用硅钢片做变压器铁芯的作用

在许多电磁设备中常常有大块的金属存在（如发电机和变压器中的铁芯），当这些金属块处在变化的磁场中或相对于磁场运动时，在它们的内部也会产生感应电流。例如，在图1的圆柱形的铁芯上绕有线圈，当线圈中通以交变电流时，铁芯就处在交变磁场中。铁芯可看作是由一系列半径逐渐变化的圆柱状薄壳组成，每层薄壳自成一个闭合回路。在交变磁场中，通过这些薄壳的磁通量都在不断地变化，所以沿着一层层的壳壁产生了感应电流。从铁芯的上端俯视，电流的流线呈闭合的涡旋状，因而这种感应电流叫做涡电流，简称为涡流。由于大块金属的电阻很小，因此涡流可达到很大的强度。 　强大的涡流在金属内流动时会释放出大量的焦耳热，工业上就利用这种热效应制成高频感应电炉来冶炼金属。涡流所产生的热在某些问题中非常有害。在电机和变压器中，为了增大磁感应强度，都采用了铁芯，当电机或变压器的线圈中通过交变电流时，铁芯中将产生很大的涡流，不仅损耗了大量的能量（铁芯的又叫做涡损），甚至还可能烧毁这些设备。为了减小涡流及其损失，通常采用叠合起来的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行。我们以变压器的铁芯为例来说明。图2a所示为变压器，图2b为它中间的矩形铁芯，铁芯的两边绕有多匝的原线圈（或称初级绕组）A1和副线圈（或称次级绕组）A2，电流通过线圈所产生的磁感应线主要集中在铁芯中。磁通量的变化除了在原、副线圈内产生感应电动势之外，也将在铁芯的每个横截面（例如 截面）内产生循环的涡电流。若铁芯是整块的，如图2c所示，对于涡流来说电阻很小，因涡流而损耗的焦耳热就很大；若铁芯用硅钢片制作，并且硅钢片平面与磁感应线平行，如图2d，一方面由于硅钢片本身的电阻率较大，另一方面各片之间涂有绝缘漆或附有天然的绝缘氧化层，把涡流限制在各薄片内，使涡流大为减小，从而减少了电能的损耗。