涡流电磁阻尼和电磁驱动课件002.ppt

1、 本本 节节 导导 航航 前面我们讲过，根据麦克斯韦前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场电磁场理论，当如右图所示的磁场变化时，导体中的自由电子就会在变化时，导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向移动从而产此电场力的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流涡电流。BE情况一情况一情况二情况二 变压器在工作时，除了在变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。生感应电流。一

2、般来说，只要空间有变一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会化的磁通量，其中的导体就会产生旋涡状的产生旋涡状的感应电流感应电流，我们，我们把这种感应电流叫做把这种感应电流叫做涡流涡流。线圈电流变化时，线线圈电流变化时，线圈附近任何导体都会圈附近任何导体都会产生涡流产生涡流情况三情况三如图线圈接入如图线圈接入220V交变电源，块状铁芯插入交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。现象：现象：几分钟后学生感到铁芯变热。几分钟后学生感到铁芯变热。解释：解释：原来把块状的金属放在变化的磁场中原来把块状的金属放在变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金

3、属块内将产生感应电或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。注意注意 （1）金属块中的涡流也要产生）金属块中的涡流也要产生热量热量,如果金属如果金属的的电阻率小电阻率小，则，则涡流很强涡流很强，产生的，产生的热量也很多热量也很多。（2）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样样遵守电磁感应定律遵守电磁感应定律。由于。由于整块金属的电阻通常很整块金属的电阻通常很小小，故涡流常常很大。，故涡流常常很大。应用应用（

4、1）真空冶炼炉，高频焊接）真空冶炼炉，高频焊接 冶炼金属的高频感应电冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属从而产生大量的热使金属熔化。熔化。抽真空抽真空焊接原理：焊接原理：线圈中通以高频交流时，待焊接的金属线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起升得很高，将金属熔化，焊接在一起.，

5、交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据就越快，根据法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律，在待加热区，在待加热区域中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大域中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大.而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高加热区放出的热量越多流的频率越高加热区放出的热量越多.为什么用高频交流电为什么用高频交流电生活中的物理：电磁灶的工作原理生活中的物理：电磁灶的工作原理 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电

6、时，在台板与铁锅当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。就放出大量的热量，将饭菜煮熟。（2）探雷器、安检）探雷器、安检自制金属探测器 这种探雷器可以这种探雷器可以用来探测金属壳的地用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件雷或有较大金属零件的地雷。的地雷。探测地雷的探探测地雷的探雷器是利用涡流工雷器是利用涡流工作的，士兵手持一作的，士兵手持一个长柄线圈在地面个长柄线圈在地面上扫过，线圈中有上扫过

7、，线圈中有变化的电流。变化的电流。探雷器是利用探雷器是利用涡流涡流制成的制成的探雷器 如果地下埋着金如果地下埋着金属物品，金属中感应属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电过来影响线圈中的电流，使仪器报警。流，使仪器报警。探雷器安检门安检门门框门框报警电路报警电路线圈线圈 机场的安检门可机场的安检门可以探测人身携带的金以探测人身携带的金属物品，道理和探雷属物品，道理和探雷器是一样的。器是一样的。危害危害 导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会造成很多的能源浪费，还可能烧坏量这样的话会造成很多的能源浪费，还可能烧坏

8、电器！（例如在电动机和变压器里面）电器！（例如在电动机和变压器里面）（1）增大铁芯材料的电阻率）增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。常用的材料是硅钢。减少涡流的途径减少涡流的途径 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。整块硅钢铁芯。交变电流交变电流交变电流交变电流整块铁芯整块铁芯彼此绝缘的薄片彼此绝缘的薄片 解释：解释：涂有绝缘的薄硅钢片叠加的铁芯，在涂有绝缘的薄硅钢片叠加的铁芯，在变化的磁场中，产生的涡流被变化的磁场中，产生的涡流被限制在狭窄的薄片限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，又因为，涡流大为减

9、弱，又因为硅钢片比普通的电阻大硅钢片比普通的电阻大，可以进一步减小涡流损，可以进一步减小涡流损失，电动机和变压器的铁芯都不是整块金属。线失，电动机和变压器的铁芯都不是整块金属。线圈中流过变化的电流圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁在铁芯中产生的涡流使铁芯发热芯发热,浪费了能量浪费了能量,还可能还可能损坏损坏电器。电器。变压器、电机的变压器、电机的铁芯铁芯都不是整块金属，而是都不是整块金属，而是由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏成的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。绝缘层。铁芯铁芯知识

10、拓展知识拓展涡涡流流损损耗耗 导体在非均匀磁场中移动或处在随时间导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为为涡流损耗涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根和电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题的上述诸因素进行。的上述诸因素进行。涡涡流流检检测测 涡流检测适用于导电材料涡流检测适用于导电材料探伤探伤，

11、常见，常见的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金。它们的本质差别是材质磁导率金。它们的本质差别是材质磁导率约为约为1或远大于或远大于1。在发电厂，除復水器等少量管。在发电厂，除復水器等少量管道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，典型的应用有省煤器、水冷壁等。典型的应用有省煤器、水冷壁等。新新型型技技术术脉脉

12、冲冲 涡涡 流流 检检 测测 原理：原理：脉冲涡流通常是以一定占空比的脉冲涡流通常是以一定占空比的方波方波作为激励信号施加于初级线圈，当载有作为激励信号施加于初级线圈，当载有方波电信号的初级线圈接近导电材料或试件方波电信号的初级线圈接近导电材料或试件时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电场。瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形状及耦合状况相关，次级线磁特性、几何形状及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器）接收到的涡流再生磁场圈（或电磁传感器）接收到的涡流再生磁场包含有被检测对象导电率、磁导率及形状尺包含有被

13、检测对象导电率、磁导率及形状尺寸的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测寸的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测与评价。与评价。原理图：原理图：如图所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它如图所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？安培力对线圈的运动有什么影响？如图所示，一个矩形线框以如图所示，一个矩形线框以O点为圆心在竖直平点为圆心在竖直平面内摆动，进入磁场中，分析它在图示位置时感面内摆动，进入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线应电流的方向和所受安培

14、力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？圈的运动有什么影响？第四章第四章 电磁感应电磁感应动画：电磁阻尼摆动画：电磁阻尼摆 如磁场相对于导体转如磁场相对于导体转动动,在导体中会产生感应电在导体中会产生感应电流流,感应电流使导体受到安感应电流使导体受到安培力的作用培力的作用,安培力使导体安培力使导体运动起来运动起来-电磁驱动电磁驱动。交流感应电动机就是利用电磁驱动的原交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。理工作的。连接到三相电源时能产生旋转的磁场一种交流感应电动机的结构第四章第四章 电磁感应电磁感应动画：阻尼电子仪器动画：阻尼电子仪器第四章第四章 电磁感应电磁感应第四章第四章 电磁感应电磁

15、感应 例例1 1、如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是 A A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C C工件上只有

16、焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大第四章第四章 电磁感应电磁感应 例例2 2、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是则小球的材料可能是 A A铁铁 B B木木 C C铜铜 D D铝铝第四章第四章 电磁感应电磁感应小结小结本节课学习了涡流、电磁阻尼和电磁驱动。本

17、节课学习了涡流、电磁阻尼和电磁驱动。1.导体在变化的磁场中产生导体在变化的磁场中产生涡流涡流，涡流是电，涡流是电磁感应现象的应用，生活中的涡流有利也磁感应现象的应用，生活中的涡流有利也有弊。有弊。利：真空冶炼炉、电磁灶、探雷器、安检利：真空冶炼炉、电磁灶、探雷器、安检门的门的应用应用及及工作原理工作原理 弊：浪费能量，损坏电器弊：浪费能量，损坏电器2.导体在磁场中运动，受到安培力，安培力导体在磁场中运动，受到安培力，安培力阻碍导体运动，即阻碍导体运动，即电磁阻尼电磁阻尼。第四章第四章 电磁感应电磁感应 应用：电磁阻尼摆、微安表。应用：电磁阻尼摆、微安表。4.磁场相对于导体运动，导体中产生感应电磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流，受到安培力，使导体运动，即流，受到安培力，使导体运动，即电磁驱电磁驱动动。应用：交流感应电动机应用：交流感应电动机 作业：作业：1、认真阅读教材。、认真阅读教材。2、思考并完成、思考并完成“问题与练习问题与练习”中的习题中的习题。3、收集、收集“涡流的利用和防止涡流的利用和防止”方面的资方面的资料，在课下交流。料，在课下交流。第四章第四章 电磁感应电磁感应