涡流损耗与磁滞损耗有什么区别?,涡流损耗

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 涡流损耗与磁滞损耗有什么区别

 涡流损耗是导体中有交变磁场时,根据电磁感应定律,会在导体中产生感应电流,该电流在导体中流动产生焦耳热,使导体发热,造成损耗,称为涡流损耗。磁滞损耗是由于导磁体的磁滞回线的面积不为0产生的。磁滞回线包围的面积越大,磁滞损耗越大。磁滞损耗会导致导磁体发热。

 另外涡流损耗和磁滞损耗都属于铁损。涡流损耗和磁滞损耗都只有在交变磁场中发生。

 涡流损耗体现为:磁场在导体中产生涡流,电流(涡流)通过有电阻的导体产生热能。

 磁滞损耗体现为:铁芯内部磁畴高速旋转过程中产生摩擦所致,最终也体现为热能。

 涡流损耗概述

 导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时,导体内的感生的电流导致的能量损耗,叫做涡流损耗。在导体内部形成的一圈圈闭合的电流线,称为涡流(又称傅科电流)。

 涡流损耗相关因数

 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。

 涡流产生的原因

 通过线圈回路的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电动势,回路中也就产生感应电流(穿过线圈的磁通发生变化而产生的感应电动势)。如果把一块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时,由于导体内部都可构成闭合回路,穿过回路的磁通发生变化,因此在导体中也会产生感应电流,这些电流在导体内自行闭合成旋涡状,故称涡电流,简称涡流。

 涡流效应的利弊

 如右图(a)所示,由于导体电阻很小,因此涡流一般都很大。由于电流的热效应,涡流会使导体发热,消耗能量,所以涡流有时是有害的。例如通过变压器、电动机和发电机中的交变电流磁场,会使铁心产生涡流,涡流是铁芯发热,这样就造成损耗(俗称铁损)并使设备产生热量,温度升高,绝缘材料容易老化,缩短变压器、电动机和发电机的使用寿命,甚至使他们损坏。

 涡流在各种电机、变压器中是有害的,但也有可用之处,例如工厂冶炼合金时常常用的高频感应炉就是利用金属导体块中产生的涡流来熔化金属。

 电工测量仪表要求指针的摆动很快停下来,以便迅速读出读数(如电流表、电压表等)。为达到此目的,电流表的线圈要绕在铝框上,当被测电流通过线圈时,线圈带动指针和铝框一起转动,铝框在磁场中转动时产生涡流,磁场对这个涡流的作用力阻碍她们的摆动,于是指针很快地稳定指到读书位置上,这便是涡流效应的应用——电磁阻尼作用。电气阻尼作用还常用于电气机车的电磁制动器中。

 磁滞损耗起因

 磁滞现象是指铁磁性物理材料(例如:铁)在磁化和去磁过程中,铁磁质的磁化强度不仅依赖于外磁场强度,还依赖于原先磁化强度的现象。当外加磁场施加于铁磁质时,其原子的偶极子按照外加场自行排列。即使当外加场被撤离,部分排列仍保持:此时,该材料被磁化。 一但被磁化了,其磁性会继续保留。要消磁的话,只要施加相反方向的磁场就可以了。这亦是硬盘的记忆运作原理。

 在铁磁质中,磁场强度(H)和磁感应强度(B)之间的关系是非线性的。如果在增强场强条件下,此二者关系将呈曲线上升到某点,到达此点后,即使场强H继续增加,磁感应强度B也不再增加。该情况被称为磁饱和(magnetic saturation)。

 此后若减小磁化场,磁化曲线从B点开始并不沿原来的起始磁化曲线返回,这表明磁化强度M的变化滞后于H的变化。当H减小为零时,M并不为零,而等于剩余磁化强度Mr。要使M减到零,必须加一反向磁化场,而当反向磁化场加强到-Hcm时,M才为零,Hcm称为矫顽力。

 故画出铁磁质在反复磁化过程中的磁场强度(H)和磁感应强度(B)之间的关系曲线如下图所示,该曲线被称为磁滞回线。

 可见,磁滞损耗表现为磁化过程中有一部分电磁能量不可逆转地转换为热能。在准静态反复磁化过程中,单位体积的铁磁体被交变磁场磁化一周所产生的磁滞损耗正比于磁滞回线所包围的面积,即∮H dB。设交变磁场的频率为f,则单位时间、单位体积的磁滞损耗为f·∮HdB。

 在电气设备的铁芯损耗一般就由磁滞损耗和涡流损耗组成。为了最小化磁滞损耗的影响和减小相关的能量损失,从而采用具有低矫顽力和低迟滞损失的铁磁性物质,例如坡莫合金(铁镍合金,透磁合金)。
 

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