物理学本科毕业论文--涡流损耗与应用的初步探讨

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1、 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 题目： 涡流损耗与应用的初步探讨 学院： 物理与电子科学学院 班级： 姓名： 指导教师： 职称： 讲师 完成日期： 2013 年 5 月 25 日 II 涡流损耗与应用的初步探讨 摘要：在电机、 变压器等一些常用的电气设备中除电路部分外还有所谓的磁路部分。然而在 交流的电磁路中交变的磁通不仅会在线圈中产生感应电动势, 还要在铁芯中引起感应电动势, 从 而使铁芯中产生感应电流涡流。 由于铁芯的电阻一般很小, 所以涡流较大, 使铁芯能够很快 发热。 这对于交流电机和变压器等设备来说是十分有害的，但有一些仪器也是巧妙的利用这个 原理。本文利用电磁场理论，来

2、探讨一下导体中的涡流分布及涡流损耗及其应用。 关键字：电磁场；涡流；涡流损耗；电磁炉 III 目 录 0 引言 1 1 涡电流理论基础 . 1 2.薄导体板中的涡流分布及涡流损耗 . 1 2.1 薄导体板中的涡流分布 1 2.2 薄导体板由于涡流的损耗 3 2.3 薄导体板小结 3 3 块状金属的涡流及涡流损耗 . 4 3.1 铁芯为整块金属 . 4 3.2 铁芯为绝缘的薄片 . 5 3.3 块状金属的小结 6 4 涡流的应用：电磁炉 . 6 4.1 电磁炉的工作原理 6 4.2 电磁炉为什么不能用铜锅和铝锅 7 5 举例 . 8 5.1 涡流显徽镜 8 5.2 单相电能表中的涡电流 9 5.

3、3 阻尼器中的涡电流 10 5.4 感应加热中的涡电流 11 结论 11 参考文献 12 1 0 引言 电磁感应现象，作为电磁学领域的重大成就。为揭示电与磁之间的相互联系、相 互转化奠定了实验基础。楞次定律、法拉第电磁感应揭示了磁场与电场的内在联系， 是描述电磁感应现象的理论基础 1。本文中，首先简单说明了我们运用的涡电流理论 基础； 在涡电流的理论基础上， 分别计算了薄导体板和块状金属中的涡流及涡流损耗， 得到了影响涡流损耗的因素；从而理论上解释了为何变压器要用矽钢片代替整块金 属。最后，通过对日常生活中常常用到的电磁炉工作原理分析，说明出涡流还会带给 人类好处。 1 涡电流理论基础 当整块

4、金属内部的电子受到某种非静电力时，金属内部就会出现电流。电磁感应情况下的感 生电场力或磁洛伦兹力就是这种非静电力的常见例子，由这两种力在整块金属内部引起的感应电 流叫做涡电流2。涡电流产生磁场发生变化时, 涡旋电场 k 与磁场变化间的关系满足： t Ek 由于电场的涡旋性质: 环流不为零，且在导体内部形成闭合电路。 根据焦耳定律，金属块中涡电 流的产生热量，白白损耗大量的能量, 称之为涡流损耗3。 2.薄导体板中的涡流分布及涡流损耗 2.1 薄导体板中的涡流分布 首先建立模型，为了简化问题设平板中的位移电流相对于传导电流可忽略不计，建立如图 1 坐标系6。 2 图图 1 假设该薄导体板的 z

5、方向和 y 方向尺寸远远大于其厚度 d，所以可以认为场量不 3 随 y、z 变化。令外磁场tk m sin，由于hd , 故导体中各点电场j y 导体内 部自由电荷密度=0, 电流密度?= ?E, 此时麦氏方程组为： 0 0 J t (1) 将（1）式在直角坐标系中展开，并考虑到: 0,0,0,0 yxyxHH 可得， ee px 2 px 1CC (2) 其中 C1、C2由边界条件决定. 因为， z关于 yz 平面对称, 故有 22 dd zz ，所以 C1= C2。 设 x=0 处， 0z ，则 C102 ,根据数学知识得，电流密度的模为 kxkxpJy2cos2cosh 2 1 0 (3) 磁通密度的模为4 kxkx z 2cos2cosh 2 1 0 (4) 2.2 薄导体板由于涡流的损耗 根据上面的式子，计算体积 V 导体中涡流产生的平均损耗功率损耗: dv P Jy e 2 1 2.3 薄导体板小结 对于薄板导体而言，导体板中的涡流损耗与交流电的频率和感应强度的平方成正比。 4 3 块状金属的涡流及涡流损耗 下面以变压器铁芯为例,分析块状金属的涡流及损耗7。 假设一个电阻率为,长为 h，截面面积为 2 a的铁芯。当通以交变电流时,铁芯中的磁感应强 度 B会随时间交替变化，导体中出现涡旋状感应电流。 3.1 铁芯为整块金属 如果铁芯用