Вихревой ток это: применение в промышленности — Asutpp

Содержание

применение в промышленности — Asutpp

Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.

Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.

Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.

Фото: Вихревые токи

Токи Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.

Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Схема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

Видео: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Вихри и скин-эффект

В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.

Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.

Схема индукционного нагрева

Принципы вихревых токов

Катушка из медной проволоки является распространенным методом для воспроизведения индукции вихревых токов. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Магнитные поля образуют линии вокруг провода и соединяются, образуя более крупные петли. Если ток увеличивается в одной петле, магнитное поле будет расширяться через некоторые или все из петель проволоки, которые находятся в непосредственной близости. Это наводит напряжение в соседних петлях гистерезис, и вызывает поток электронов или вихревые токи, в электропроводящем материале. Любой дефект в материале, включая изменения в толщине стенки, трещин, и прочих разрывов, может изменить поток вихревых токов.

Закон Ома

Закон Ома является одним из самых основных формул для определения электрического потока. Напряжение, деленное на сопротивление, Ом, определяет электрический ток, в амперах. Нужно помнить, что формулы для расчета токов не существует, необходимо пользоваться примерами расчета магнитного поля.

Индуктивность

Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. С увеличением тока, катушка индуцирует циркуляцию (вихревых) потоков в проводящем материале, расположенном рядом с катушкой. Амплитуда и фаза вихревых токов будет меняться в зависимости от загрузки катушки и ее сопротивления. Если поверхность или под поверхностью возникнет разрыв в электропроводном материале, поток вихревых токов будет прерван. Для его налаживания и контроля существуют специальные приборы с разной частотой каналов.

Магнитные поля

На фото показано, как вихревые электрические токи образуют магнитное поле в катушке. Катушки, в свою очередь, образуют вихревые токи в электропроводном материале, а также создавают свои собственные магнитные поля.

Магнитное поле вихревых токов

Дефектоскопия

Изменение напряжения на катушке будет влиять на материал, сканирование и исследование вихревых токов позволяет производить прибор для измерения поверхностных и подповерхностных разрывов. Несколько факторов будут влиять на то, какие недостатки могут быть обнаружены:

  1. Проводимость материала оказывает значительное воздействие на пути следования вихревых токов;
  2. Проницаемость проводящего материала также имеет огромное влияние из-за его способности быть намагниченным. Плоскую поверхность гораздо легче сканировать, чем неровную.
  3. Глубина проникновения имеет очень большое значение в контроле вихретоков. Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта.
  4. Это же касается и площади поверхности. Чем меньше площадь – тем быстрее происходит образование вихревых токов.

Обнаружение контура дефектоскопом

Существуют сотни стандартных и специальных зондов, которые производятся для конкретных типов поверхностей и контуров. Края, канавки, контуры, и толщина металла вносят свой вклад в успех или провал испытаний. Катушка, которая расположена слишком близко к поверхности проводящего материала будет иметь наилучшие шансы на обнаружение разрывов. Для сложных контуров катушка вставляется в специальной блок и прикрепляется к арматуре, что позволяет пройти ток через неё и проконтролировать его состояние. Многие устройства требуют специальных формованных изделий зонда и катушки, чтобы приспособиться к неправильной форме детали.

Катушка также может иметь специальную (универсальную) форму, чтобы соответствовать конструкции детали.

Уменьшаем вихревые токи

Для того чтобы уменьшить вихревые токи катушек индуктивности нужно увеличить сопротивление в этих механизмах. В частности рекомендуется использовать лицендрат и изолированные провода.

Вихревые токи (токи Фуко): физический смысл, потери, применение

В электрических устройствах, приборах, машинах металлические детали способны иногда перемещаться, находясь в магнитном поле. При этом в них индуцируется ЭДС самоиндукции. В результате воздействия ЭДС в толще металлических деталей будут циркулировать вихревые В электрических устройствах, приборах, машинах металлические детали способны иногда перемещаться, находясь в магнитном поле. При этом в них индуцируется ЭДС самоиндукции. В результате воздействия ЭДС в толще металлических деталей будут циркулировать вихревые токи или их еще называют токи Фуко (по фамилии первого исследователя).

В свою очередь, вихревые токи индуцируют собственные магнитные потоки, замыкающиеся в проводнике, которые в соответствии с правилом Ленца препятствуют изменению магнитного потока прибора или устройства, тем самым ослабляя его.

Рассмотрим процесс формирования вихревых токов в металлическом сердечнике, помещенном в магнитное поле катушки, по которой протекает переменный ток. Вокруг катушки формируется переменный магнитный поток, пересекающий сердечник.

В сердечнике также будет индуцироваться ЭДС, вызывающая в нем так называемые вихревые токи, которые нагревают сердечник. Поскольку сопротивление сердечника незначительно, то наводимые индукционные токи могут быть достаточно большими, что приведет к сильному нагреву сердечника.

Первые исследования в области изучения вихревых токов были проведены в 1824 г. французким физиком Д.Ф. Араго, который обнаружил их наличие в медном диске, находящемся на оси под обращающейся магнитной стрелкой.

Под воздействием вихревых токов диск оборачивался.

Первые подробные исследования вихревых токов были проведены французским исследователем Фуко, и впоследствии по его имени они и получили свое название.

Методы уменьшения вихревых токов

Мощность, расходуемая на нагрев электротехнических устройств электромагнитного типа, значительно снижает их КПД. Поэтому с целью уменьшения величины вихревых токов повышают сопротивление магнитопровода.

Для этого сердечники выполняют не сплошными, а набирают из отдельных тонких пластин (толщиной 0,1- 0,5 мм), покрытым слоем изоляционного материала.

Также при изготовлении сердечника в сырье вводят специальные добавки, увеличивающие его сопротивление.

Практическое применение токов Фуко

В некоторых случаях вихревые токи используют в полезных целях. К примеру, создание устройства магнитного тормоза диска электросчетчика. Оборачиваясь, диск пересекает магнитные линии магнита, в толщине диска формируется вихревые токи, которые создают свои магнитные потоки, препятствующие вращению диска, и вызывающие его торможение.

Полезное действие вихревые токи оказывают при индукционной плавке металлов.

Для этого тигель с металлом размещают в магнитное поле, которое своим воздействием индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл, при этом тигель остается холодным.

Вихревые токи – токи Фуко, что это такое и где они используются | Энергофиксик

Вихревые или еще так называемые цикличные токи могут нести в себе помимо вреда еще и пользу. С одной стороны, вихревые токи - это непосредственная причина потерь электроэнергии в проводнике либо же катушке. В то же самое время на этом эффекте построены современные индукционные печи, так что польза от таких токов есть. Давайте поговорим о пользе и вреде немного по подробней.

yandex.ru

Краткое определение

Для начала давайте дадим определение озвученному явлению. Вихревые токи - это такие токи, которые начинают протекать по причине воздействия переменного магнитного поля. При этом может изменяться не само поле, а положение проводника в этом поле, то есть если проводник начнет перемещаться в статичном поле, то в нем все равно образуются токи Фуко.

И траекторию протекания таких токов определить невозможно. Известно лишь то, что ток проходит в том месте, где сопротивление минимально.

Как открыли это явление

Изначально вихревые токи были зафиксированы в 1824 году ученым
Д.А. Араго во время проведения следующего опыта:

На одной оси были смонтированы медный диск и магнитная стрелка, диск располагался внизу, а стрелка несколько выше. Так вот, когда стрелку вращали, то медный диск также начинал вращаться, так как протекающие токи формировали магнитное поле, которое и вступало во взаимодействие с магнитной стрелкой.

Наблюдаемый эффект получил название – явление Араго.

yandex.ru

По истечении нескольких лет этот вопрос стал изучать Максвелл Фарадей, который как раз открыл закон электромагнитной индукции. Так вот, согласно открытому закону было сделано предположение, что магнитное поле оказывает непосредственное воздействие на атомарную решетку проводника.

И образующийся в результате данного воздействия электрический ток, всегда формирует магнитное поле во всем проводнике.

А подробно описал вихревые токи уже экспериментатор Фуко, именно поэтому второе название вихревых токов – токи Фуко. С историей немного познакомились, теперь давайте узнаем природу вихревых токов.

Природа вихревых токов

Замкнутые циклические токи могут образоваться в проводнике только в том варианте, когда магнитное поле, в котором находится проводник, имеет нестабильную структуру, то есть имеет вращение или изменяется со временем.

Из этого следует, что сила вихревых токов имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока, проходящего через проводник.

По общепринятой теории электроны перемещаются в проводнике линейным образом из-за разности потенциалов, а это значит, что ток имеет прямое направление.

yandex.ru

Токи Фуко ведут себя совершенно по-другому и образуют вихревой замкнутый контур прямо в проводнике. При этом данные токи способны на взаимодействие с магнитным полем, которое их и создало.

Проводя исследование этих токов, ученый Ленц сделал вывод, что сгенерированное вихревыми токами магнитное поле не позволяет магнитному потоку, который и создал эти токи, измениться. При этом направленность силовых линий вихревого тока идентично вектору направления индукционного тока.

Вихревые токи и их вред

Давайте вспомним, как выглядит обычный трансформатор.

Так вот, если вы внимательно посмотрите на сердечник, то вы увидите, что он собран из отдельных пластин. А вам не кажется, что гораздо проще его было выполнить цельным?

Именно таким «дроблением» пытаются максимально снизить негативное воздействие токов Фуко. Ведь вихревые токи нагревают тело, в котором они протекают.

Как же они появляются в трансформаторе? Его работа и основана на принципах взаимодействия магнитных полей переменного характера, а как мы уже знаем переменное поле неизбежно порождает вихревые токи.

yandex.ru

Получается, что вихревой ток нагревает сердечник. А нагрев ведет к снижению КПД и сильный перегрев приведет к оплавлению изоляции, а значит разрушению трансформатора.

Как снижают потери

Данные потери могут быть описаны следующей формулой:

Как вы знаете, верно следующее утверждение: проводник с маленьким сечением обладает большим сопротивлением, а чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток проходит через него.

Именно поэтому сердечник выполнен из цельного куска стали, а не собран из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалиной или слоем лака. Такой способ сборки сердечника максимально уменьшает потери в сердечнике, то есть сводят вихревые токи до минимума.

Полезное использование вихревых токов

Данные токи не только несут негатив. Их давно научились использовать с пользой. Так, например, свойства вихревых токов используются в индукционных счетчиках. Данные токи замедляют вращение алюминиевого диска, который вращается под действием магнитного поля.

Так же создание индукционных сталеплавильных печей оказало несоизмеримый вклад в развитие всей современной индустрии производства стали.

yandex.ru

Такие печи работают следующим образом: металл, который будут подвергать плавлению, помещают внутрь катушки, через которую начинают пропускать ток повышенной частоты. При этом магнитное поле формирует большие токи внутри металла, и последующий нагрев расплавляет металл.

В многоквартирных домах вы сможете увидеть индукционные плитки, принцип работы которых также основан на использовании эффекта образования вихревых токов.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о вихревых токах (токах Фуко). Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Вихревые токи и потери на гистерезис

Вихревые токи, или токи Фуко — вихревой индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.

Во время перемагничивания магнитных материалов переменным магнитным полем, часть энергии магнитного поля, участвующего в процессе перемагничивания, теряется. На единицу массы определенного магнитного материала в форме тепла рассеивается определенная часть мощности, которую называют «удельные магнитные потери».

Удельные магнитные потери включают в себя динамические потери, а также потери на гистерезис. К динамическим потерям относятся потери, вызываемые вихревыми токами (индуцируемыми в материале) и магнитной вязкостью (так называемое магнитное последействие). Потери же на магнитный гистерезис объясняются необратимыми перемещениями границ доменов.

Каждому магнитному материалу соответствует своя величина потерь на гистерезис, пропорциональная частоте перемагничивающего магнитного поля, а также площади гистерезисной петли данного материала.

Петля гистерезиса:

Для нахождения мощности потерь связанных с гистерезисом в единице массы (в Вт/кг) используется следующая формула:

Для снижения гистерезисных потерь, чаще всего прибегают к применению таких магнитных материалов, коэрцитивная сила которых мала, то есть материалов с тонкой петлей гистерезиса. Такой материал отжигают, чтобы снять напряжения внутренней структуры, уменьшить количество дислокаций и иных дефектов, а также укрупнить зерно.

Вихревые токи также вызывают необратимые потери. Они связаны с тем, что перемагничивающее магнитное поле индуцирует ток внутри перемагничиваемого материала. Потери вызываемые вихревыми токами, соответственно, зависят от электрического сопротивления перемагничиваемого материала и от конфигурации магнитопровода.

Таким образом, чем значительнее удельное сопротивление (чем хуже проводимость) магнитного материала, тем меньшими окажутся потери, вызываемые вихревыми токами.

Потери на вихревые токи пропорциональны частоте перемагничивающего магнитного поля в квадрате, поэтому в устройствах работающих на достаточно высоких частотах неприменимы магнитопроводы из материалов с высокой электрической проводимостью.

Оценить мощность потерь на вихревые токи для единицы массы магнитного материала (в Вт/кг) можно воспользовавшись формулой:

Так как количественно потери на вихревые токи зависят от квадрата частоты, то для работы в области высоких частот необходимо прежде всего принимать во внимание потери именно на вихревые токи.

Для минимизации этих потерь стараются использовать магнитопроводы с более высоким электрическим сопротивлением.

Чтобы сопротивление увеличить, сердечники набирают из множества взаимно изолированных листов ферромагнитного материала с достаточно высоким собственным удельным электрическим сопротивлением. 

Порошкообразный магнитный материал прессуют с диэлектриком, дабы частички магнитного материала оказались отделены друг от друга частичками диэлектрика. Так получают магнитодиэлектрики.

Еще вариант — применение ферритов — особой ферримагнитной керамики, отличающейся высоким удельным электрическим сопротивлением, близким к сопротивлению диэлектриков и полупроводников. Фактически ферриты являются твердыми растворами оксида железа с оксидами некоторых двухвалентных металлов, что можно описать обобщенной формулой:

С уменьшением толщины листа металлического материала, соответственно уменьшаются и потери вызываемые вихревыми токами. Но одновременно растут потери связанные с гистерезисом, ибо с утончением листа размер зерна также уменьшается, а значит растет коэрцитивная сила.

Практически с ростом частоты потери на вихревые токи увеличиваются сильнее нежели потери на гистерезис, в этом можно убедиться, сравнив две первые формулы. И на определенной частоте потери на вихревые токи начинают все более преобладать над потерями на гистерезис.

Это значит, что хотя толщина листа и зависит от рабочей частоты, тем не менее для каждой частоты должна быть подобрана определенная толщина листа, с которой будут минимизированы магнитные потери в целом.

Обычно магнитным материалам свойственно запаздывание изменения собственной магнитной индукции в зависимости от длительности действия перемагничивающего поля.

Данное явление вызывает потери, связанные с магнитным последействием (или так называемой магнитной вязкостью). Это связано с инерционностью процесса перемагничивания доменов. Чем короче длительность приложенного магнитного поля — тем длительнее запаздывание, а значит и магнитные потери, вызываемые «магнитной вязкостью», больше. Этот фактор необходимо учитывать при проектировании импульсных устройств с магнитными сердечниками.

Потери мощности от магнитного последействия невозможно рассчитать прямо, но их можно найти косвенно — как разность между полными удельными магнитными потерями и суммой потерь на вихревые токи и на магнитный гистерезис:

Итак, в процессе перемагничивания наблюдается некоторое отставание магнитной индукции от напряженности перемагничивающего магнитного поля по фазе. Причиной тому опять же вихревые токи, которые по закону Ленца препятствуют изменению магнитной индукции, гистерезисные явления и магнитное последействие.

Фазовый угол запаздывания называется углом магнитных потерь δм. В характеристиках динамических свойств магнитных материалов указывается такой параметр как тангенс угла магнитных потерь tgδм.

Здесь приведена схема замещения и векторная диаграмма для тороидальной катушки с сердечником из магнитного материала, где r1- эквивалентное сопротивление всех магнитных потерь:

Видно, что тангенс угла магнитных потерь обратно пропорционален добротности катушки. Возникающую при данных условиях индукцию Bm в перемагничиваемом материале можно разложить на две составляющие: первая — совпадает по фазе с напряженностью перемагничивающего поля, вторая — отстает от нее на 90 градусов.

Первая составляющая непосредственно связана с обратимыми процессами при перемагничивании, вторая — с необратимыми. Применяемые в цепях переменного тока, магнитные материалы характеризуются в связи с этим таким параметром как комплексная магнитная проницаемость:

Ранее ЭлектроВести писали, что две команды американских физиков разработали стратегию производства устройств для преобразования света в электричество с помощью органических полупроводников и «освобожденных» электронов.

По материалам: electrik.info.

Вихревые токи

Каждый человек, который изучает электродинамику и другие разделы науки об электричестве, сталкивается с таким понятием, как вихревые токи. Что это такое, какие есть свойства вихревых токов, как определить их в трансформаторе? Об этом и другом далее.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 251
Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko

Суть явления

Вихревые или токи фуко — это те, которые протекают из-за воздействия переменного магнитного поля. При этом изменяется не само поле, а проводниковое положение данного поля. То есть если будет происходить проводниковое перемещение статичного поля, то в нем все равно будет образовываться энергия.

Токи Фуко

Фуко возникают там, где изменяется переменное магнитное поля и фактически они ничем не отличаются от энергии, идущей по проводам, или вторичных электрических трансформаторных обмотков.

Определение из учебного пособия

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 535
Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko

Открытие вихревых токов

По историческим данным, впервые это явление обнаружил в начале 19 века французский исследователь Д. Араго. Специалистам известен его наглядный опыт. Вращение намагниченной стрелкой приводит в движение тонкий диск из меди, расположенный на небольшом расстоянии сверху. Природу явления раскрыл М. Фарадей, объяснивший представленный простой пример перемещения взаимодействием поля и образованных в проводнике токов. Они получили специфическое название по фамилии ученого. Фуко обнаружил нагрев тел при достаточно сильном энергетическом потенциале источника переменного тока.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 597
Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

Физические свойства и определение токов Фуко

К вихревым токам относятся электрические токи, которые возникают под влиянием электромагнитной индукции, появляющейся в металлической или другой проводящей среде. Эта индукция появляется под воздействием изменяющегося магнитного потока.

В свою очередь вихревые токи способствуют появлению собственных магнитных потоков. В соответствии с законом Ленца, они оказывают противодействие магнитному потоку катушки и делают его слабее. Это приводит к нагреву сердечника и бесполезным тратам электрической энергии.
Данный процесс можно рассмотреть подробнее на примере металлического сердечника. На него помещается катушка, с пропущенным переменным током. Вокруг катушки происходит образование переменного магнитного тока, пересекающего сердечник. Одновременно в нем наводится индуцированная электродвижущая сила, вызывающая, в свою очередь, вихревые токи. Их действие вызывает нагревание сердечника. При незначительном сопротивлении сердечника, наведенные токи могут иметь довольно большое значение и привести к существенному нагреву.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1077
Источник: https://electric-220.ru/news/vikhrevye_toki_fuko/2016-06-13-975

Природа вихревых токов

Образование ЭДС в проводниках при воздействии изменяющегося магнитного потока называют индукцией. На принципах этого явления функционируют электродвигатели, генераторы, катушки фильтров и колебательных контуров.

Что это такое токи Фуко, показано на рисунке

При определенном расположении источника переменного поля и проводника приходится учитывать отмеченные выше эффекты. При необходимости в контрольных точках можно измерить определенное напряжение. Важные особенности:

  • 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.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 796
Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Схема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

Видео: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1624
Источник: https://www.asutpp.ru/vixrevye-toki.html

Литература

  • Сивухин Д. В.: Общий курс физики, том 3. Электричество. 1977
  • Савельев И. В.: Курс общей физики, том 2. Электричество. 1970
  • Неразрушающий контроль: справочник: В 7т. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 2: В 2 кн.-М.:Машиностроение, 2003.-688 с.: ил.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 254
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B8

Полезное и вредное действие

Имеют токи фуко полезное и вредное действие. Они нагревают и плавят металлы в области вакуума и демпфера, но в то же время происходят энергопотери в области трансформаторных сердечников и генераторов из-за того, что выделяется большое количество тепла.

Полезное действие индукционных токов

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 318
Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko

Принципы вихревых токов

Для детального изучения процессов можно рассмотреть действие полей при подключении к источнику типовой катушки индукции. Переменный ток в проводнике образует силовые линии поля. Напряженность создает разницу потенциалов в соседних петлях. Движение электронов формирует вихревые токи. Они движутся по траекториям наименьшего сопротивления, которое изменяется при наличии в изделиях примесей, трещин, полостей и других дефектов.

Закон Ома

Вихревые токи – это направленное движение электронов в проводнике. Поэтому рассматриваемые явления вполне могут быть описаны базовыми физическими формулами и определениями.

Сила тока рассчитывается по закону Ома:

I = (-1/R) * (dФ/dt), где:

  • R – электрическое сопротивление;
  • Ф – магнитный поток;
  • dt – интервал времени.

Понятно, что для практических вычислений сложнее всего выяснить значение проводимости. Кроме отмеченных выше неравномерностей пути прохождения тока (различия проводника), траектория меняется под воздействием переменного поля.

Индуктивность

Следует подчеркнуть проницаемость проводника силовыми линиями электромагнитного поля. Такое воздействие при увеличении тока источника питания интенсифицирует вихревые эффекты в контрольном образце, установленном на небольшом расстоянии. Амплитуда наведенных токов и фаза определяются нагрузкой и проводимостью катушки индукции. Как и в предыдущем примере, разрывы и другие дефекты проводящего участка оказывают существенное влияние на рабочие электрические характеристики конструкции.

Магнитные поля

Зависимость от параметров материалов показана на рисунке. Цифрами отмечены:

  1. пара или диамагнетики;
  2. ферриты;
  3. железо.

Как будут возникать токи в разных образцах при равных общих условиях

Интересно. Взаимное воздействие оказывают магнитные поля, созданные катушкой и вихревыми процессами.

Дефектоскопия

Рассмотренные недостатки можно преобразовать в достоинства. По изменению вихревых токов определяют наличие дефектов при сканировании контрольных образцов. При создании измерительных приборов учитывают следующие факторы:

  • проводимость определяет силу и путь прохождения токов;
  • ровные поверхности исследовать проще;
  • вихревые процессы активизируется при уменьшении рабочей области.

Обнаружение контура дефектоскопом

С учетом целевого назначения корректируют конструкцию и размещение датчиков. Как правило, катушку устанавливают ближе к месту измерения. Корректируют форму изделия для лучшего соответствия объекту обследования.

Уменьшение вихревых токов

Чтобы успешно бороться с негативными проявлениями вихревых эффектов в электроэнергетике и других областях, пользуются отмеченными особенностями. В частности, увеличивают сопротивление проводников добавлением кремниевых и других присадок. Наборы из пластин размещают параллельно вектору магнитного потока. Обеспечивают надежную изоляцию элементов конструкции.

Блок: 6/8 | Кол-во символов: 2827
Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

Как определить в трансформаторе

Узнать, где находятся вихревые токи в трансформаторе, несложно. Как правило, они располагаются в трансформаторных сердечниках. Когда замыкаются в сердечниках, то нагревают их и создают энергию. Поскольку появляются в плоскостях, которые перпендикулярны магнитному потоку по характеристике, происходит трансформаторное уменьшение сердечников.

Обратите внимание! Для их измерения используются изолированные стальные пластины.

Определение в трансформаторе

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 489
Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko

Полезное и негативное воздействие

Почему явление может применяться для решения практических задач, показано выше на конкретных примерах. Однако следует помнить о потерях, которые способны провоцировать вихревые токи. Для исключения ошибок необходимо тщательно проверять конструкторский расчет. Обязательно нужно оценить степень влияния переменного магнитного поля на проводящие материалы.

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 389
Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

Видео

Блок: 8/8 | Кол-во символов: 6
Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

Кол-во блоков: 19 | Общее кол-во символов: 11195
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:
  1. https://www.asutpp.ru/vixrevye-toki.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 1831 (16%)
  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B8: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 254 (2%)
  3. https://amperof. ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html: использовано 5 блоков из 8, кол-во символов 4615 (41%)
  4. https://electric-220.ru/news/vikhrevye_toki_fuko/2016-06-13-975: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 1731 (15%)
  5. https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko: использовано 5 блоков из 8, кол-во символов 2764 (25%)

история открытия, способы уменьшения вредного воздействия сил потоков, применение этого явления

Вихревые токи, или токи Фуко — индукционные объемные электрические токи, образующиеся в проводниках благодаря изменению по времени действующего на них потока магнитного поля. Так как сопротивление крупных проводников небольшое, то сила тока Фуко может быть довольно большой. Движение тока в проводнике, согласно правилу Ленца, осуществляется по пути наибольшего сопротивления силам, его вызвавшим.

История открытия явления

Впервые это явление открыл французский ученый Араго в двадцатых годах XIX века. На одной оси он установил медный диск, а над ним магнитную стрелку. Затем он начинал вращать стрелку, в результате чего диск тоже начинал вращаться.

Это явление получило название в честь ученого Араго. Когда Фарадей через несколько лет открыл закон электромагнитной индукции, он смог объяснить это явление. Вращаемое стрелкой магнитное поле приводит к появлению в диске вихревого тока, который и осуществлял его движение.

Более подробно исследованием этого явления занялся физик Фуко, который выявил нагревание металлических тел в результате воздействия на них магнитного поля. Российский физик Ленц также изучал и проводил эксперименты с вихревыми потоками. Он обнаружил, что они никак не влияют на изменение магнитного поля, от которого образовались.

Силы вихревых потоков

Чтобы повысить коэффициент полезного действия любого механизма, необходимо максимально уменьшить силы вихревых потоков. Для этого следует увеличить электрическое сопротивление магнитного провода. Метод снижения воздействия вихревых токов зависит от вида электрического устройства. Подавление токов Фуко осуществляют следующими способами:

  1. При сборке трансформаторов сердечники набирают из тонких изолированных пластин. Это позволяет уменьшить степень нагрева от воздействия тока Фуко.
  2. Металлические пластины располагают так, чтобы направление вихревого тока было перпендикулярным к их границам.
  3. С появлением ферритов, которые обладают большим сопротивлением, стало возможным изготовлять цельные сердечники.

А также во время литья элементов сердечника добавляют кремний, который увеличивает электрическое сопротивление. Иногда применяют при сборке куски металлической проволоки, которые предварительно подвергают термической обработке.

Кроме того, применяют специальные прокладки для изоляции. Такие методы при сборке позволяют гораздо снизить силу токов Фуко, в результате чего увеличивается коэффициент полезного действия любого агрегата.

Магнитные провода в высокочастотном оборудовании тщательно изолируют друг от друга и скручивают в виде жгута. Каждую скрутку покрывают специальным изолирующим элементом. Для передачи электрической энергии на значительные расстояния используют многожильный кабель с изолированными проводами.

Использование в дефектоскопии

Вихретоковый метод контроля является одним из способов проверки структуры разных материалов. Основан он на анализе происходящих изменений во взаимодействии внешнего электромагнитного поля с вихревыми токами исследуемого объекта.

В качестве источника электромагнитного поля используют индуктивную катушку, на основе которой производят дефектоскопы. Этими приборами производят проверку контроля качества электропроводящих материалов:

  • металлов и их сплавов;
  • полупроводников;
  • графитов и т. д.

Электромагнитное поле токов Фуко в проверяемом объекте воздействует на катушку прибора, наводя в ней электродвижущую силу или изменяя электрическое сопротивление. По изменению напряжения на катушке определяют свойства и качество проверяемого объекта.

Кроме дефектоскопов, которые обнаруживают разрывы в поверхности материалов, выпускают приборы для определения структуры и размеров объектов. На основе использования вихревых токов изготовляют аппарат для обнаружения электропроводящих элементов (металлоискатель).

Применение токов Фуко

Специалисты считают, что при применении токов Фуко они больше оказывают вредного воздействия, чем положительного. Но все же они нашли широкое применение в разных областях жизнедеятельности. Особенно это касается следующих сфер:

  • металлургической промышленности;
  • транспорта;
  • вычислительной техники;
  • электротехники.

На основе вихревых токов для металлургии производят агрегаты, которые позволяют транспортировать и закалять расплавленные металлы. В этой же промышленности широко используют индукционные печи. По своей производительности они гораздо превосходят аналогичные устройства, работа которых основана на других видах действия.

 

Кроме того, процессы плавления и закалки металлов возможны только с использованием этого явления. На транспорте при передвижении скоростных поездов на магнитных подушках используют тормозные системы, принцип работы которых основан на токах Фуко.

 

Создание современной вычислительной техники и трансформаторов стало возможным только благодаря применению и усовершенствованию в их конструкциях вихревых потоков. А также их используют в вакуумных устройствах, где проводят полную откачку воздуха и других газов.

Такие аппараты отличаются высокой экономичностью и производительностью. В настоящее время физики во многих странах продолжают изучать и экспериментировать с этим явлением. В результате чего удается с каждым годом совершенствовать устройства и оборудования, работающие на принципе вихревых токов.

Вихревые токи

В электрических аппаратах, приборах и машинах металлические детали иногда движутся в магнитном поле или неподвижные металлические детали пересекаются силовыми линиями меняющегося по величине магнитного поля. В этих металлических деталях индуктируется ЭДС самоиндукции.

Под действием этих э. д. с. в массе металлической детали протекают вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов. 

Вихревыми токами (также токами Фуко) называются электрические токи, возникающие вследствие электромагнитной индукции в проводящей среде (обычно в металле) при изменении пронизывающего ее магнитного потока. 

Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.

Пусть имеется сердечник из металлического материала. Поместим на этот сердечник катушку, по которой пропустим переменный ток. Вокруг катушки окажется переменный магнитный ток, пересекающий сердечник. При этом в сердечнике станет наводиться индуцированная ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает в сердечнике токи, называемые вихревыми. Эти вихревые токи нагревают сердечник. Так как электрическое сопротивление сердечника невелико, то наводимые в сердечниках индуцированные токи могут оказываться достаточно большими, а нагрев сердечника - значительным. 


Возниконвение токов Фуко (вихревых токов)

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф. Араго (1786 - 1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции.

Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819 - 1868) и названы его именем. Он назвал явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

В качестве примера на рисунке показаны вихревые токи, индуктируемые в массивном сердечнике, помещенном в катушку, обтекаемую переменным током. Переменное магнитное поле индуктирует токи, которые замыкаются по путям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных направлению поля.

Вихревые токи: а - в массивном сердечнике, б - в пластинчатом сердечнике

Способы уменьшения токов Фуко

Мощность, затрачиваемая на нагрев сердечника вихревыми токами, бесполезно снижает КПД технических устройств электромагнитного типа.

Чтобы уменьшить мощность вихревых токов, увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, для этого сердечники набирают из отдельных тонких (0,1- 0,5 мм) пластин, изолированных друг от друга с помощью специального лака или окалины.

Магнитопроводы всех машин и аппаратов переменного тока и сердечники якорей машин постоянного тока собирают из изолированных друг от друга лаком или поверхностной непроводящей пленкой (фосфатированных) пластин, выштампованных из листовой электротехнической стали. Плоскость пластин должна быть параллельна направлению магнитного потока. 

При таком делении сечения сердечника магнитопровода вихревые токи существенно ослабляются, так как уменьшаются магнитные потоки, которыми сцепляются контуры вихревых токов, а следовательно, понижаются и индуктируемые этими потоками э. д. с, создающие вихревые токи.

В материал сердечника также вводят специальные добавки, также увеличивающие его электрическое сопротивление. Для увеличения электрического сопротивления ферромагнетика электротехническую сталь приготовляют с присадкой кремния.


Шихтованный магнитопровод трансформатора

Сердечники некоторых катушек (бобин) набирают из кусков отожженной железной проволоки. Полоски железа располагают параллельно линиям магнитного потока. Вихревые же токи, протекающие в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, ограничиваются изолирующими прокладками. Для магнитопроводов приборов и устройств, работающих на высокой частоте, применяют магнетодиэлектрики. Чтобы снизить вихревые токи в проводах, последние изготавливают в виде жгута из отдельных жил, изолированных друг от друга. 

 

Лицендрат - это система переплетенных медных проводов, в которой каждая жила изолирована от соседних. Лицендрат предназначен для использования на высокочастотных токах для предотвращения возникновения паразитных токов и токов Фуко.

Применение токов Фуко

В ряде случаев вихревые токи используются в технике, например для торможения вращающихся массивных деталей. Электродвижущая сила, наводимая в элементах детали при пересечении магнитного поля, вызывает в ее толще замкнутые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создают значительные противодействующие моменты.

Широко применяется также такое магнитоиндукционное торможение для успокоения движения подвижных частей электроизмерительных приборов, в частности для создания противодействующего момента и торможения подвижной части электрических счетчиков.

В этих приборах диск, укрепленный на оси счетчика, вращается в зазоре постоянного магнита. Наводимые в массе диска при этом движении вихревые токи, взаимодействуя с потоком того же магнита, создают противодействующий и тормозящий моменты.

Например, вихревые токи нашли в устройстве магнитного тормоза диска электрического счетчика. Вращаясь, диск пересекает магнитные силовые линии постоянного магнита. В плоскости диска возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, создают свои магнитные потоки в виде трубочек вокруг вихревого тока. Взаимодействуя с основным полем магнита, эти потоки тормозят диск.

В ряде случаев, применяя вихревые токи, можно использовать технологические операции, которые невозможно применить без токов высокой частоты. Например, при изготовления вакуумных приборов и устройств из баллона необходимо тщательно откачать воздух и иные газы. Однако в металлической арматуре, находящейся внутри баллона, имеются остатки газа, которые можно удалить только после заваривания баллона.

Для полного обезгаживания арматуры вакуумный прибор помещают в поле высокочастотного генератора, в результате действия вихревых токов арматура нагревается до сотен градусов, остатки газа при этом нейтрализуются.

Использование вихревых токов при индукционной закалке металлов

Примером полезного применения вихревых токов, вызываемых переменным полем, могут служитьэлектрические индукционные печи. В них магнитное поле высокой частоты, создаваемое обмоткой, которая окружает тигель, наводит вихревые токи в металле, находящемся в тигле. Энергия вихревых токов трансформируется в тепло, плавящее металл.

 

Вызвать электрика в Ростове на Дону можно по телефонам 89081775067 и 241 92 67

http://rostovelectric.ru/ 
http://vk.com/elektrik89381019528 
http://ok.ru/group/51833654542481 
http://vk.com/stroikarus 
http://elektrik-rostov-do.wix.com/220-380 
http://vk.com/gruzoperevozki_rostov_61 
http://vk.com/parket_rostov_89064173503 
https://vk.com/moto_rostov_na_donu 
https://www.instagram.com/motoelektrik_rnd/ 
https://vk.com/skuter_rostov 
https://ok.ru/group/54561223475345 
https://yandex.ru/uslugi/profile/AlexSergeev-204022 
https://vk.com/motovel 
http://89081775067.tt34.ru/ 
http://wikimapia.org/39762599/ru/

266

Что такое вихревые токи?

Эдди токи - это токи, которые циркулируют в проводниках, как вихри в поток. Они индуцируются изменением магнитных полей и течением в замкнутых контурах, перпендикулярно плоскости магнитного поля. Их можно создать, когда проводник движется через магнитное поле, или когда магнитное поле окружение неподвижного проводника меняется, то есть все, что приводит к проводник испытывает изменение силы или направления магнитного поле может производить вихревые токи.Величина вихревого тока пропорциональна величине магнитного поля, площади петли и скорости изменения магнитного потока, и обратно пропорционально удельному сопротивлению дирижер.

Как и любой ток, протекающий по проводнику, вихревой ток будет производить свой собственный магнитное поле. Закон Ленца гласит, что направление магнитно-индуцированного ток, как и вихревой ток, будет таким, что создаваемое магнитное поле будет противодействовать изменению магнитного поля, которое его создало.Это сопротивление создало противоположными магнитными полями используется в вихретоковом торможении, которое обычно используется как метод остановки вращающихся электроинструментов и американских горок.

в диаграмма ниже, токопроводящий металлический лист (представляющий движущийся например, автомобиль с горками или электроинструмент), движется мимо неподвижного магнита. В виде лист движется мимо левого края магнита, он почувствует увеличение напряженность магнитного поля, вызывающая вихревые токи против часовой стрелки.Эти токи создают свои собственные магнитные поля и, согласно закону Ленца, направление будет вверх, т.е. противодействовать внешнему магнитному полю, создавая магнитное сопротивление. На другом краю магнита лист будет выходить из магнитное поле, и изменение поля будет в противоположном направлении, таким образом индуцирование вихревых токов по часовой стрелке, которые затем создают магнитное поле, действующее вниз. Это будет притягивать внешний магнит, также создавая сопротивление. Эти силы сопротивления замедляют движущийся лист, обеспечивая торможение.Электромагнит может использоваться для внешнего магнита, что означает, что можно изменять силу торможение осуществляется путем регулирования тока через катушки электромагнита. Преимущество вихревого торможения в том, что оно бесконтактное, поэтому механический износ. Однако вихревое торможение не подходит для торможения на низкой скорости и поскольку проводник должен двигаться, вихревые тормоза не могут удерживать предметы в стационарные позиции. Таким образом, часто необходимо также использовать традиционные фрикционный тормоз.

Эдди течения были впервые обнаружены в 1824 году ученым, а затем премьер-министром Франция, Франсуа Араго. Он понял, что намагнитить можно больше всего. проводящие объекты и был первым свидетелем вращательного магнетизма. Десять лет позже закон Ленца был постулирован Генрихом Ленцем, но только в 1855 г. что французский физик Леон Фуко официально открыл вихревые токи. Он обнаружили, что сила, необходимая для вращения медного диска при размещении его обода между полюсами магнита, такого как подковообразный магнит, увеличивается, и диск нагревается индуцированными вихревыми токами.

Отопление Эффект возникает в результате преобразования электрической энергии в тепловую. и используется в устройствах индукционного нагрева, например в некоторых плитах и ​​сварочных аппаратах. В сопротивление, ощущаемое вихревыми токами в проводнике, вызывает джоулев нагрев и количество выделяемого тепла пропорционально текущему квадрату. Однако для таких приложений, как двигатели, генераторы и трансформаторы, это тепло считается потери энергии и, как таковые, вихревые токи должны быть сведены к минимуму.Это может быть достигается за счет ламинирования металлических сердечников этих устройств, где каждый сердечник состоит из нескольких изолированных листов металла. Это разбивает ядро ​​на многие отдельные магнитные цепи и ограничивает прохождение вихревых токов через него, уменьшая количество тепла, выделяемого за счет джоулева нагрева.

Эдди токи также можно отвести через трещины или прорези в проводнике, которые нарушают цепи и предотвратить циркуляцию токовых петель.Это значит, что вихревые токи могут использоваться для обнаружения дефектов в материалах. Это называется неразрушающий контроль и часто используется в самолетах. Магнитное поле производятся вихревыми токами, где изменение поля показывает наличие неровности; дефект уменьшит размер вихря ток, который, в свою очередь, снижает напряженность магнитного поля.

Другой применение вихревых токов - магнитная левитация. Проводники подвергаются переменные магнитные поля, которые вызывают вихревые токи внутри проводника и создают отталкивающее магнитное поле, раздвигающее магнит и проводник.Это переменное магнитное поле может быть вызвано относительным движением между магнит и проводник (обычно магнит неподвижен, а проводник движется) или с помощью электромагнита, применяемого с переменным током для изменения напряженность магнитного поля.

Технология вихревых токов

Вихретоковые испытания (ВТК) - это разновидность метода электромагнитных испытаний (ЭТ), обычно используемых для обнаружения поверхностных или приповерхностных дефектов в материалах. Обычно он используется для проверки неферромагнитных металлов, хотя тестируемый материал может быть ферромагнитным металлом.ECT также реже используется для проверки композитных материалов, таких как полимер, армированный углеродным волокном (CFRP).

Как это работает

Электрический проводник (обычно медная катушка) помещается в цепь, через которую проходит переменный ток, в результате чего вокруг катушки создается магнитное поле на основе принципа самоиндукции. Правило правой руки определяет направление магнитного поля. Напряженность магнитного поля зависит от величины тока возбуждения катушки, а также от частоты, равной частоте переменного тока тока возбуждения.

Когда катушка помещается рядом с металлическим образцом, в материале индуцируются вихревые токи. Вихревые токи в материалах аналогичны вихревым токам в жидкостях, поэтому они и получили свое название. При электромагнитной индукции вихревые токи текут в направлении, противоположном току катушки, и, таким образом, также создают противодействующую силу или «вторичное» поле. Схема в системе ECT нормализована (также известна как «сбалансированная») к этому противоположному вторичному полю.

Если катушка перемещается в место на образце с дефектом, поток вихревых токов нарушается, что приводит к изменению их траектории и плотности.Последующее изменение вторичной напряженности магнитного поля вызывает изменение баланса системы, что затем регистрируется как изменение импеданса в катушке. Типичная система ECT представляет это изменение как измерение напряжения. Современные варианты технологии ECT включают в себя вихретоковую решетку (ECA), дистанционное тестирование поля (RFT), утечку магнитного потока (MFL) и импульсный вихретоковый ток (PEC). Хотя метод электромагнитного акустического преобразователя (ЭМАП) основан на ультразвуковых волнах, а не на вихревых токах, он разделяет те же фундаментальные теории, что и вихретоковый контроль.

Вихретоковая технология

Когда и как следует использовать вихретоковую технологию?

  • Идеальный метод контроля неферромагнитных металлов.
  • Для обнаружения поверхностных или приповерхностных дефектов, таких как трещины, коррозия, износ, пористость и т. Д.
  • Для измерения толщины непроводящей краски и покрытия.
  • Для обнаружения и количественной оценки изменений свойств или микроструктуры материала.
  • Когда зонд не может находиться в прямом контакте с материалом.
  • Когда требуется минимальная подготовка поверхности.
  • Когда использование химикатов для других традиционных методов неразрушающего контроля нежелательно.

Вихревые токи и магнитное затухание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните величину и направление индуцированного вихревого тока и влияние, которое он окажет на объект, в котором он индуцируется.
  • Опишите несколько применений магнитного демпфирования.

Вихревые токи и магнитное затухание

Как обсуждалось в «ЭДС движения», ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника. Если двигательная ЭДС может вызвать токовую петлю в проводнике, мы называем этот ток вихревым током . Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление движению, называемое магнитным демпфированием . Рассмотрим устройство, показанное на рисунке 1, которое раскачивает маятник между полюсами сильного магнита.(Это еще одно излюбленное занятие в лаборатории физики.) Если боб металлический, то при входе в поле и выходе из поля он испытывает значительное сопротивление, что быстро гасит движение. Однако, если боб представляет собой металлическую пластину с прорезями, как показано на Рисунке 1 (b), эффект от магнита будет гораздо меньше. Заметного воздействия на боб из изолятора не наблюдается. Почему существует торможение в обоих направлениях и есть ли применение магнитному сопротивлению?

Рис. 1. Обычное физическое демонстрационное устройство для изучения вихревых токов и магнитного затухания.(а) Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита, быстро затухает под действием вихревых токов. (b) Имеется незначительное влияние на движение металлического боба с прорезями, что означает, что вихревые токи становятся менее эффективными. (c) На непроводящем бобе также отсутствует магнитное затухание, поскольку вихревые токи чрезвычайно малы.

На рисунке 2 показано, что происходит с металлической пластиной, когда она входит в магнитное поле и выходит из него. В обоих случаях он испытывает силу, противодействующую его движению.Когда он входит слева, поток увеличивается, и поэтому возникает вихревой ток (закон Фарадея) в направлении против часовой стрелки (закон Ленца), как показано. Только правая сторона токовой петли находится в поле, так что слева на нее действует сила, не оказывающая сопротивления (RHR-1). Когда металлическая пластина полностью находится внутри поля, вихревой ток отсутствует, если поле однородно, поскольку поток остается постоянным в этой области. Но когда пластина покидает поле справа, поток уменьшается, вызывая вихревой ток по часовой стрелке, который, опять же, испытывает силу слева, еще больше замедляя движение.Аналогичный анализ того, что происходит, когда пластина поворачивается справа налево, показывает, что ее движение также затухает при входе в поле и выходе из него.

Рис. 2. Более подробный взгляд на проводящую пластину, проходящую между полюсами магнита. Когда он входит в поле и выходит из него, изменение потока создает вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле препятствует движению. Когда пластина полностью находится внутри однородного поля, нет ни тока, ни магнитного сопротивления.

Когда металлическая пластина с прорезями входит в поле, как показано на рисунке 3, ЭДС индуцируется изменением магнитного потока, но она менее эффективна, поскольку прорези ограничивают размер токовых петель. Более того, в соседних контурах есть токи в противоположных направлениях, и их эффекты нейтрализуются. Когда используется изолирующий материал, вихревые токи чрезвычайно малы, поэтому магнитное затухание на изоляторах незначительно. Если необходимо избегать вихревых токов в проводниках, они могут быть выполнены с прорезями или состоять из тонких слоев проводящего материала, разделенных изоляционными листами.

Рис. 3. Вихревые токи, индуцируемые в металлической пластине с прорезями, входящие в магнитное поле, образуют небольшие петли, и силы на них имеют тенденцию нейтрализоваться, тем самым делая магнитное сопротивление почти нулевым.

Применение магнитного демпфирования

Одно из применений магнитного демпфирования встречается в чувствительных лабораторных весах. Для максимальной чувствительности и точности весы должны быть максимально свободными от трения. Но если он без трения, то будет очень долго колебаться.Магнитное демпфирование - простое и идеальное решение. При магнитном демпфировании сопротивление пропорционально скорости и обращается в ноль при нулевой скорости. Таким образом, колебания быстро затухают, после чего демпфирующая сила исчезает, что делает баланс очень чувствительным. (См. Рис. 4.) В большинстве весов магнитное демпфирование достигается с помощью проводящего диска, который вращается в фиксированном поле.

Рис. 4. Магнитное демпфирование этих чувствительных весов замедляет их колебания. Поскольку закон индукции Фарадея дает наибольший эффект при самых быстрых изменениях, демпфирование наибольшее для больших колебаний и стремится к нулю при остановке движения.

Поскольку вихревые токи и магнитное затухание возникают только в проводниках, центры переработки могут использовать магниты для отделения металлов от других материалов. Мусор партиями сбрасывается по пандусу, под которым находится мощный магнит. Проводники в мусоре замедляются за счет магнитного демпфирования, в то время как неметаллы в мусоре движутся дальше, отделяясь от металлов. (См. Рисунок 5.) Это работает для всех металлов, а не только для ферромагнитных. Магнит может отделить ферромагнитные материалы самостоятельно, воздействуя на неподвижный мусор.

Рис. 5. Металлы можно отделить от другого мусора с помощью магнитного сопротивления. В металлах создаются вихревые токи и магнитное сопротивление, которые направляются вниз по этой рампе мощным магнитом под ней. Неметаллы идут дальше.

Другие основные области применения вихревых токов - это металлодетекторы и тормозные системы в поездах и американских горках. Переносные металлоискатели (рис. 6) состоят из первичной катушки, по которой проходит переменный ток, и вторичной катушки, в которой индуцируется ток. В куске металла рядом с детектором будет индуцироваться вихревой ток, который вызовет изменение индуцированного тока во вторичной катушке, что приведет к возникновению какого-то сигнала, такого как пронзительный шум.Торможение с использованием вихревых токов более безопасно, поскольку такие факторы, как дождь, не влияют на торможение и торможение более плавное. Однако вихревые токи не могут полностью остановить движение, поскольку создаваемая сила уменьшается со скоростью. Таким образом, скорость может быть уменьшена с, скажем, 20 м / с до 5 м / с, но для полной остановки транспортного средства требуется другая форма торможения. Обычно в американских горках используются мощные редкоземельные магниты, такие как неодимовые магниты. На рисунке 7 показаны ряды магнитов в таком приложении.У транспортного средства есть металлические ребра (обычно содержащие медь), которые проходят через магнитное поле, замедляя транспортное средство, почти так же, как в случае с маятниковым бобом, показанным на Рисунке 1.

Рис. 6. Солдат в Ираке использует металлоискатель для поиска взрывчатых веществ и оружия. (Источник: армия США)

Рис. 7. Ряды редкоземельных магнитов (выступающие горизонтально) используются для магнитного торможения в американских горках. (Источник: Стефан Шеер, Wikimedia Commons)

Индукционные варочные панели имеют под поверхностью электромагниты.Магнитное поле быстро изменяется, вызывая вихревые токи в основании горшка, вызывая повышение температуры горшка и его содержимого. Индукционные варочные панели обладают высокой эффективностью и хорошим временем отклика, но основание кастрюли должно быть ферромагнитным, железным или стальным, чтобы индукционная работала.

Сводка раздела

  • Токовые петли, наведенные в движущихся проводниках, называются вихревыми токами.
  • Они могут создавать значительное сопротивление, называемое магнитным демпфированием.

Концептуальные вопросы

  1. Объясните, почему магнитное демпфирование может быть неэффективным для объекта, состоящего из нескольких тонких проводящих слоев, разделенных изоляцией.
  2. Объясните, как электромагнитную индукцию можно использовать для обнаружения металлов? Этот метод особенно важен при обнаружении заглубленных наземных мин для захоронения, геофизических исследований и в аэропортах.

Задачи и упражнения

1. Сделайте рисунок, аналогичный рисунку 2, но с маятником, движущимся в противоположном направлении. Затем используйте закон Фарадея, закон Ленца и RHR-1, чтобы показать, что магнитная сила противодействует движению.

Рис. 8. Катушка перемещается в область однородного магнитного поля и выходит из нее.

2. Катушка перемещается через магнитное поле, как показано на рисунке 8. Поле однородно внутри прямоугольника и равно нулю снаружи. Каково направление индуцированного тока и каково направление магнитной силы, действующей на катушку в каждом показанном положении?

Глоссарий

вихревой ток:
токовая петля в проводнике, вызванная двигательной ЭДС
магнитное демпфирование:
сопротивление, создаваемое вихревыми токами

13.6. Вихревые токи - Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как в металлах создаются вихревые токи
  • Опишите ситуации, когда вихревые токи полезны, а где нет.

Как обсуждалось в двух разделах ранее, ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника. Если подвижная ЭДС может вызвать ток в проводнике, мы называем этот ток вихревым током .

Магнитное демпфирование

Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление, называемое магнитным демпфированием , при движении. Рассмотрим устройство, показанное на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), которое раскачивает маятник между полюсами сильного магнита. (Это еще одна излюбленная демонстрация физики.) Если боб металлический, на боб действует значительное сопротивление, когда он входит в поле и покидает его, быстро демпфируя движение. Однако, если боб представляет собой металлическую пластину с прорезями, как показано в части (b) рисунка, магнит производит гораздо меньший эффект.Заметного воздействия на боб из изолятора не наблюдается. Почему сопротивление происходит в обоих направлениях и есть ли применение магнитному сопротивлению?

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Обычное физическое демонстрационное устройство для изучения вихревых токов и магнитного затухания. (а) Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита, быстро затухает под действием вихревых токов. (b) Имеется незначительное влияние на движение металлического боба с прорезями, что означает, что вихревые токи становятся менее эффективными.(c) На непроводящем бобе также отсутствует магнитное затухание, поскольку вихревые токи чрезвычайно малы.

На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, что происходит с металлической пластиной, когда она входит в магнитное поле и выходит из него. В обоих случаях он испытывает силу, противодействующую его движению. Когда он входит слева, поток увеличивается, создавая вихревой ток (закон Фарадея) в направлении против часовой стрелки (закон Ленца), как показано. Только правая сторона токовой петли находится в поле, поэтому на нее слева действует беспрепятственная сила (RHR-1).Когда металлическая пластина полностью находится внутри поля, вихревой ток отсутствует, если поле однородно, поскольку поток остается постоянным в этой области. Но когда пластина покидает поле справа, поток уменьшается, вызывая вихревой ток по часовой стрелке, который, опять же, испытывает силу слева, еще больше замедляя движение. Аналогичный анализ того, что происходит, когда пластина поворачивается справа налево, показывает, что ее движение также затухает при входе в поле и выходе из него.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): более подробный взгляд на проводящую пластину, проходящую между полюсами магнита. Когда он входит в поле и выходит из него, изменение потока создает вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле препятствует движению. Когда пластина полностью находится внутри однородного поля, нет ни тока, ни магнитного сопротивления.

Когда металлическая пластина с прорезями входит в поле (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)), ЭДС индуцируется изменением магнитного потока, но она менее эффективна, поскольку прорези ограничивают размер контуров тока.Более того, в соседних контурах есть токи в противоположных направлениях, и их эффекты нейтрализуются. Когда используется изоляционный материал, вихревые токи чрезвычайно малы, поэтому магнитное затухание на изоляторах незначительно. Если необходимо избежать вихревых токов в проводниках, они должны быть выполнены с прорезями или состоять из тонких слоев проводящего материала, разделенных изоляционными листами.

Рис. \ (\ PageIndex {3} \): Вихревые токи, индуцированные в металлической пластине с прорезями, входящие в магнитное поле, образуют небольшие петли, и силы на них имеют тенденцию нейтрализоваться, тем самым делая магнитное сопротивление почти нулевым.

Применение магнитного демпфирования

Одно из применений магнитного демпфирования встречается в чувствительных лабораторных весах. Для максимальной чувствительности и точности весы должны быть максимально свободными от трения. Но если он без трения, то будет очень долго колебаться. Магнитное демпфирование - простое и идеальное решение. При магнитном демпфировании сопротивление пропорционально скорости и обращается в ноль при нулевой скорости. Таким образом, колебания быстро затухают, после чего демпфирующая сила исчезает, благодаря чему баланс становится очень чувствительным (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)).В большинстве весов магнитное демпфирование достигается с помощью проводящего диска, который вращается в фиксированном поле.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Магнитное демпфирование этих чувствительных весов замедляет их колебания. Поскольку закон индукции Фарадея дает наибольший эффект при самых быстрых изменениях, демпфирование наибольшее для больших колебаний и стремится к нулю при остановке движения.

Поскольку вихревые токи и магнитное затухание возникают только в проводниках, центры переработки могут использовать магниты для отделения металлов от других материалов.Мусор партиями сбрасывается по пандусу, под которым находится мощный магнит. Проводники в мусоре замедляются из-за магнитного затухания, в то время как неметаллы в мусоре движутся дальше, отделяясь от металлов (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). Это работает для всех металлов, а не только для ферромагнитных. Магнит может отделить ферромагнитные материалы самостоятельно, воздействуя на неподвижный мусор.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Металлы можно отделить от другого мусора с помощью магнитного перетаскивания. В металлах создаются вихревые токи и магнитное сопротивление, которые направляются вниз по этой рампе мощным магнитом под ней.Неметаллы идут дальше.

Другие основные области применения вихревых токов появляются в металлодетекторах , и тормозных системах , в поездах и на американских горках. Переносные металлоискатели (рисунок \ (\ PageIndex {6} \)) состоят из первичной катушки, по которой проходит переменный ток, и вторичной катушки, в которой индуцируется ток. В куске металла рядом с детектором индуцируется вихревой ток, вызывая изменение наведенного тока во вторичной катушке. Это может вызвать какой-то сигнал, например пронзительный шум.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): солдат в Ираке использует металлоискатель для поиска взрывчатых веществ и оружия. (предоставлено армией США)

Торможение с использованием вихревых токов более безопасно, поскольку такие факторы, как дождь, не влияют на торможение, и торможение более плавное. Однако вихревые токи не могут полностью остановить движение, поскольку создаваемое тормозное усилие уменьшается с уменьшением скорости. Таким образом, скорость может быть уменьшена с, скажем, 20 м / с до 5 м / с, но для полной остановки транспортного средства требуется другая форма торможения.Обычно в американских горках используются мощные редкоземельные магниты, такие как неодимовые магниты. На рисунке \ (\ PageIndex {7} \) показаны ряды магнитов в таком приложении. У транспортного средства есть металлические ребра (обычно содержащие медь), которые проходят через магнитное поле, замедляя транспортное средство почти так же, как с маятниковым бобом, показанным на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): ряды редкоземельных магнитов (выступающие горизонтально) используются для магнитного торможения на американских горках.(кредит: Стефан Шеер)

Индукционные варочные панели имеют электромагниты под своей поверхностью. Магнитное поле быстро меняется, создавая вихревые токи в основании горшка, вызывая повышение температуры горшка и его содержимого. Индукционные варочные панели обладают высокой эффективностью и хорошим временем отклика, но для работы индукционной плиты в основании кастрюли должны быть проводники, такие как железо или сталь.

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами.Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Что такое вихревые токи и как работают вихретоковые тормоза?


Спросил: Мэтт Бер

Ответ

Вихревой ток - это вихревой ток, возникающий в проводнике в ответ на изменение магнитного поля. По закону Ленца ток закручивается таким образом, чтобы создать магнитное поле, препятствующее изменению; для этого в проводнике электроны вращаются в плоскости, перпендикулярной магнитному полю.

Из-за тенденции вихревых токов к противодействию, вихревые токи вызывают потерю энергии. Точнее, вихревые токи преобразуют более полезные формы энергии, такие как кинетическая энергия, в тепло, которое, как правило, гораздо менее полезно. Во многих приложениях потеря полезной энергии не особенно желательна, но есть несколько практических приложений. Один в тормозах некоторых поездов. Во время торможения металлические колеса подвергаются воздействию магнитного поля от электромагнита, в результате чего в колесах возникают вихревые токи.Магнитное взаимодействие между приложенным полем и вихревыми токами замедляет колеса. Чем быстрее вращаются колеса, тем сильнее эффект, а это означает, что по мере замедления поезда тормозная сила уменьшается, обеспечивая плавное остановочное движение.
Ответил: Джейсон Хайдекер, бакалавр физики, Западный колледж, Лос-Анджелес

Вихревой ток - это водоворот (как водоворот) тока, который индуцируется в твердой проводящей массе.

Представьте себе квадратную петлю из проволоки, вытянутую из области, через которую проходит однородное магнитное поле перпендикулярно плоскости петли. Что сейчас произойдет?

Индуктивность контура будет сопротивляться изменению магнитного поля внутри него, и будет генерироваться ЭДС. Другими словами, когда петля выходит из поля, в петле будет индуцироваться ток, который вызывает другое магнитное поле той же полярности, что и окружающее поле. Это заставит петлю «притягиваться» к окружающему полю; петля будет ощущаться, как будто ее тянут обратно в поле.Если вы посмотрите на силы, действующие на каждый отдельный участок провода, движущийся в поле, вы увидите, что сила, перпендикулярная движению петли, вызывает силу, противоположную этому движению.

Механическая энергия, используемая для перемещения петли, будет преобразована в электрическую энергию, управляющую током петли. Чем быстрее будет натянута петля, тем сильнее она будет отодвигаться.

Я думаю, что большинство людей могут добраться до этого самостоятельно, но вихревые токи все равно кажутся странными, хотя идея вихревых токов ничем не отличается от этой.

Точно так же, как ток, индуцируемый в петле из проволоки, токовые «водовороты» или «водовороты» - небольшие водовороты тока - могут возникать внутри сплошной проводящей плиты. Хотя внутри плиты нет «провода», индуктивность (все проводники являются индукторами, включая конденсаторы, прежде чем переходные процессы затухают; представьте, что конденсатор действует как короткозамкнутый элемент для высоких частот) плиты заставляет природу перемещать ток так же, как и если бы там была круглая проволока.

Таким образом, если вы переместите плиту в магнитное поле или из магнитного поля, внутри плиты возникнут вихревые токи, которые вызовут такую ​​же противоположную реакцию силам, прилагаемым к плите.

Итак, если вы следовали этому, то, возможно, вы увидите, что я ответил на вопрос задом наперед.

Вихретоковые тормоза просто чрезмерно используют пример, который я привел выше. Возможно, мне нужен еще один пример, чтобы прояснить это. . .

Я помню, как на уроке Frosh E&M мой профессор построил интересный маятник. Позже я обнаружил, что это был обычный эксперимент в классах E&M.

Маятник мог качаться вперед и назад и мог прикрепляться к разным типам токопроводящих колец на его конце.Когда он качался, кольцо на его конце проходило между двумя полюсами очень сильного и огромного магнита (когда его катили в небольшую физическую лабораторию, этот магнит обесцвечивал все ЭЛТ в комнате). . .

Итак, профессор оттягивал маятник назад, позволял ему качаться, и мы наблюдали, что произойдет, когда проводящее кольцо войдет в магнитное поле (и, возможно, из него).

Первый пример - поместить проводящее кольцо (оно не обязательно должно быть кольцом - кольцо было именно тем, как оно прикреплялось к маятнику; только твердая часть проходила через сильную часть магнитного поля) на конец маятника и дайте ему покатиться.Это проводящее кольцо было твердым, как большой орех. Даже если профессор сильно бросил маятник в поле, как только кольцо вошло между двумя полюсами, оно немедленно остановилось. Вся его кинетическая энергия ушла в движущийся ток внутри проводящего кольца (и я уверен, что сопротивление кольца отдало эту энергию в виде тепла).

Следующий пример - очень похожее кольцо, но в нем есть несколько прорезей. Это все еще было кольцо, но область, проходящая между двумя полюсами, выглядела как потертые края.

На этот раз маятник без проблем качнулся между полюсами - он несколько раз качнулся вперед и назад.

Прорези, вырезанные во втором примере, имели тот же эффект, что и разрыв «петли» в самом первом примере, который я привел в этом ответе. Если вы разорвите цикл, будет сгенерирована ЭДС, но ток не сможет течь. Без тока невозможно создать ни одно поле.

Итак, делая прорези, если будут какие-либо вихревые токи, они будут очень маленькими токами, которые обеспечат очень небольшой отвод кинетической энергии.

Этот тип «динамического торможения» может быть расширен. Представьте себе мотор. Если вы замените аккумулятор этого мотора на лампочку и включите мотор вручную, лампочка может загореться. Если вы продолжите добавлять больше нагрузок, чем просто электрическая лампочка, все они могут начать работать, но с большим количеством нагрузок будет все труднее и труднее вращать «двигатель-генератор задним ходом». Удаление всех этих нагрузок так, чтобы ничего не соединяло два предыдущих вывода аккумуляторной батареи, заставит двигатель легко вращаться (при условии низкого трения / соответствующего передаточного числа и т. Д.).

Точно так же вы можете нагружать эти пустые провода бесконечной нагрузкой, просто замкнув их вместе. Если магниты достаточно сильные (магнит моего профессора был недостаточно сильным, когда он вырезал прорези в кольце), двигатель не сможет двигаться.

Таким образом ручная дрель автоматически останавливается, когда вы отпускаете спусковой крючок. Если вы внимательно посмотрите на корпус двигателя, вы можете увидеть искру, когда отпустите спусковой крючок. Это происходит, когда аккумулятор отсоединяется от выводов и заменяется коротким замыканием.Собственная кинетическая энергия двигателя пытается направить его в противоположном направлении (это один из способов взглянуть на него) и в конечном итоге очень быстро замедляется до нулевой скорости.

Теперь приступим к творчеству. . . что делать, если заменить короткое замыкание на незаряженный конденсатор. При коротком замыкании кинетическая энергия вызывает сильный ток в двигателе, который вызывает силу, противодействующую движению двигателя. . . Но эта кинетическая энергия имеет ограниченный запас, и как только она перестанет создавать поле, энергия будет отдаваться в виде тепла от сопротивления провода.ОДНАКО, если вы поместите туда конденсатор, вы можете начать улавливать часть этой энергии и хранить ее там. ОДНАКО, если вы не будете осторожны, энергия конденсатора начнет разряжаться в двигатель и пытаться его раскрутить. . . и у вас есть очень странный маленький осциллятор.

Так что, если бы у вас был умный способ динамического торможения, который позволил бы вам зарядить конденсатор как можно больше, а затем отключить конденсатор и заменить его коротким (или аналогичным). . . а что если заменить конденсатор на аккумулятор.. .

Тогда у вас есть не только действительно интересная тормозная система, для работы которой не требуется трение, но и вместо того, чтобы тратить всю эту энергию на тепло, вы можете сохранить большую ее часть обратно в батарею, которая заставляет вас двигаться. первое место . . .

Вы можете продлить это дальше. Такие устройства, как Segway, на самом деле используют такую ​​же технологию для зарядки своих батарей не только при торможении, но и при спуске с горы.

Итак, в моих последних нескольких примерах они не имели ничего общего с вихревыми токами - если вы хотите улавливать эту энергию, вы должны сами построить цепь - вы не можете позволить природе делать это за вас в водоворотах.Также сложно динамически тормозить вихревыми токами - нельзя просто добавить щели и убрать их по прихоти.

Вихревые токи действительно играют роль в таких вещах, как трансформаторы, поэтому трансформаторы обычно изготавливаются из многослойных сердечников, которые предотвращают появление вихревых токов.

Когда катушка с проволокой окружает ферромагнитный сердечник, например, железо трансформатора, ИЗМЕНЯЮЩЕЕСЯ магнитное поле индуцирует в сердечнике вихревой ток, который также оказывается проводящим.Если вы построите сердечник из большого количества слоев, разделенных изолятором, вы можете предотвратить появление вихревых токов. Предотвращение возникновения вихревых токов в трансформаторах предотвращает потерю мощности (токи в резистивных материалах вызывают потерю мощности) в трансформаторе. В трансформаторе есть и другие источники потерь мощности, но они намного сложнее. Даже самый простой [умеренно большой] трансформатор (не обязательно дроссели), скорее всего, будет иметь ламинированный сердечник.
Ответил: Тед Павлик, студент-электротехник, Ohio St.

Что такое вихревой ток и каково его влияние в распределительном щите BlokSeT?

Что такое вихретоковый ток?

Вихревые токи - это петля электрического тока, индуцированная в проводниках изменяющимся магнитным полем в проводнике, в соответствии с законом индукции Фарадея. Вихревые токи протекают в замкнутых контурах внутри проводников в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю.Они могут быть индуцированы в соседних неподвижных проводниках изменяющимся во времени магнитным полем, создаваемым, например, электромагнитом переменного тока или трансформатором, или относительным движением между магнитом и ближайшим проводником. Величина тока в данной петле пропорциональна силе магнитного поля, площади петли и скорости изменения магнитного потока и обратно пропорциональна удельному сопротивлению материала.

По закону Ленца вихревой ток создает магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, создавшему его, и, таким образом, вихревые токи реагируют на источник магнитного поля.Например, соседняя проводящая поверхность будет оказывать сопротивление движущемуся магниту, которое препятствует его движению, из-за вихревых токов, индуцируемых на поверхности движущимся магнитным полем. Этот эффект используется в вихретоковых тормозах, которые используются для быстрой остановки вращения электроинструментов при их выключении. Ток, протекающий через сопротивление проводника, также рассеивает энергию в виде тепла в материале. Таким образом, вихревые токи являются причиной потерь энергии в индукторах переменного тока (AC), трансформаторах, электродвигателях и генераторах и другом оборудовании переменного тока, что требует специальной конструкции, такой как многослойные магнитные сердечники или ферритовые сердечники, чтобы минимизировать их.


Когда вихревые токи становятся значительными?

Вихревые токи не имеют значения ниже 630 А. В стандарте IEC 61439-1 указано, что при токе более 630 А будет присутствовать вихревой ток, и конструкция должна обеспечивать учет дополнительных тепловых эффектов, связанных с вихревыми токами и смещением тока. конструкция (IEC 61439-1: 2011, раздел 10.10.2.2.3-b ).


Как в BlokSeT регулируется влияние вихревого тока?

Наведенный вихревой ток также зависит от конструкции, как описано ниже.

  • На рис. 1 показан однофазный электрический проводник, проходящий через металлическую пластину.Это вызовет магнитное поле в пластине, как показано на рисунке, и вызовет вихревой ток.
  • На рис. 2 показаны трехфазные электрические проводники, проходящие через общий вырез в металлической пластине. В этом случае не будет никакого магнитного поля, индуцированного в металлической пластине , так как суммирование вектора магнитных полей, индуцированных каждой фазой, станет нулевым .
  • На рис. 3 показана архитектура сборных шин Blokset, аналогичная конфигурации на рис. 2.Следовательно, в идеале не может быть индуцированного вихревого тока в опорах .
  • На рис. 4 показаны вырезы в монтажных пластинах блока и образуют перегородки при номинальном токе более 630 А, что аналогично рис. 2. Следовательно, в идеале не может быть индуцированного вихретокового тока.
Стандартами для вихретокового тока не существует определенных ограничений. Но, по замыслу , в BlokSeT не может быть большого вихревого тока. Все предложения Blokset проходят типовые испытания на превышение температуры в соответствии с IEC 61439-1.Следовательно, не нужно беспокоиться, пока не произойдет чрезмерное повышение температуры.

Как алюминий помогает уменьшить вихревые токи в BlokSeT для фланш-панели и держателя шин вместо стали?

Обычно для стали возникают два типа магнитных потерь: потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Поскольку алюминий является немагнитным материалом, потери на гистерезис не возникают, а индуцированный вихревой ток обычно меньше по сравнению со сталью.Следовательно, когда номинальный ток превышает 630 А и невозможно реализовать конструкцию, показанную на рис. 2, в BlokSeT используется алюминиевый лист для минимизации эффекта вихревых токов (например, пластина кабельного ввода).

Вихревые токи

Вихревые токи
следующий: Генератор переменного тока Up: Магнитная индукция Предыдущая: Motional Emf В приведенном выше примере мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле, поле возникает двигательная ЭДС.Более того, согласно рабочему примеру 9.3, эта ЭДС управляет током. который нагревает проводник, а в сочетании с магнитным поле, также вызывает магнитную силу, действующую на проводник, которая противодействует его движение. Оказывается, это довольно общие результаты. Между прочим, индуцированные токи, которые циркулируют внутри движущегося проводника в статическом магнитном поле. поле, или неподвижный проводник в изменяющемся во времени магнитном поле, обычно называют Вихревые токи .

Рассмотрим металлический диск, который вращается в перпендикулярном магнитном поле, которое только распространяется на небольшую прямоугольную часть диска, как показано на рис.37. Такое поле могло быть создано полюсом подковообразного магнита. Движущаяся ЭДС, индуцированная в диске, когда он движется через содержащую поле регион, действует в направлении , где скорость диска и магнитное поле. Следует Из рис. 37 видно, что ЭДС действует вниз. ЭДС управляет токами, которые также направлен вниз. Однако эти токи должны образовывать замкнутые контуры, и, следовательно, они направлены вверх в тех областях диска, которые непосредственно примыкают к в область, содержащую поле, как показано на рисунке.Видно, что индуцированные токи текут небольшими вихрями. Отсюда и название `` вихревые токи ''. Согласно правилу правой руки, нисходящие токи в поле, содержащем области вызывают магнитную силу на диске, которая действует вправо. Другими словами, магнитная сила препятствует вращению диска. Ясно, что над диском должна производиться внешняя работа, чтобы он оставался вращающийся с постоянной угловой скоростью. Эта внешняя работа в конечном итоге рассеивается как тепло вихревыми токами, циркулирующими внутри диска.

Рисунок 37: Вихревые токи

Вихревые токи могут быть очень полезными. Например, некоторые плиты работают, используя вихревые токи. Кастрюли, которые обычно изготавливаются из алюминия, размещаются на пластинах, создающих колебательные магнитные поля. Эти поля вызывают вихревые токи в горшках, которые нагревают их. Затем тепло передается к еде внутри горшков. Этот тип плиты особенно полезен для пища, которую необходимо готовить постепенно в течение длительного периода времени: i.е. , г. в течение многих часов или даже дней. Вихревые токи также можно использовать для нагрева небольших кусочки металла, пока они не станут раскаленными добела, поместив их в очень быстро колеблющееся магнитное поле. Этот метод иногда используется при пайке. Нагревание проводников с помощью вихревых токов называется индукционным нагревом . Вихревые токи также можно использовать для гашения движения. Это техника, которая называется демпфирование вихревых токов , часто используется в гальванометрах.



следующий: Генератор переменного тока Up: Магнитная индукция Предыдущая: Motional Emf
Ричард Фицпатрик 2007-07-14
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *