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电气设备中涡流产生的原因及预防措施

本文针对电子电气设备中大电流铜排穿板引起涡流从而导致柜体产生温升的原因、危害及预防措施进行了分析，并结合工程中的实例探讨了此类问题的解决办法，为结构设计中避免涡流现象的产生提供了参考。

□阳光电源股份有限公司罗宣国魏世民时晓蕾

1涡流产生的原因及危害

1.1涡流产生的原因

a.电磁感应现象。穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就有电流产生，这种现象称为电磁感应现象，这种电流称为感应电流，感应电流产生的磁场阻碍原磁通量发生变化。产生感应电流的条件：导体构成回路，穿过回路所包围面积的磁通量发生变化。b.电磁感应定律。当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。穿过回路所包围面积的磁通量发生变化有两种方式：稳恒磁场中的导体运动，或者回路面积变化、取向变化等，这种方式会产生动生电动势；导体不动，磁场变化，这种方式会产生感生电动势。由以上两种方式导致回路磁通量变化的直接结果是产生了电动势，这种电动势称为感应电动势。如果没有构成回路，则没有感应电流，但有感应电动势存在。磁通量变化是电磁感应的根本原因，产生感应电动势是电磁感应现象的本质。

c.麦克斯韦电磁场理论。麦克斯韦电磁场理论引入了场的概念，其核心思想有两点：第一，变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场；第二，变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场。

由上述理论可总结出电和磁的相互关系，即电能生磁，磁也能生电，如图1所示。

变化的电流变化的磁场

直接联系

图1电和磁的相互关系

感生电动势

由电磁感应定律可知，当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应

电动势，进而会产生感应电流。事实上，当大块导体或块状金属放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时，在大块导体或块状金属中也会出现感应电流，这是由于大块导体或块状金属导体内部处处可以构成回路。因此，在交变磁场中，任意回路所包围面积的磁通量都在变化，其内部会感应出电流，这些电流在大块导体或块状金属中自成闭合回路，呈涡旋状流动，故称涡旋电流，简称涡流。通常，由于大块导体或块状金属的电阻非常小，因此埚流会非常强，会使大块导体或块状金属大量发热，浪费大量的电磁能量。

在大功率电子电气设备中都存在大块导体或块状金属(如柜体框架、面板、盖板等),这些大块导体或块状金属处在变化的磁场中时其内部也会产生涡流，而变化的磁场往往是由于另一个回路中的电流变化引起的，如当大块导体或块状金属邻近一载流回路通以交变电流时，就会在大块导体或块状金属附近产生一交变破场，会引起穿过大块导体或块状金属闭合回路磁通量的变化，大块导体或块状金属内部就会产生涡流。受集肤效应影响，涡流常分布于导体的表面，工程中根据右手定则判定电流生成磁场的方向，根据楞次定律判定磁场感应出涡流的方向。通常情况下，载流回路通以交变电流时，其建立的并不是均匀磁场，且磁力线穿越大块导体或块状金属的角度是逐渐变化的，但是感应的电流方向必然处于与磁力线垂直的平面中，且成环状。

1.2涡流的危害

大功率电子电气设备由于柜体中存在大电流铜排，由其引起的涡流会导致柜体发热，不造成电子电气设备额外的功率损耗，而且还影响电子电气设备的整体温度，造成柜体的温升加剧和局部温度过高，对绝缘件的性能和设备寿命造成很大影响。电子电气设备长期在

文档

高温情况下运行容易加速绝缘件的老化，形成绝缘隐患，最终导致放电等事故的发生。木

仅如此，柜体的环境温度升高时会导致铜排表面氧化加剧，影响铜排的载流崖，需要对铜下载.com排的载流量重新进行校正。

2涡流现象的预防

2.1影响涡流的因素

大功率电子电气设备中经常有通过大的交变电流的导体，在这些导体周围就会引起交变磁场，处于交变磁场中的块状金属就会产生涡流现象，尤以导体穿金属板时，在金属板中引起的涡流现象最为明显。因为涡流场属于三维空间电磁场，求解涡流损耗的计算公式均比较复杂，基本都是利用有限元的方法求解麦克斯韦方程。也有利用经典公式分析影响涡流损耗的因素，虽然不能准确计算出涡流损耗的大小，但是能从总体上把握影响涡流损耗大

小的因素。

涡流本质上也是电流，团合回路中的电流将会产生焦耳热。设闭合回路中的总电动势为

ε,总阻抗为R,则该回路在时间dt内因涡流损耗放出的焦耳热为dQ=12Rdt=(ε/

R)2Rdt=(ε2/R)dt。设闭合回路的磁通量为φ,则ε=e感应=-dφ/dt。