Вихрови токове

В електрическите апарати, инструменти и машини металните части понякога се движат в магнитно поле или неподвижните метални части се пресичат от силови линии на променящо се магнитно поле. Тези метални части предизвикват ЕМП на самоиндукция.

Под влиянието на тези д. и т.н. с. в масата на металната част вихрови токове (токове на Фуко), които са затворени в масата, образувайки вихрови вериги на токове.

Вихровите токове (също и токовете на Фуко) са електрически токове, които възникват в резултат на електромагнитна индукция в проводима среда (обикновено в метал) при промяна на магнитния поток, проникващ през нея.

Вихровите токове генерират свои собствени магнитни потоци, които чрез правилото на Ленц, се противопоставят на магнитния поток на бобината и я отслабват. Те също така причиняват загряване на сърцевината, което е загуба на енергия.

Нека има сърцевина, изработена от метален материал. Поставяме намотка върху това ядро, по която преминаваме променлив ток… Около бобината ще има променлив магнитен ток, пресичащ сърцевината. В този случай в сърцевината ще бъде индуцирана индуцирана ЕМП, която от своя страна причинява токове в сърцевината, наречени вихрови токове. Тези вихрови токове загряват ядрото. Тъй като електрическото съпротивление на сърцевината е ниско, индуцираните токове, индуцирани в сърцевините, могат да бъдат доста големи и нагряването на сърцевината може да бъде значително.

Появата на течения на Фуко (вихрови течения)

Вихровите токове за първи път са открити от френския учен Д.Ф. Араго (1786 — 1853) през 1824 г. в меден диск, разположен на ос под въртяща се магнитна игла. Поради вихрови токове дискът започна да се върти. Това явление, наречено феномен Араго, е обяснено няколко години по -късно от М. Фарадей от позицията на законът на електромагнитната индукция.

Вихровите течения са подробно проучени от френския физик Фуко (1819 — 1868) и са кръстени на него. Той нарича феномена на нагряване на метални тела, въртящи се в магнитно поле, вихрови токове.

V като пример на фиг.непокрит показва вихрови токове, индуцирани в масивна сърцевина, поставена в намотка на променлив ток. Променливото магнитно поле предизвиква токове, които са затворени по пътеки, лежащи в равнини, перпендикулярни на посоката на полето.

Вихрови токове: а — в масивно ядро, б — в ламелно ядро

Начини за намаляване на токовете на Фуко

Консумираната мощност за нагряване на ядрото чрез вихрови токове безполезно намалява ефективността на техническите устройства от електромагнитен тип.

За да се намали мощността на вихровите токове, електрическото съпротивление на магнитната верига се увеличава; за това ядрата се набират от отделни тънки (0,1-0,5 мм) плочи, изолирани едно от друго с помощта на специален лак или скала.

Магнитните жила на всички променливотокови машини и устройства и арматурните жила на машините с постоянен ток са сглобени от лакови или повърхностни непроводими филмови (фосфатирани) плочи, изолирани една от друга, щамповани от листова електрическа стомана. Равнината на плочите трябва да е успоредна на посоката на магнитния поток.

При такова разделяне на напречното сечение на сърцевината на магнитната верига вихровите токове са значително отслабени, тъй като магнитните потоци, които блокират контурите на вихровите токове, намаляват и следователно ЕДС, индуцирана от тези токове също намаляват. и т.н. със създаване на вихрови токове.

В материала на сърцевината се въвеждат и специални добавки, които също го увеличават. електрическо съпротивление. За да се увеличи електрическото съпротивление на феромагнетик, електрическата стомана се приготвя със силициева добавка.

Облицована магнитна верига на трансформатора

Ядрата на някои намотки (бобини) са изтеглени от парчета нажегната желязна тел. Железните ленти са поставени успоредно на линиите на магнитния поток. Вихровите токове, протичащи в равнини, перпендикулярни на посоката на магнитния поток, са ограничени от изолационни уплътнения. Магнитодиелектриците се използват за магнитни ядра на устройства и устройства, работещи с висока честота. За да се намалят вихровите токове в проводниците, последните са направени под формата на сноп от отделни проводници, изолирани един от друг.

Лизендратът е система от плетени медни проводници, при които всяко ядро ​​е изолирано от съседите си. Лицевият проводник е предназначен за използване при високочестотни токове, за да се предотврати появата на паразитни токове и токове на Фуко.

Приложение на токовете на Фуко

В някои случаи вихровите токове се използват в технологията, например за спиране на въртящи се масивни части. Електродвижещата сила, предизвикана в елементите на детайла при пресичане на магнитното поле, предизвиква затворени токове в дебелината му, които, взаимодействайки с магнитното поле, създават значителни противоположни моменти.

Такова магнитно-индуктивно спиране също се използва широко за успокояване на движението на движещите се части на електрически измервателни уреди, по-специално за създаване на противомомент и спиране на движещата се част на електромерите.

В тези устройства диск, монтиран на оста на брояча, се върти в пролуката на постоянен магнит. Вихрови токове, индуцирани в масата на диска по време на това движение, взаимодействащи с потока на същия магнит, създават противоположни и спирачни въртящи моменти.

Например, в магнитното спирачно устройство на диск с електромер са открити вихрови токове. Въртене, дискът се пресича линии с магнитно поле с постоянен магнит… В равнината на диска възникват вихрови токове, които от своя страна създават свои собствени магнитни потоци под формата на тръби около вихровия ток. Взаимодействайки с основното поле на магнита, тези потоци забавят диска.

В някои случаи с помощта на вихрови токове е възможно да се използват технологични операции, които не могат да бъдат приложени без високочестотни токове. Например при производството на вакуумни устройства и устройства е необходимо внимателно да се евакуира въздух и други газове от цилиндър. Има обаче остатъци от газ в металните фитинги вътре в цилиндъра, които могат да бъдат отстранени едва след като цилиндърът е сварен.

За пълна дегазация на котвата вакуумно устройство се поставя в полето на високочестотен генератор, в резултат на действието на вихрови токове котвата се загрява до стотици градуса, докато останалият газ се неутрализира.

Използването на вихрови токове при индукционно втвърдяване на метали

Пример за полезно приложение на променливи полеви вихрови токове е електрически индукционни пещи… В тях високочестотно магнитно поле, създадено от намотка, която обгражда тигела, предизвиква вихрови токове в метала в тигела. Енергията на вихровите токове се трансформира в топлина, която топи метала.