涡流,是一个物理上的电磁学名词,因其是在1851年被法国物理学家莱昂·傅科所发现的,所以又称为傅科电流现象。是由于一个移动的磁场与金属导体相交,或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之,就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。
磁场变化越快,感应电动势就越大,涡流就越强;涡流能使导体发热。在磁场发生变化的装置中,往往把导体分成一组相互绝缘的薄片或一束细条,以降低涡流强度,从而减少能量的损耗;但在需要产生高温时,又可以利用涡流取得热量,如高频电炉原理。当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。
如果用图表示这样的感应电流,看起来就像水中的旋涡,在划桨的时候,带起水面的局部漩涡,也是一种类似涡流的情形,所以我们把它叫做涡电流引。涡流可以应用在,无损检测与监看多种金属制品的结构,如飞机机身与零件的表面及近表面的检测等。
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为涡流损耗。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,结合具体问题的上述诸因素进行。
如果我们仔细观察发电机、电动机、和变压器,就可以看到,它们的铁心都不是整块金属,而是用许多薄的硅钢片叠合而成。为什么这样呢? 原来,把块装金属置于随时间变化的磁场中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回路,很像水的漩涡,因此叫做涡电流简称涡流。
整块金属的电阻很小,所以涡流常常很强。如变压器的铁心,当交变电流穿过导线,时穿过铁心的磁通量不断随时间变化,它在副边产生感应电动势,同时也在铁心中产生感应电动势,从而产生涡流。这些涡流使铁心大量发热,浪费大量的电能,效率很低。但涡流也是可以利用的,在感应加热装置中,利用涡流可对金属工件进行热处理。
1、金属探测器:
金属探测器利用有交流电通过的线圈,产生迅速变化的磁场。这个磁场能在金属物体内部感生涡电流。涡电流又会产生磁场,倒过来影响原来的磁场,引发探测器发出鸣声。工作频率越低,对铁的检测性能越好;工作频率越高,对高碳钢的检测性能越好。检测器的灵敏度随着检测范围的增大而降低,感应信号大小取决于金属粒子尺寸和导电性能。
2、电磁炉:
原理:利用电流通过线圈产生磁场,当磁场内的磁力线通过金属器皿的底部时会产生无数小涡流,使器皿本身自行高速发热,然后再加热器皿内的食物。炉面的陶瓷表面不会发热,而锅具自行发热,并煮熟锅内食物。最高温度可高达240度。电磁炉的热效率极高,煮食时安全、洁净、无火、无烟、无废气、不怕风吹、不会爆炸或导致气体中毒。当磁场内的磁力线通过非金属物休,不会产生涡流,因此不会产生热力。炉面和人都是非金属物体,本身不会发热,因此没有被电磁炉烧伤的危险,安全可靠。
3、电磁阻尼:
闭合导体与磁极发生切割磁感线的运动时,由于闭合导体所穿透的磁通量发生变化,闭合导体会产生感生电流,这一电流所产生的磁场会阻碍两者的相对运动。
电磁阻尼可以应用在电度表、汽车电磁涡流制动器、磁悬浮列车制动的制造中。
4、涡流探伤
涡流探伤是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的变化量,从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同,可分为穿过式(用于线材、棒材和管材的检测)、探头式(用于构件表面的局部检测)和插入式(用于管孔的内部检测)三种。
适用于导电材料,包括铁磁性和非铁磁性金属材料构件的缺陷检测。由于涡流探伤,在检测时不要求线圈与构件紧密接触,也不用在线圈与构件间充满 藕合剂,容易实现检验自动化。但涡流探伤仅适 用于导电材料,只能检测表面或近表面层的缺陷,不便使用于形状复杂的构件。在火力发电厂中主要应用于检测凝汽器管、汽轮机叶片、汽轮机转子中心孔和焊缝等。