阻尼的优点是结构简单,只要一块磁铁和一块铜板就能实现.

涡流阻尼还可用来作为电气交通工具的制动器—涡流闸.

涡流也可用来探测隐蔽的金属物体,这种涡流金属探测器有一个流过一定频率交流电的探测线圈,这线圈产生的交变磁场在金属物中激起涡电流,涡电流的热效应和磁效应等效于一个电阻和电感串联的闭合回路,像变压器次级负载要按初次级匝数比反射到初级一样,隐蔽金属物的等效电阻,电感也会反射到探测线圈中,改变通过探测线圈电流的大小和相位,从而探知金属物.

5.4感应加热中的涡电流

交变磁场在金属中引起的涡电流会产生焦耳热,工业上用它进行金属冶炼,

金属表面淬火,金属管的焊接和金属毛坯的锻造,感应加热技术的优点是功率密度高,

加热速度快.能在数秒到数十秒的时间内,将金属表面加热到800~1000℃,以实现钢的淬火【如图8(a)所示】,能在极短的时间内将钢管的管缘加热到1250~1400℃,以实现管缝的焊合,依所用交变电源频率的不同,感应加热可分为工频,中频,高频感应加热,工频指50HZ的频率,工频加热可用于化工厂中反应釜的加热,高频感应加热炉在半导体材料提纯,制备中经常使用.

图8

结论

我们通过运用电磁学的理论知识,通过对薄导体板中涡流及其损耗的分析得出,对于薄板导体而言,导体板中的涡流损耗与交流电的频率和感应强度的平方成正比.涡流损耗再进一步将现实变压器的简单化的与理想化,得出磁路中的金属内的涡流损耗与其电导率ρ成反比,磁感强度的幅值B,金属的体积V成正比.能够去通过把金属块换成电阻大的薄金属片,去减少涡流损耗.在生活,生产中还要利用涡流所带来的"缺点",发明多种对人类有用的物理仪器和工业机器.