Вихревой ток — Eddy current
Период, термин вихревой ток происходит от аналогичных токов, наблюдаемых в воды в динамика жидкостей, вызывая локальные области турбулентности, известные как водовороты порождая стойкие вихри. В некоторой степени аналогично вихревым токам может потребоваться время для нарастания и они могут очень короткое время сохраняться в проводниках из-за их индуктивности.
Первым, кто наблюдал вихревые токи, был Франсуа Араго (1786–1853), 25-й премьер-министр Франции, который также был математиком, физиком и астрономом. В 1824 году он наблюдал то, что было названо вращательным магнетизмом, и что большинство проводящих тел можно было намагничивать; эти открытия были завершены и объяснены Майкл Фарадей (1791–1867).
В 1834 г. Генрих Ленц заявил Закон Ленца, который говорит, что направление индуцированного потока тока в объекте будет таким, что его магнитное поле будет противодействовать изменению магнитного потока, которое вызвало течение тока. Вихревые токи создают вторичное поле, которое нейтрализует часть внешнего поля и заставляет часть внешнего потока избегать проводника.
Полезное и вредное действия токов Фуко: снижение потерь и мощность вихревых токов
Характеристики
Самоиндуцированные вихревые токи ответственны за скин эффект в проводниках. [1] Последний может использоваться для неразрушающего контроля материалов на предмет геометрических характеристик, таких как микротрещины. [2] Подобный эффект имеет эффект близости, вызванный внешними вихревыми токами. [3]
(оставили) вихревые токи ( Я красный ) внутри твердого железного сердечника трансформатора. (верно) Делаем стержень из тонкого расслоения параллельно полю ( B, зеленый ) с изоляцией между ними снижает вихревые токи. Хотя поле и токи показаны в одном направлении, на самом деле они меняют направление переменного тока в обмотке трансформатора.
Индукционный нагрев использует вихревые токи для нагрева металлических предметов.
Рассеивание мощности вихревых токов
При определенных предположениях (однородный материал, однородное магнитное поле, отсутствие скин эффекти т. д.) потери мощности из-за вихревых токов на единицу массы для тонкого листа или проволоки можно рассчитать по следующему уравнению: [4]
п — потеря мощности на единицу массы (Вт / кг), Bп — максимальное магнитное поле (Тл), d толщина листа или диаметр проволоки (м), ж — частота (Гц), k — константа, равная 1 для тонкого листа и 2 для тонкой проволоки, ρ — это удельное сопротивление материала (Ом м), и D это плотность материала (кг / м 3 ).
Это уравнение справедливо только в так называемых квазистатических условиях, когда частота намагничивания не приводит к скин эффект; то есть электромагнитная волна полностью проникает в материал.
Эффект кожи
В очень быстро меняющихся полях магнитное поле не проникает полностью внутрь материала. Этот скин эффект делает вышеприведенное уравнение недействительным. Однако в любом случае увеличение частоты одного и того же поля всегда будет увеличивать вихревые токи, даже при неравномерном проникновении поля. [ нужна цитата ]
Глубину проникновения для хорошего проводника можно рассчитать по следующему уравнению: [5]
где δ — глубина проникновения (м), ж — частота (Гц), μ — магнитная проницаемость материала (H / m), а σ — электрическая проводимость материала (См / м).
Уравнение диффузии
Вывод полезного уравнения для моделирования влияния вихревых токов в материале начинается с дифференциальной магнитостатической формы Закон Ампера, [6] обеспечивая выражение для намагничивающее поле ЧАС окружающая плотность тока J:
Принимая завиток по обе стороны от этого уравнения, а затем с использованием общего тождества векторного исчисления для завиток локона приводит к
С помощью Закон Ома, J = σE, которая связывает плотность тока J к электрическому полю E в терминах проводимости материала σ и в предположении изотропной однородной проводимости уравнение может быть записано как
Используя дифференциальную форму Закон Фарадея, ∇ × E = −∂B/∂т , это дает
Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?
Ответ 6 Параметры этой схемы замещения определяются по следующим формулам: а) полное сопротивление катушки с сердечником, Ом:
где — приложенное напряжение, В;- ток в цепи, А;
где — электрические потери, Вт,- магнитные потери (потери в сердечнике), Вт;
(величина указана на исследуемой катушке);
г) общее реактивное сопротивление катушки с сердечником, Ом,
где — индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния;
д) индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком, Ом,
где Фm-амплитуда магнитного потока. Фm определяется по калибровочному ( экспериментальному ) графику Фm=f(I).
Активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке катушки и магнитных потерь в стальном сердечнике (измеряется ваттметром РW ) :
Отсюда активная мощность, идущая на покрытие магнитных потерь, определяется уравнением:
Вихревой ток
Применение токов Фуко
Многие ученные разных времен считали и считают, что негативного воздействия от вихревых потоков куда больше, чем позитивного. Но тем не менее, человечество научилось применять токи Фуко во благо в различных областях жизнедеятельности.
Прохождение сильного тока повышает энергетический потенциал молекулярной решетки, что сопровождается нагревом. Это явление объясняет возможность использования соответствующей технологии для бесконтактного повышения температуры проводящих материалов. Если приводить пример с индукционной варочной панелью, можно подчеркнуть следующие плюсы:
- образование тепла в глубине дна посуды обеспечивает эффективный нагрев рабочей зоны;
- температура на поверхности панели не повышается чрезмерно;
- тепловое воздействие на продукты выполняется быстрее, по сравнению с аналогами (спиральные ТЭНы, газовые плиты).
Привести пример на основе опыта с вращением диска несложно. Этот же принцип реализован в конструкции электромеханического счетчика потребленной энергии. В данном случае вращение рабочего узла обеспечивается наведенными токами. Ускорение/ замедление соответствует изменению мощности в нагрузке.
При увеличении тока можно нагреть металлы (сплавы) до температуры плавления
При тщательном изучении тематических вопросов можно найти определенные минусы. Электромагнитный поток в цельном сердечнике трансформатора способен увеличить энергетические потери. По этой причине соответствующие детали создают из комплекта пластин, покрытых слоем диэлектрика. Эти элементы соединяют изолированным стержнем.
Вихревые токи — это. Что такое Вихревые токи?
- с учетом неравномерного распределения электрической проводимости затруднено точное определение траектории токов;
- они будут возникать при перемещении пластины относительно постоянного магнита;
- линии образуют замкнутые контуры в толще образца;
- они расположены перпендикулярно вектору магнитного потока.
Применение
Нашли вихревые токи применение в электромагнитной индукции. Они используются для того, чтобы тормозить вращающиеся массивные детали. Благодаря магнитоиндукционному торможению они также применяются, чтобы успокоить подвижные части электроизмерительных приборов, в частности, чтобы создать противодействующий момент и притормозить подвижную часть электросчетчиков.
Также используются они в магнитном тормозном диске на электрическом счетчике. В ряде случаев применяются в технологических операциях, которые невозможны без применения высоких частот. К примеру, при откачке воздуха из вакуумных приборов и баллонов с газом. Кроме того, они нужны, чтобы полностью обезгаживать арматуру в высокочастотном генераторе.
Применение в проводниках
