渦流,是一個(gè)物理上的電磁學(xué)名詞,因其是在1851年被法國物理學(xué)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(gè)移動(dòng)的磁場與金屬導(dǎo)體相交,或是由移動(dòng)的金屬導(dǎo)體與磁場垂直交會(huì)所產(chǎn)生。簡而言之,就是電磁感應(yīng)效應(yīng)所造成。這個(gè)動(dòng)作產(chǎn)生了一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。
磁場變化越快,感應(yīng)電動(dòng)勢就越大,渦流就越強(qiáng);渦流能使導(dǎo)體發(fā)熱。在磁場發(fā)生變化的裝置中,往往把導(dǎo)體分成一組相互絕緣的薄片或一束細(xì)條,以降低渦流強(qiáng)度,從而減少能量的損耗;但在需要產(chǎn)生高溫時(shí),又可以利用渦流取得熱量,如高頻電爐原理。當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí),由于電磁感應(yīng),附近的另一個(gè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。實(shí)際上這個(gè)線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。
如果用圖表示這樣的感應(yīng)電流,看起來就像水中的旋渦,在劃槳的時(shí)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(yīng)用在,無損檢測與監(jiān)看多種金屬制品的結(jié)構(gòu),如飛機(jī)機(jī)身與零件的表面及近表面的檢測等。
導(dǎo)體在非均勻磁場中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場中時(shí),因渦流而導(dǎo)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(dǎo) 體的運(yùn)動(dòng) 、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。渦流損耗的計(jì)算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場的方程式,結(jié)合具體問題的上述諸因素進(jìn)行。
如果我們仔細(xì)觀察發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、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(shí)間變化的磁場中或讓它在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬塊內(nèi)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(qiáng)。如變壓器的鐵心,當(dāng)交變電流穿過導(dǎo)線,時(shí)穿過鐵心的磁通量不斷隨時(shí)間變化,它在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,同時(shí)也在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,從而產(chǎn)生渦流。這些渦流使鐵心大量發(fā)熱,浪費(fèi)大量的電能,效率很低。但渦流也是可以利用的,在感應(yīng)加熱裝置中,利用渦流可對金屬工件進(jìn)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(chǎn)生迅速變化的磁場。這個(gè)磁場能在金屬物體內(nèi)部感生渦電流。渦電流又會(huì)產(chǎn)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(yīng)信號大小取決于金屬粒子尺寸和導(dǎo)電性能。
2、電磁爐:
原理:利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場,當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過金屬器皿的底部時(shí)會(huì)產(chǎn)生無數(shù)小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內(nèi)的食物。爐面的陶瓷表面不會(huì)發(fā)熱,而鍋具自行發(fā)熱,并煮熟鍋內(nèi)食物。最高溫度可高達(dá)240度。電磁爐的熱效率極高,煮食時(shí)安全、潔凈、無火、無煙、無廢氣、不怕風(fēng)吹、不會(huì)爆炸或?qū)е職怏w中毒。當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過非金屬物休,不會(huì)產(chǎn)生渦流,因此不會(huì)產(chǎn)生熱力。爐面和人都是非金屬物體,本身不會(huì)發(fā)熱,因此沒有被電磁爐燒傷的危險(xiǎn),安全可靠。
3、電磁阻尼:
閉合導(dǎo)體與磁極發(fā)生切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí),由于閉合導(dǎo)體所穿透的磁通量發(fā)生變化,閉合導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感生電流,這一電流所產(chǎn)生的磁場會(huì)阻礙兩者的相對運(yùn)動(dòng)。
電磁阻尼可以應(yīng)用在電度表、汽車電磁渦流制動(dòng)器、磁懸浮列車制動(dòng)的制造中。
4、渦流探傷
渦流探傷是用激磁線圈使導(dǎo)電構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生渦電流,借助探測線圈測定渦電流的變化量,從而獲得構(gòu)件缺陷的有關(guān)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(gòu)件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內(nèi)部檢測)三種。
適用于導(dǎo)電材料,包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構(gòu)件的缺陷檢測。由于渦流探傷,在檢測時(shí)不要求線圈與構(gòu)件緊密接觸,也不用在線圈與構(gòu)件間充滿 藕合劑,容易實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)自動(dòng)化。但渦流探傷僅適 用于導(dǎo)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(fù)雜的構(gòu)件。在火力發(fā)電廠中主要應(yīng)用于檢測凝汽器管、汽輪機(jī)葉片、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔和焊縫等。