
用硅鋼片做變壓器鐵芯的作用
在許多電磁設(shè)備中常常有大塊的金屬存在(如發(fā)電機(jī)和變壓器中的鐵芯),當(dāng)這些金屬塊處在變化的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),在它們的內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。例如,在圖1的圓柱形的鐵芯上繞有線圈,當(dāng)線圈中通以交變電流時(shí),鐵芯就處在交變磁場(chǎng)中。鐵芯可看作是由一系列半徑逐漸變化的圓柱狀薄殼組成,每層薄殼自成一個(gè)閉合回路。在交變磁場(chǎng)中,通過這些薄殼的磁通量都在不斷地變化,所以沿著一層層的殼壁產(chǎn)生了感應(yīng)電流。
從鐵芯的上端俯視,電流的流線呈閉合的渦旋狀,因而這種感應(yīng)電流叫做渦電流,簡(jiǎn)稱為渦流。由于大塊金屬的電阻很小,因此渦流可達(dá)到很大的強(qiáng)度。 強(qiáng)大的渦流在金屬內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)釋放出大量的焦耳熱,工業(yè)上就利用這種熱效應(yīng)制成高頻感應(yīng)電爐來冶煉金屬。渦流所產(chǎn)生的熱在某些問題中非常有害。在電機(jī)和變壓器中,為了增大磁感應(yīng)強(qiáng)度,都采用了鐵芯,當(dāng)電機(jī)或變壓器的線圈中通過交變電流時(shí),鐵芯中將產(chǎn)生很大的渦流,不僅損耗了大量的能量(鐵芯的又叫做渦損),甚至還可能燒毀這些設(shè)備。
為了減小渦流及其損失,通常采用疊合起來的硅鋼片代替整塊鐵芯,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。我們以變壓器的鐵芯為例來說明。圖2a所示為變壓器,圖2b為它中間的矩形鐵芯,鐵芯的兩邊繞有多匝的原線圈(或稱初級(jí)繞組)A1和副線圈(或稱次級(jí)繞組)A2,電流通過線圈所產(chǎn)生的磁感應(yīng)線主要集中在鐵芯中。磁通量的變化除了在原、副線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之外,也將在鐵芯的每個(gè)橫截面(例如 截面)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)的渦電流。
若鐵芯是整塊的,如圖2c所示,對(duì)于渦流來說電阻很小,因渦流而損耗的焦耳熱就很大;若鐵芯用硅鋼片制作,并且硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行,如圖2d,一方面由于硅鋼片本身的電阻率較大,另一方面各片之間涂有絕緣漆或附有天然的絕緣氧化層,把渦流限制在各薄片內(nèi),使渦流大為減小,從而減少了電能的損耗。