从涡流谈节能

宋晓东 刘永刚 刘成刚

摘要：交流电流流过导线会产生涡电流，在我们生活中，就会被无形的白白浪费掉，损失了较多的能源，本文就如何减少涡流的损失，提高节能的效果为出发点，简单提出几点节能的方式方法。

关键词： 涡流、变压器、方法、节能

一、涡流產生的原因及危害

当交流电流流过导线时，在导线的周围会产生交变磁场，交变磁场中的整块导电体内部会产生感应电流，以反抗交变磁场磁通的改变。由于这种感应电流是自成闭合回路的环流，有很像水的旋窝，因此我们把他称作涡电流，简称涡流。整块导电体的内阻通常是很小的，因此产生涡流往往很强。多数情况下，涡流不但会白白的损耗电能，使用电设备效率降低，而且还会造成用电设备（如变压器中的铁心等）发热，严重时将影响设备的正常运行。显然，在多数情况下，这种涡流是不受欢迎的。

涡流的危害性在设计和制造电动机、变压器等电气设备中早已引起了人们的注意和重视，但在某些地方往往会被人们忽视。如我处在榆林华盛热电锅炉安装工程施工时，焊机综合布置防护箱中的一台大功率专用焊接设备，因为涡流的产生不能正常使用就是一个例子。

焊接设备布置时，为了整体美观及安全着想，这台大功率专用焊接设备将两根载流近1000A的焊接线，从焊接防护箱下面一块铁板上的两个小孔中穿过，安装完成后，焊工操作后反映焊接电流不够，焊接质量达不到要求。

在焊接变压器工作时，我们测得焊接变压器的初级电压为380V，电流为4.8A，次级电压为1.8V，电流为730A。计算此时焊接变压器的输入功率（380V*4.8A）1824W，输出功率为（1.8V*730A）1314W。这时次级输出功率与初级输入功率的比值为1314/1824=0.73，说明输入功率中有相当大的部分消耗掉了，以至无法使用。后来我们将焊机柜下面的铁板取下，用同样大小的胶木板替代，焊线直接从胶木板中的一个孔洞中引出，并使之与柜门钢框保持一定距离，再次进行测试，这时测得变压器的输入电流与原来一样，而输出电流为940A。同样可计算的焊接变压器输入功率为1824W，输出功率为1692W（1.8V*940A）.这时计算输入输出功率之比为1692/1824=0.93。至此焊工再次进行焊接作业，完全达到设计要求。

二、从理论上对涡流简略分析

假设有一无限长的直导线通有电流I，则该导线周围的磁场是对称的，磁力线所以一些以此导线轴为中心的同心圆，由于磁场中任意一点P的磁场强度H=I/2πr，因此交变电流I越大。导线周围的磁场越强，离通电导线越近（即r越小）的地方，交变磁场也越强，从而处于这种条件下的整块导体内部所产生的涡流就越大（除此以外，涡流还随交变电流的频率增高而变大）

以上综合分析可知，将钢板取下更换成同尺寸胶木板，焊线从胶木板孔洞中穿出，并与钢框保持一定距离，两根焊线平行布置后，在附近其它铁件中而产生的涡流将大大降低，从而涡流损耗亦大大降低。这个结论解释了上面两次实测数据差异的原因。从中可知，减少涡流与节能的关系很大。

三、减少涡流的损耗，提高节能的方法

对于电动机、变压器等设备，要减少他们的涡流损耗，通常有以下两种方法：

1、由于涡流损失与磁路材料的电导系数成正比，故在电工钢的成分中掺入适量的硅，使其电导系数大大降低（即磁路材料的电阻率大大增加），这样可使涡流损失明显降低。

2、由于涡流损失与铁片厚度的平方成正比，因此在低频范围内通常不采用整块铁心，而是用表面带有绝缘层的很薄的硅钢片拼叠成导磁体。这样把产生的涡流的区域分割划小，相当于加大了对涡流的电阻，使涡流大大减小。

对于上面所谈的这类例子，也不难找出减小涡流损耗的一些方法：

1、焊接设备保护箱除外框外其它采用非导电体材料（如胶木、环氧树脂绝缘板等）

2、使通电导线尽量远离整块导电体。

3、将通电导线的进出线尽量平行靠近安装敷设。

四、结束语

当今社会无时不刻都离不开电，必然会存在大量的涡流能源的损耗，我们只有不断的探索、研究，化废为宝，提高新能源的利用率，我们的科技水平及信息化才会不断的提高。发展涡流的利用是我国一个长期的战略任务，必须持之以恒，建立完整的政策和体制框架。