渦流,是一個物理上的電磁學名詞,因其是在1851年被法國物理學家萊昂·傅科所發(fā)現(xiàn)的,所以又稱為傅科電流現(xiàn)象。是由于一個移動的磁場與金屬導體相交,或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生。簡而言之,就是電磁感應效應所造成。這個動作產生了一個在導體內循環(huán)的電流。
磁場變化越快,感應電動勢就越大,渦流就越強;渦流能使導體發(fā)熱。在磁場發(fā)生變化的裝置中,往往把導體分成一組相互絕緣的薄片或一束細條,以降低渦流強度,從而減少能量的損耗;但在需要產生高溫時,又可以利用渦流取得熱量,如高頻電爐原理。當線圈中的電流隨時間變化時,由于電磁感應,附近的另一個線圈中會產生感應電流。實際上這個線圈附近的任何導體中都會產生感應電流。
如果用圖表示這樣的感應電流,看起來就像水中的旋渦,在劃槳的時候,帶起水面的局部漩渦,也是一種類似渦流的情形,所以我們把它叫做渦電流引。渦流可以應用在,無損檢測與監(jiān)看多種金屬制品的結構,如飛機機身與零件的表面及近表面的檢測等。
導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時,因渦流而導致能量損耗稱為渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場的變化方式 、導 體的運動 、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關。渦流損耗的計算需根據導體中的電磁場的方程式,結合具體問題的上述諸因素進行。
如果我們仔細觀察發(fā)電機、電動機、和變壓器,就可以看到,它們的鐵心都不是整塊金屬,而是用許多薄的硅鋼片疊合而成。為什么這樣呢? 原來,把塊裝金屬置于隨時間變化的磁場中或讓它在磁場中運動時,金屬塊內將產生感應電流。這種電流在金屬塊內自成閉合回路,很像水的漩渦,因此叫做渦電流簡稱渦流。
整塊金屬的電阻很小,所以渦流常常很強。如變壓器的鐵心,當交變電流穿過導線,時穿過鐵心的磁通量不斷隨時間變化,它在副邊產生感應電動勢,同時也在鐵心中產生感應電動勢,從而產生渦流。這些渦流使鐵心大量發(fā)熱,浪費大量的電能,效率很低。但渦流也是可以利用的,在感應加熱裝置中,利用渦流可對金屬工件進行熱處理。
1、金屬探測器:
金屬探測器利用有交流電通過的線圈,產生迅速變化的磁場。這個磁場能在金屬物體內部感生渦電流。渦電流又會產生磁場,倒過來影響原來的磁場,引發(fā)探測器發(fā)出鳴聲。工作頻率越低,對鐵的檢測性能越好;工作頻率越高,對高碳鋼的檢測性能越好。檢測器的靈敏度隨著檢測范圍的增大而降低,感應信號大小取決于金屬粒子尺寸和導電性能。
2、電磁爐:
原理:利用電流通過線圈產生磁場,當磁場內的磁力線通過金屬器皿的底部時會產生無數小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內的食物。爐面的陶瓷表面不會發(fā)熱,而鍋具自行發(fā)熱,并煮熟鍋內食物。最高溫度可高達240度。電磁爐的熱效率極高,煮食時安全、潔凈、無火、無煙、無廢氣、不怕風吹、不會爆炸或導致氣體中毒。當磁場內的磁力線通過非金屬物休,不會產生渦流,因此不會產生熱力。爐面和人都是非金屬物體,本身不會發(fā)熱,因此沒有被電磁爐燒傷的危險,安全可靠。
3、電磁阻尼:
閉合導體與磁極發(fā)生切割磁感線的運動時,由于閉合導體所穿透的磁通量發(fā)生變化,閉合導體會產生感生電流,這一電流所產生的磁場會阻礙兩者的相對運動。
電磁阻尼可以應用在電度表、汽車電磁渦流制動器、磁懸浮列車制動的制造中。
4、渦流探傷
渦流探傷是用激磁線圈使導電構件內產生渦電流,借助探測線圈測定渦電流的變化量,從而獲得構件缺陷的有關信息。按探測線圈的形狀不同,可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內部檢測)三種。
適用于導電材料,包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構件的缺陷檢測。由于渦流探傷,在檢測時不要求線圈與構件緊密接觸,也不用在線圈與構件間充滿 藕合劑,容易實現(xiàn)檢驗自動化。但渦流探傷僅適 用于導電材料,只能檢測表面或近表面層的缺陷,不便使用于形狀復雜的構件。在火力發(fā)電廠中主要應用于檢測凝汽器管、汽輪機葉片、汽輪機轉子中心孔和焊縫等。