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1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：渦流損耗與應(yīng)用的初步探討學(xué)院：物理與電子科學(xué)學(xué)院班級(jí)：物理學(xué)二班姓名：鄭建峰指導(dǎo)教師：馬孟森職稱：講師完成日期：2013年5月25日渦流損耗與應(yīng)用的初步探討摘要：在電機(jī)、變壓器等一些常用的電氣設(shè)備中除電路部分外還有所謂的磁路部分。然而在交流的電磁路中交變的磁通不僅會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),還要在鐵芯中引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而使鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流——渦流。由于鐵芯的電阻一般很小,所以渦流較大,使鐵芯能夠很快發(fā)熱。這對(duì)于交流電機(jī)和變壓器等設(shè)備來說是十分有害的，但有一些儀器也是巧妙的利用
2、這個(gè)原理。本文利用電磁場(chǎng)理論，來探討一下導(dǎo)體中的渦流分布及渦流損耗及其應(yīng)用。關(guān)鍵字：電磁場(chǎng)；渦流；渦流損耗；電磁爐目錄0引言11渦電流理論基礎(chǔ)12.薄導(dǎo)體板中的渦流分布及渦流損耗12.1薄導(dǎo)體板中的渦流分布12.2薄導(dǎo)體板由于渦流的損耗32.3薄導(dǎo)體板小結(jié)33塊狀金屬的渦流及渦流損耗43.1鐵芯為整塊金屬43.2鐵芯為絕緣的薄片53.3塊狀金屬的小結(jié)64渦流的應(yīng)用：電磁爐64.1電磁爐的工作原理64.2電磁爐為什么不能用銅鍋和鋁鍋75舉例85.1渦流顯徽鏡85.2單相電能表中的渦電流95.3阻尼器中的渦
3、電流105.4感應(yīng)加熱中的渦電流11結(jié)論11參考文獻(xiàn)120引言電磁感應(yīng)現(xiàn)象，作為電磁學(xué)領(lǐng)域的重大成就。為揭示電與磁之間的相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)揭示了磁場(chǎng)與電場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，是描述電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)[1]。本文中，首先簡(jiǎn)單說明了我們運(yùn)用的渦電流理論基礎(chǔ)；在渦電流的理論基礎(chǔ)上，分別計(jì)算了薄導(dǎo)體板和塊狀金屬中的渦流及渦流損耗，得到了影響渦流損耗的因素；從而理論上解釋了為何變壓器要用矽鋼片代替整塊金屬。最后，通過對(duì)日常生活中常常用到的電磁爐工作原理分析，說明出渦流還會(huì)帶給人
4、類好處。1渦電流理論基礎(chǔ)當(dāng)整塊金屬內(nèi)部的電子受到某種非靜電力時(shí)，金屬內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)電流。電磁感應(yīng)情況下的感生電場(chǎng)力或磁洛倫茲力就是這種非靜電力的常見例子，由這兩種力在整塊金屬內(nèi)部引起的感應(yīng)電流叫做渦電流[2]。渦電流產(chǎn)生磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),渦旋電場(chǎng)與磁場(chǎng)變化間的關(guān)系滿足：由于電場(chǎng)的渦旋性質(zhì):環(huán)流不為零，且在導(dǎo)體內(nèi)部形成閉合電路。根據(jù)焦耳定律，金屬塊中渦電流的產(chǎn)生熱量，白白損耗大量的能量,稱之為渦流損耗[3]。2.薄導(dǎo)體板中的渦流分布及渦流損耗2.1薄導(dǎo)體板中的渦流分布首先建立模型，為了簡(jiǎn)化問題設(shè)平板中的位移電
5、流相對(duì)于傳導(dǎo)電流可忽略不計(jì)，建立如圖1坐標(biāo)系[6]。1圖1假設(shè)該薄導(dǎo)體板的z方向和y方向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其厚度d，所以可以認(rèn)為場(chǎng)量不1隨y、z變化。令外磁場(chǎng)，由于,故導(dǎo)體中各點(diǎn)電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)部自由電荷密度=0,電流密度δ=γE,此時(shí)麥?zhǔn)戏匠探M為：(1)將（1）式在直角坐標(biāo)系中展開，并考慮到:可得，(2)其中C1、C2由邊界條件決定.因?yàn)?，關(guān)于yz平面對(duì)稱,故有，所以C1=C2。設(shè)x=0處，，則,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)得，電流密度的模為(3)磁通密度的模為[4](4)2.2薄導(dǎo)體板由于渦流的損耗根據(jù)上面的式子，計(jì)算體積
6、V導(dǎo)體中渦流產(chǎn)生的平均損耗功率損耗:2.3薄導(dǎo)體板小結(jié)對(duì)于薄板導(dǎo)體而言，導(dǎo)體板中的渦流損耗與交流電的頻率和感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比。123塊狀金屬的渦流及渦流損耗下面以變壓器鐵芯為例,分析塊狀金屬的渦流及損耗[7]。假設(shè)一個(gè)電阻率為ρ,長(zhǎng)為h，截面面積為的鐵芯。當(dāng)通以交變電流時(shí),鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)隨時(shí)間交替變化，導(dǎo)體中出現(xiàn)渦旋狀感應(yīng)電流。3.1鐵芯為整塊金屬如果鐵芯用整塊金屬制成，渦流如下圖[2]所示。圖2整塊鐵芯中的渦流為了我們研究的簡(jiǎn)單性，忽略渦流激發(fā)的遠(yuǎn)小于外加磁場(chǎng)B(t)的磁場(chǎng)。沿電流方向?qū)㈣F芯
7、分成許多厚度為dr,邊長(zhǎng)為2r,長(zhǎng)為h的金屬薄筒,任意薄筒內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:(5)回路的電阻R為:(6)所以，得到渦流為：(7)則在邊長(zhǎng)為2r,厚度為dr的金屬薄筒中的產(chǎn)生的瞬時(shí)熱功率為[5]:(8)123.2鐵芯為絕緣的薄片如果將鐵芯分割成n個(gè)彼此絕緣的薄片,忽略薄片之間的縫隙,沿電流方向?qū)⒈∑殖珊芏嗪穸葻o限薄的矩形金屬筒,筒的長(zhǎng)度為h,厚度分別為dr和drn。如下圖[3]所示，那么任意薄筒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:圖3迭加鐵芯中的渦流(9)該薄筒回路的電阻為:(10)當(dāng)時(shí)，，則該回路中的電流強(qiáng)度為:(11
8、)則薄片中的渦流的瞬時(shí)功率為：(12)比較(1)式和(2)式得：結(jié)論[7]：（1）損耗功率減少為原來的倍;12（2）渦流損耗與薄片厚度的平方成正比;（3）與成反比,采用硅薄鋼片后，增大,減少。3.3塊狀金屬的小結(jié)由上面的式子可知,磁路中導(dǎo)體內(nèi)的渦流損耗與其電導(dǎo)率ρ、磁感強(qiáng)度的B、金屬的體積V有關(guān)，由此可見，渦流損耗的因素是十分復(fù)雜的。在工程上，為了盡量減小渦流損耗，電機(jī)和變壓器等電氣設(shè)備的鐵芯常用電阻率較大，而厚度很小的硅薄鋼片制作，其原因
