渦流原理

電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)部感生的電流。又稱為傅科電流。導(dǎo)體 在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，或者導(dǎo)體靜止但有著隨時(shí)間變化的磁場，或者兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，都可以造成磁力線與導(dǎo)體的相對切割。按照電磁感應(yīng)定律，在導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而驅(qū)動(dòng)電流。這樣引起的電流在導(dǎo)體中的分布隨著導(dǎo)體的表面形狀和磁場的分布而不同，其路徑往往有如水中的漩渦，因此稱為渦流。渦流在導(dǎo)體中要產(chǎn)生熱量。所消耗的能量來源于使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械功，或者建立時(shí)變電磁場的能源。因此在電工設(shè)備中，為了防止渦流的產(chǎn)生或者減少渦流造成的能量損失，將鐵心用互相絕緣的薄片或細(xì)絲疊成，并且采用電阻率較高的材料如硅鋼片或鐵粉壓結(jié)的鐵心。

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。

用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈,線圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。

電動(dòng)機(jī)，變壓器的線圈都繞在鐵心上。線圈中流過變化的電流，在鐵心中產(chǎn)生的渦流使鐵心發(fā)熱，浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器。因此，我們要想辦法減小渦流。途徑之一是增大鐵心材料的電阻率，常用的鐵心材料是硅鋼。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，把塊狀金屬置于隨時(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)。

大塊的導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，交流電機(jī)、電器中廣泛采用表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物的薄硅鋼片疊壓制成的鐵心，這樣渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，磁通穿過薄片的狹窄截面時(shí)，這些回路中的凈電動(dòng)勢較小，回路的長度較大，回路的電阻很大，渦流大為減弱。再由于這種薄片材料的電阻率大(硅鋼的渦流損失只有只有普通鋼的1/5至1/4)，從而使渦流損失大大降低。

另一方面，利用渦流作用可以做成一些感應(yīng)加熱的設(shè)備，或用以減少運(yùn)動(dòng)部件振蕩的阻尼器件等。

如: 我們常見的電磁爐。就是采用渦流感應(yīng)加熱原理;其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的。

如右圖所示 ，在一根導(dǎo)體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，那么線圈就產(chǎn)生交變磁場。由于線圈中間的導(dǎo)體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發(fā)生改變，所以在導(dǎo)體的圓周方向會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，電流的方向沿導(dǎo)體的圓周方向轉(zhuǎn)圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象。

導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大。

導(dǎo)體內(nèi)部的渦流也會(huì)產(chǎn)生熱量，如果導(dǎo)體的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量就很大。

傅科電流

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)致的能量損耗。渦流是上述情況下導(dǎo)體內(nèi)的感生的電流。這種電流在導(dǎo)體中形成一圈圈閉合的電流線，稱為渦流(又稱傅科電流)。

產(chǎn)生渦流

置于隨時(shí)間變化的磁場中的導(dǎo)體內(nèi)，也會(huì)產(chǎn)生渦流，如變壓器的鐵心，其中有隨時(shí)間變化的磁通，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。這些渦流使鐵心發(fā)熱，消耗電能，這是不希望有的。但在感應(yīng)加熱裝置中，利用渦流可對金屬工件進(jìn)行熱處理。

渦流抑制

大塊的導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，常將鐵心用許多鐵磁導(dǎo)體薄片(例如硅鋼片)疊成，這些薄片被分開呈梯形狀，表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物。磁場穿過薄片的狹窄截面時(shí)，渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過，這些回路中的凈電動(dòng)勢較小，回路的長度較大，再由于這種薄片材料的電阻率大，這樣就可以顯著地減小渦流損耗。所以，交流電機(jī)、電器中廣泛采用疊片鐵心。

當(dāng)然，在生產(chǎn)和生活中，有時(shí)也要避免渦流效應(yīng)。如電機(jī)、變壓器的鐵芯在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，增加能耗，并導(dǎo)致變壓器發(fā)熱。要減少渦流，可采用的方法是把整塊鐵芯改成用薄片疊壓的鐵芯，增大回路電阻，削弱回路電流，減少發(fā)熱損失。

渦流與感應(yīng)加熱的應(yīng)用: 渦流效應(yīng)衍生出一系列工業(yè)產(chǎn)品，感應(yīng)加熱電源就是其中最重要的一個(gè)，感應(yīng)加熱就是利用渦流加熱金屬導(dǎo)體，使之非接觸式發(fā)熱。很多工業(yè)產(chǎn)品加熱是不能用明火加熱，這時(shí)候感應(yīng)渦流加熱就成功地解決了這個(gè)問題，也使產(chǎn)品有了革命性的進(jìn)步，感應(yīng)加熱是將被加熱金屬置于高頻變化的電磁場中(實(shí)際應(yīng)用是在感應(yīng)線圈中)，強(qiáng)大的電磁場在其表面形成感應(yīng)渦流，依靠材料本身的內(nèi)阻，使之迅速發(fā)熱，以改善工件的機(jī)械性能，感應(yīng)加熱特性是渦流熱應(yīng)用最典型的例子，金屬熱處理必不可少的加熱方式，也是以后工業(yè)加熱的趨勢，感應(yīng)渦流不僅用于金屬件熱處理，也用于海底管道鋪設(shè)，石油天然氣管道預(yù)熱焊接，焊后熱處理，紫銅釬焊，蒸發(fā)鍍膜，電機(jī)短路環(huán)焊接，這些應(yīng)用最基本的原理就是電磁感應(yīng)，電磁場產(chǎn)生渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用。

渦流金屬探測器有一個(gè)流過一定頻率交變電流的探測線圈，該線圈產(chǎn)生的交變磁場在金屬物中激起渦流，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會(huì)反射到探測線圈中，改變通過探測線圈電流的大小和相位，從而探知金屬物。渦流金屬探測器可用于探測行李包中的槍支、埋于地表的地雷、金屬覆蓋膜厚度等。

在流體力學(xué)和水力學(xué)中的渦流是指流體的旋轉(zhuǎn)角速度矢量至少有一個(gè)不為零，也稱為有旋流，即流體質(zhì)點(diǎn)或流體微團(tuán)在運(yùn)動(dòng)過程中繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)。一般產(chǎn)生一個(gè)渦流就會(huì)有另一個(gè)相應(yīng)的渦流，這是專業(yè)學(xué)界普遍認(rèn)可的飛機(jī)會(huì)飛的原因之一。

1.渦流檢測只適用于導(dǎo)電材料

2.渦流檢測特別適合于導(dǎo)電材料的表面和亞表面檢測

3.渦流檢測不需要耦合劑

4.渦流檢測速度極快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

5.渦流檢測用于高溫檢測

6.渦流檢測可用于異形材和小零件的檢測