Вихревые токи и способы уменьшения потерь от них: Что такое вихревые токи и какие меры принимают для их уменьшения

Что такое вихревые токи и какие меры принимают для их уменьшения

Что такое вихревые токи и почему их еще называют токами Фуко? Причины возникновения данного явления и способы применения.

В электричестве есть целый ряд явлений, которые нужно знать специалистам. Хоть и не вся информация может пригодиться в повседневной практике, но иногда поможет понять причину какой либо проблемы. Вихревые токи послужили причиной становления некоторых технологических ухищрений при изготовлении электрических машин и даже стали основой для принципа работы некоторых изобретений. Давайте разберемся, что такое вихревые токи Фуко и как они возникают. Содержание:

Краткое определение

Вихревые токи — это токи, которые протекают в проводниках под воздействием на них переменного магнитного поля. Не обязательно поле должно изменяться, может и тело двигаться в магнитном поле, все равно в нем начнёт течь ток.

Нельзя найти реальную траекторию движения токов для их учёта, ток протекает там, где находит путь с наименьшим сопротивлением. Вихревые токи всегда протекают по замкнутому контуру. Основные условия для его возникновения — нахождение предмета в переменном магнитном поле или его перемещение относительно поля.

История открытия

В 1824 году учёный Д.Ф. Араго проводил эксперимент. Он на одной оси смонтировал медный диск, над ним расположил магнитную стрелку. При вращении магнитной стрелки диск начинал двигаться. Так впервые наблюдали явление вихревых токов. Диск начинал вращаться из-за того, что из-за протекания токов появлялось магнитное поле, которое взаимодействовало со стрелкой. Это назвали, тогда как явление Араго.

Спустя пару лет М. Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснял это явление таким образом: подвижное магнитное поле наводит в диске ток (как в замкнутом контуре) и он взаимодействует с полем стрелки.

Почему второе название — это токи Фуко? Потому что физик Фуко подробно исследовал явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал великое открытие. Оно заключалось в том, что тела под воздействием вихревых токов нагреваются. С теорией разобрались, теперь мы расскажем о том, где применяются токи Фуко и какие вызывают проблемы.

На видео ниже предоставлено более подробное определение данного явления:

Вред от вихревых токов

Если вы рассматривали конструкцию сетевого трансформатора 50 Гц, наверняка обратили внимание, что его сердечник набран из тонких листов, хотя может показаться что проще было сделать цельную литую конструкцию.

Дело в том, что так борются с вихревыми токами. Фуко установил нагрев тел, в которых они протекают. Так как работа трансформатора и основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, то вихревые токи неизбежны.

Любой нагрев тел – это выделение энергии в виде тепла. В таком случае будут возникать потери в сердечнике. Чем это опасно? В электроустановке сильный нагрев приводит к разрушению изоляции обмоток и выходу из строя машины. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.

Как снизить потери

Потери энергии в магнитопроводе не приносят пользы, тогда как с ними бороться? Чтобы снизить их величину сердечник набирают из тонких пластин электротехнической стали — это своеобразные меры профилактики для снижения паразитных токов. Такие потери описывает формула, по которой можно произвести расчет:

Как известно: чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление, а чем больше его сопротивление, тем меньше ток. Пластины изолируют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники крупных трансформаторов стягиваются изолированной шпилькой. Так снижают потери сердечника, т.е. это и есть основные способы уменьшения токов Фуко.

Какие последствия от влияния этого явления? Магнитное поле, возникающее из-за протекания токов Фуко ослабляет поле, из-за которого они возникли. То есть вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. То же самое касается и конструкции деталей электродвигателей и генератора: ротора и статора.

Применение на практике

Теперь о полезных сферах применения токов Фуко. Огромный вклад был внесен в металлургию изобретением индукционных сталеплавильных печей. Они устроены таким образом, что расплавляемую массу металла помещают внутри катушки, через которую протекает ток высокой частоты. Его магнитное поле наводит большие токи внутри металла до его полного плавления.

Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность производства металла и изменило представление о методах плавки. Я работаю на металлургическом комбинате, где десять лет назад запустили новый высокотехнологичный цех с такими установками, а спустя несколько лет после освоения нового оборудования был закрыт классический мартен. Это говорит о продуктивности такого способа нагрева металлов. Также используются вихревые токи для поверхностной закалки металла.

Наглядное применение на практике:

Кроме металлургии они используются на производстве электровакуумных приборов. Проблемой является полное удаление газов перед герметизацией колбы. С помощью токов Фуко электроды лампы разогревают до высоких температур, таким способом деактивируя газ.

В быту вы можете встретить кухонные индукционные плиты, на которых готовят пищу, благодаря как раз применению данного явления. Как видите, вихревые токи имеют свои плюсы и минусы.

Токи Фуко несут и пользу, и вред. В некоторых случаях их влияние влечёт за собой не электрические проблемы. Например, трубопровод, проложенный около кабельных линий, быстрее сгнивает без видимых сторонних причин. В то же время устройства индукционного нагрева довольно показали себя с хорошей стороны, тем более такой прибор для бытового использования можно собрать самому. Надеемся, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко, а также какое применение нашлось им на производстве и в быту.

Материалы по теме:

• Как сделать индукционный котел своими руками
• Зависимость сопротивления проводника от температуры
• Правило буравчика простыми словами

Нравится0)Не нравится0)

§22. Вихревые токи

Возникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток
способен индуцировать э. д. с. не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти э. д. с. являются причиной появлений индуцированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых. Например, при изменении магнитного потока, созданного катушкой 1 (рис. 56, а), в ее стальном сердечнике 2 индуцируются вихревые

Рис. 56. Возникновение вихревых токов

Рис. 57. Устройство сердечников электрических машин и аппаратов из отдельных изолированных стальных листов.

токи, замыкающиеся в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Вихревые токи возникают также в сердечниках 3 якорей и роторов электрических машин при вращении их в магнитном поле (рис. 56, б). Природа вихревых токов такая же, как и токов, индуцированных в обычных проводах или катушках. Благодаря очень малому сопротивлению массивных проводников вихревые токи даже при небольшой индуцированной э. д. с. достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих проводников.

Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных стальных листов 1 (рис. 57) толщиной 0,35—1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции 2 (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.). Благодаря этому преграждается путь распространению вихревых токов и уменьшается поперечное сечение каждого отдельного проводника, через которое протекают эти токи, что приводит к уменьшению силы тока.

2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5 % кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления. Благодаря этому достигается снижение силы вихревых токов, протекающих по сердечникам электрических машин и аппаратов.

Потери мощности от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции В магнитного поля и квадрату частоты f его изменения. При увеличении индукции и частоты изменения магнитного

Рис. 58. Расплавление металла (а), сварка и пайка (б) металлических деталей с помощью вихревых токов: 1 — тигель с металлом; 2 — высокочастотный индуктор; 3 — сжимающее усилие; 4 — свариваемые трубы; 5 — нагретый металл; 6— пластина из твердого сплава; 7 — резец

Рис. 59. Закалка металлических изделий с помощью вихревых токов: 1-шестерня; 2 – высокочастотный индуктор; 3- нагретый металл; 5 – головка рельса

поля, а также при увеличении частоты вращения роторов и якорей электрических машин эти потери резко возрастают.

Использование вихревых токов. В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, при помощи вихревых токов расплавляют металлы (рис. 58, а). Для этой цели тигель с металлом помешают в изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл. Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке (рис. 58, б), а также осуществляют поверхностный нагрев, необходимый для закалки металлических изделий (рис. 59). Ввиду того что в этих случаях требуется увеличить тепло, выделяемое вихревыми токами, т. е. получить большие вихревые токи, для индуцирования их используют магнитные поля изменяющиеся с большой скоростью. Такие поля могут быть созданы при помощи специальных индукторов, выполненных в виде одного или нескольких витков, по которым проходят переменные быстро изменяющиеся токи — так называемые токи высокой частоты.

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 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.

их применение, определение в трансформаторе

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.

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

Свойства вихревых токов

Стоит отметить, что вихревая энергия не отличается от индукционной проводной. По направлению и силе Фуко зависит от металлического проводникового элемента, от того, в каком направлении идет переменный магнитный поток, какие имеет свойства металл и как изменяется магнитный поток. При этом токовое распределение очень сложное.

В проводниковых объектах, имеющих габаритные объемы, токи бывают большими, из-за чего значительно повышается температура тела.

Токовая энергия способна создавать нагревание проводника для индукционной печи и металлического плавления. Подобно другим индукционным разновидностям, Фуко взаимодействуют с первичным магнитным полем и тормозят индуктивное движение.

Нагревание как одно из свойств

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

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

Применение

Нашли вихревые токи применение в электромагнитной индукции. Они используются для того, чтобы тормозить вращающиеся массивные детали. Благодаря магнитоиндукционному торможению они также применяются, чтобы успокоить подвижные части электроизмерительных приборов, в частности, чтобы создать противодействующий момент и притормозить подвижную часть электросчетчиков.

Также используются они в магнитном тормозном диске на электрическом счетчике. В ряде случаев применяются в технологических операциях, которые невозможны без применения высоких частот. К примеру, при откачке воздуха из вакуумных приборов и баллонов с газом. Кроме того, они нужны, чтобы полностью обезгаживать арматуру в высокочастотном генераторе.

Применение в проводниках

Способы уменьшения блуждающих токов

Чтобы уменьшить блуждающие фуковые токи, нужно максимальным образом сделать увеличение сопротивления на токовом пути с помощью заполнения дистиллированной водой циркуляционной системы и встраивания изоляционных шлангов трубопроводов у теплового обменника и вентиля.

Стоит отметить, что нахождение их в электромашинах нежелательно из-за нагрева сердечников и создания энергопотери, поскольку по закону Леннца они размагничивают эти устройства. Чтобы уменьшить их вредное воздействие, используется несколько методов.

Так сердечники машин делают из стали и изолируют друг от друга при помощи лаковой пленки, окалины и прочих материалов. Благодаря этому они не распространяются. Кроме того, поперечный вид сечения на каждом отдельном проводнике уменьшает токовую силу.

В некоторых приборах в качестве сердечников используются катушки с отожженой железной проволокой. При этом полоски на них идут параллельно тем линиям, которые расположены на магнитном потоке.

Обратите внимание! Ограничение вихревой энергии происходит изолирующими прокладками, то есть жгуты состоят из отдельных жил, изолированных между собой.

Уменьшение токовой силы

Возможные проблемы

Вихревые виды проводят энергию и рассеивают ее, выделяя джоулевую теплоту. Такая энергия ротора асинхронной двигательной установки готовится из фурромагнетиков и способствует нагреву сердечников.

Чтобы бороться с подобным явлением, сердечники создаются из тонкой стали, покрываются изоляцией и устанавливаются поперек пластин. Если пластины имеют небольшую толщину, они обладают малой объемной плотностью. Благодаря ферритам и веществам, имеющим большое магнитосопротивление, сердечники делаются сплошными. Направление их ослабляет энергию внутри провода.

В результате он неравномерный. Это явление скин-эффекта или поверхностного эффекта, из-за которого внутренний проводник бесполезен, и в цепях, где есть большая частота, используются проводниковые трубки.

Обратите внимание! Скин-эффект применяется для того, чтобы разогревать поверхностный металл для металлической закалки. При этом закалка может быть проведена на любой глубине.

Проблемы, вызванные индукционными токами

Фуко являются индукционными токами, которые возникают в крупных проводниках сплошного типа. Обозначаются буквой ф. Они имеют свойство нагрева проводников. В результате чего они чаще используются в индукционного типа печах. Важно отметить, что способны генерировать магнитное поле. В этом механизм их работы. В некоторых случаях они полезны, в других нежелательны. В любом случае они используются во многих устройствах.

причины возникновения и применение, как сделать самому, Ремонт и Строительство

В электричестве есть целый ряд явлений, которые нужно знать специалистам. Хоть и не вся информация может пригодиться в повседневной практике, но иногда поможет понять причину какой либо проблемы. Вихревые токи послужили причиной становления некоторых технологических ухищрений при изготовлении электрических машин и даже стали основой для принципа работы некоторых изобретений. Давайте разберемся, что такое вихревые токи Фуко и как они возникают.

Краткое определение

Вихревые токи — это токи, которые протекают в проводниках под воздействием на них переменного магнитного поля. Не обязательно поле должно изменяться, может и тело двигаться в магнитном поле, все равно в нем начнёт течь ток.

Нельзя найти реальную траекторию движения токов для их учёта, ток протекает там, где находит путь с наименьшим сопротивлением. Вихревые токи всегда протекают по замкнутому контуру. Основные условия для его возникновения — нахождение предмета в переменном магнитном поле или его перемещение относительно поля.

История открытия

В 1824 году учёный Д.Ф. Араго проводил эксперимент. Он на одной оси смонтировал медный диск, над ним расположил магнитную стрелку. При вращении магнитной стрелки диск начинал двигаться. Так впервые наблюдали явление вихревых токов. Диск начинал вращаться из-за того, что из-за протекания токов появлялось магнитное поле, которое взаимодействовало со стрелкой. Это назвали, тогда как явление Араго.

Спустя пару лет М. Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснял это явление таким образом: подвижное магнитное поле наводит в диске ток (как в замкнутом контуре) и он взаимодействует с полем стрелки.

Почему второе название — это токи Фуко? Потому что физик Фуко подробно исследовал явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал великое открытие. Оно заключалось в том, что тела под воздействием вихревых токов нагреваются. С теорией разобрались, теперь мы расскажем о том, где применяются токи Фуко и какие вызывают проблемы.

На видео ниже предоставлено более подробное определение данного явления:

Вред от вихревых токов

Если вы рассматривали конструкцию сетевого трансформатора 50 Гц, наверняка обратили внимание, что его сердечник набран из тонких листов, хотя может показаться что проще было сделать цельную литую конструкцию.

Дело в том, что так борются с вихревыми токами. Фуко установил нагрев тел, в которых они протекают. Так как работа трансформатора и основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, то вихревые токи неизбежны.

Любой нагрев тел – это выделение энергии в виде тепла. В таком случае будут возникать потери в сердечнике. Чем это опасно? В электроустановке сильный нагрев приводит к разрушению изоляции обмоток и выходу из строя машины. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.

Как снизить потери

Потери энергии в магнитопроводе не приносят пользы, тогда как с ними бороться? Чтобы снизить их величину сердечник набирают из тонких пластин электротехнической стали — это своеобразные меры профилактики для снижения паразитных токов. Такие потери описывает формула, по которой можно произвести расчет:

Как известно: чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление, а чем больше его сопротивление, тем меньше ток. Пластины изолируют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники крупных трансформаторов стягиваются изолированной шпилькой. Так снижают потери сердечника, т.е. это и есть основные способы уменьшения токов Фуко.

Какие последствия от влияния этого явления? Магнитное поле, возникающее из-за протекания токов Фуко ослабляет поле, из-за которого они возникли. То есть вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. То же самое касается и конструкции деталей электродвигателей и генератора: ротора и статора.

Применение на практике

Теперь о полезных сферах применения токов Фуко. Огромный вклад был внесен в металлургию изобретением индукционных сталеплавильных печей. Они устроены таким образом, что расплавляемую массу металла помещают внутри катушки, через которую протекает ток высокой частоты. Его магнитное поле наводит большие токи внутри металла до его полного плавления.

Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность производства металла и изменило представление о методах плавки. Я работаю на металлургическом комбинате, где десять лет назад запустили новый высокотехнологичный цех с такими установками, а спустя несколько лет после освоения нового оборудования был закрыт классический мартен. Это говорит о продуктивности такого способа нагрева металлов. Также используются вихревые токи для поверхностной закалки металла.

Наглядное применение на практике:

Кроме металлургии они используются на производстве электровакуумных приборов. Проблемой является полное удаление газов перед герметизацией колбы. С помощью токов Фуко электроды лампы разогревают до высоких температур, таким способом деактивируя газ.

В быту вы можете встретить кухонные индукционные плиты, на которых готовят пищу, благодаря как раз применению данного явления. Как видите, вихревые токи имеют свои плюсы и минусы.

Токи Фуко несут и пользу, и вред. В некоторых случаях их влияние влечёт за собой не электрические проблемы. Например, трубопровод, проложенный около кабельных линий, быстрее сгнивает без видимых сторонних причин. В то же время устройства индукционного нагрева довольно показали себя с хорошей стороны, тем более такой прибор для бытового использования можно собрать самому. Надеемся, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко, а также какое применение нашлось им на производстве и в быту.

снижение потерь и мощность вихревых токов

Взаимодействие электромагнитного поля с проводниками образует вихревые токи. Это явление способно выполнять полезные и вредные функции. В определенных ситуациях энергия затрачивается попусту либо ухудшает работоспособность трансформаторов и линий электропередачи. Однако правильное применение базовых принципов данного эффекта позволяет бесконтактным образом исследовать состав материалов, решать другие практические задачи.

В индукционных варочных панелях токи Фуко разогревают посуду с экономичным потреблением электроэнергии

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.

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.

Практическое применение вихревых токов

Прохождение сильного тока повышает энергетический потенциал молекулярной решетки, что сопровождается нагревом. Это явление объясняет возможность использования соответствующей технологии для бесконтактного повышения температуры проводящих материалов. Если приводить пример с индукционной варочной панелью, можно подчеркнуть следующие плюсы:

• образование тепла в глубине дна посуды обеспечивает эффективный нагрев рабочей зоны;
• температура на поверхности панели не повышается чрезмерно;
• тепловое воздействие на продукты выполняется быстрее, по сравнению с аналогами (спиральные ТЭНы, газовые плиты).

Привести пример на основе опыта с вращением диска несложно. Этот же принцип реализован в конструкции электромеханического счетчика потребленной энергии. В данном случае вращение рабочего узла обеспечивается наведенными токами. Ускорение/ замедление соответствует изменению мощности в нагрузке.

При увеличении тока можно нагреть металлы (сплавы) до температуры плавления

При тщательном изучении тематических вопросов можно найти определенные минусы. Электромагнитный поток в цельном сердечнике трансформатора способен увеличить энергетические потери. По этой причине соответствующие детали создают из комплекта пластин, покрытых слоем диэлектрика. Эти элементы соединяют изолированным стержнем.

Вихри и скин-эффект

При определенном расположении рабочего тела и генератора электромагнитных волн токи на поверхности становятся сильнее, чем в глубине. Эту особенность (скин эффект) учитывают при создании специальных покрытий.

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.

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.

Видео

Вихревые токи трансформаторов | Техника и Программы

Паразитные вихревые токи в обмотках и сердечнике в значительной мере ответственны за потери, особенно в трансформаторах на большие токи и при нелинейной нагрузке. На Рис. 7.9 показаны пути этих токов в проводниках. Магнитное поле, обозначенное знаком «+», перпендикулярное к направлению проводника, индуцирует напряжения, вызывающие протекание вихревых токов в своих петельках. Напряжения в смежных проводниках уничтожают другдруга в середине. Но тем не менее остаются токи, которые текут вдоль радиальной поверхности проводников, что увеличивает омические потери в обмотках по сравнению с потерями от тока, протекающего вдоль проводника обмотки.

Перекладка проводов с помощью полупетли в середине обмотки уменьшает вихревые токи, так как индуцируемые напряжения противопо-

Рис. 7.9. Перекладка проводов для уменьшения вихревъа: токов

ложны в месте скрутки. Провода для больших токов часто делают из двух или трех проводников, собранных в бифилярную или трифилярную скрутку. Перекладка проводов используется с ранних дней телефонии для уменьшения перекрестнъюс искажений и взаимодействия между линиями питания. В линиях передачи энергии на большие расстояния перекладка проводов применяется для обеспечения фазовой балансировки.

Вихревые токи в сердечнике также вносят свой вклад в потери. Хотя магнитное поле и направлено в плоскости пластин, вихревые токи текут в их поперечном сечении, как показано на Рис. 7.10. Эти токи могут быть уменьшены при уменьшении толщины пластин сердечника, что и используется в высокочастотных трансформаторах. Однако из практических соображений, касающихся цены и удобства обращения, наиболее распространенным является применение пластин из кремнистого железа толщиной 0.014 дюйма (0.356 мм). Однако в некоторых специальных случаях используются пластины толщиной 0.001…0.002 дюйма (0.0254…0.051 мм). На уникальном оборудовании завода «Сендцимер» (Sendzimer) их прокатывают, а затем нарезают, как часовые пружинки, для производства тороидальных сердечников. Сплав, используемый в этом случае, может содержать никель и (или) молибден.

Если напряжение в первичной обмотке или ток во вторичной обмотке содержат гармонические составляющие, то потери из-за вихревых токов могут значительно увеличиться. В первом случае это происходит из-за увеличения потерь в сердечнике, а во втором — из-за увеличения омических потерь в проводах. Широкое распространение драйверов электродвигателей с регулировкой скорости вращения, которые обычно создают воз-

Рис. 7.10. Вихревые токи в пластиие сердечника

мущения в цепи их питания, привело к необходимости разработки стандартов на способность трансформаторов работать с большим содержанием гармоник в токе вторичной цепи. Эта способность характеризуется коэффициентом k, определяемым как

где n — номер гармоники, а /„ — среднеквадратичное значение тока на этой гармонике. Основная гармоника при этом — I\. Стандартные конструкции имеют k = A и k = 13. Например, ток вторичной цепи, содержащий 20% пятой и 14% седьмой гармоник, будет иметь & = [1+(0.2х5)² + (0.14х7)²] = 3. Если содержание гармоник убывает обратно пропорционально к основной, коэффициент k растет линейно с добавлением каждой гармоники. Важно отметить, что нет надежных способов оценить возможность применения стандартного трансформатора в цепях с нелинейными токами.

Как показано на Рис. 7.11, магнитное поле в трансформаторе увеличивается от нуля в зоне внутренних витков первичной обмотки до максимума в зоне ее внешних витков, а затем спадает до нуля в зоне внешних витков вторичной обмотки. Вихревые токи пропорциональны магнитному полю, а потери — квадрату токов и, следовательно, поля. По этой причине потери из-за вихревых токов в основном сконцентрированы вблизи зазора между первичной и вторичной обмотками.

Для устранения проникновения во вторичную цепь трансформаторов синфазных помех из первичной сети часто применяют заземленный экран из медной фольги, размещаемый между первичной и вторичной обмотками. Этот экран называют электростатической защитой, или экраном Фарадея. Этот экран может вызвать проблемы, если первичная и вторичная обмотки имеют разную длину в аксиальном направлении или вторичная обмотка состоит из нескольких секций, используемых не одновременно. В обоих случаях часть магнитного поля проходит радиально через экран, что может привести к его перегреву и, как следствие, к повреждению изоляции. Этот случай был упомянут в самом начале этой главы.

Рис. 7.11. Потери из-за вихревых токов в обмотках

Рис. 7.12. Нагрев вихревыми токами экранов Фарадея из различпыхматериалов

Поскольку приходилось неоднократно встречаться с такой проблемой, это подтолкнуло автора к проведению ряда экспериментов по определению реакции ряда материалов, из которых мог бы быть изготовлен экран Фарадея, на воздействие магнитного поля, перпендикулярного поверхности образцов. На катушку, возбуждавшую магнитное поле, подавался переменный ток частотой 60 Гц. Температура образцов измерялась с помощью термопары. Результаты приведены на Рис. 7.12. Интересно, что сетка из того или иного металла обеспечивала практически такую же электростатическую защиту, как и сплошной лист, а сопротивление экрана имело небольшое значение. В соответствии с результатами, приведенными на Рис. 7.12, в компании, где работал автор, в качестве стандартного материала для экранов Фарадея было принято использовать монель или нержавеющую сталь.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Понимание потерь на вихревые токи: как их минимизировать?

Определение потерь на вихревые токи:

В этом посте мы обсудим различные методы уменьшения потерь на вихревые токи в электрооборудовании.
Перед этим мы узнаем, что такое потери на вихревые токи? и как создается вихревой ток?

• Магнитное поле, окружающее катушку, по которой проходит переменный ток, изменяется со временем.
• Это изменяющееся магнитное поле индуцирует напряжения в соседних проводящих материалах, таких как металлические шкафы для оборудования, сердечники трансформаторов и так далее.Результирующий ток известен как Вихревой ток .
• Токи текут по кругу, как водовороты в ручье, поэтому они называются вихревыми токами.
• Они создают нежелательные потери мощности, известные как потери на вихревые токи .
• Требуется дополнительная мощность от источника, чтобы восполнить эту потерю

Вихретоковая концепция:

Как показано на рисунке, рассмотрим соленоид с железным сердечником, который подключен к источнику питания через двухпозиционный переключатель.

• Когда переключатель замкнут, ток, протекающий через катушку, будет быстро увеличиваться. Ток катушки достигнет некоторого постоянного значения, которое будет зависеть от сопротивления катушки.
• Магнитное поле будет создано из-за протекания тока катушки.
• Магнитный поток пропорционален току катушки и будет увеличиваться от нуля до некоторого устойчивого значения. Этот изменяющийся поток (dΦ / dt) расширяется наружу от центра железного сердечника.
• По мере изменения магнитного потока, связанного с сердечником, в сердечнике будет индуцироваться ЭДС.
• Поскольку железный сердечник является проводником, индуцированная ЭДС будет производить ток, который будет циркулировать вокруг него. Это известно как вихревой ток (он циркулирует подобно водовороту).
  
• Направление наведенной ЭДС и вихревого тока будет определяться с применением правила правой руки Флеминга.

Поскольку вихревой ток циркулирует в сердечнике, он вызывает эффект нагрева. Обычно это нежелательный эффект и называется потерей на вихревые токи.Эти потери незначительны в цепях постоянного тока, поскольку они будут происходить только во время включения и выключения цепи. Но в цепях переменного тока вихревой ток будет течь непрерывно в разных направлениях.

Как минимизировать вихретоковые потери?

• Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сопротивление сердечника следует увеличить. Другими словами, следует сохранить низкое сопротивление.
• В таких устройствах, как трансформаторы, сердечник состоит из пластин железа.т. е. сердцевина состоит из тонких стальных листов, каждая пластина изолирована от других.
• Поскольку листы тонкие, они будут иметь относительно высокое сопротивление.
• В каждом ламинированном листе циркулирует вихревой ток.
• Сумма отдельных вихревых токов пластин намного меньше по сравнению с использованием одиночного твердого железного сердечника.
• Потери на вихревые токи пропорциональны f ² . Таким образом, на более высоких частотах потери на вихревые токи очень высоки.
• В таких условиях использования листов ламинации недостаточно.
• Для этого типа применения используются ферритовые сердечники или сердечники из железной пыли. При использовании этих материалов вихревые токи ограничиваются отдельными зернами, поэтому потери на вихревые токи значительно снижаются.

Вы также можете прочитать:
Сравнение электрических и магнитных цепей
Как работает конденсатор
Типы и использование конденсаторов — Учебное пособие
Принцип работы трансформатора

Спасибо за чтение… Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже …

.

Что такое потери на вихревые токи? — определение и выражение

Когда переменное магнитное поле прикладывается к магнитному материалу, в самом материале индуцируется ЭДС в соответствии с Законом электромагнитной индукции Фарадея. Поскольку магнитный материал является проводящим материалом, эти ЭДС циркулируют ток внутри тела материала.

Эти циркулирующие токи называются вихревыми токами. Они возникают, когда проводник испытывает изменяющееся магнитное поле.

Поскольку эти токи не влияют на выполнение какой-либо полезной работы, они вызывают потери (потери I ² R) в магнитном материале, известные как потери на вихревые токи .Как и потери на гистерезис, потери на вихревые токи также увеличивают температуру магнитного материала.

Гистерезис и потери на вихревые токи в магнитном материале также известны под названием потери в стали или потери в сердечнике или магнитные потери .

На рисунке выше показан разрез магнитопровода. Когда изменяющийся поток связывается с самим сердечником, он индуцирует в сердечнике ЭДС, которая, в свою очередь, устанавливает циркулирующий ток, называемый Eddy Current .И этот ток в свою очередь вызывает потери, называемые потерями на вихревые токи или (I ² R) потерями, , где I — значение тока, а R — сопротивление пути вихревого тока.

Если сердечник сделан из твердого железа с большей площадью поперечного сечения, величина I будет очень большой и, следовательно, будут высокими потери. Для уменьшения потерь на вихревые токи в основном есть два метода.

• За счет уменьшения величины вихревого тока.

Величину тока можно уменьшить, разделив твердый сердечник на тонкие листы, называемые пластинами, в плоскости, параллельной магнитному полю.Каждая пластина изолирована от другой тонким слоем покрытия из лака или оксидной пленки.

Благодаря ламинированию сердечника площадь каждой секции уменьшается, а значит, и индуцированная ЭДС. Поскольку площадь, через которую проходит ток, меньше, сопротивление пути вихревого тока увеличивается.

Применение вихревых токов

Как вы знаете, под действием вихревых токов выделяемое тепло не используется для какой-либо полезной работы, поскольку они являются основным источником потерь энергии в машинах переменного тока, таких как трансформаторы, генераторы и двигатели.Поэтому это известно как потеря на вихревые токи. Однако есть некоторые применения этого вихревого тока, например, при индукционном нагреве.

• В случае индукционного нагрева железный вал размещается в качестве сердечника индукционной катушки. Когда высокочастотный ток проходит через катушку, вихревой ток выделяет большое количество тепла в самой внешней части вала.
  В центре вала количество тепла уменьшается. Это связано с тем, что крайняя периферия вала обеспечивает путь с низким сопротивлением для вихревых токов.Этот процесс используется в автомобилях для поверхностного упрочнения тяжелых валов.
• Эффект вихревого тока также используется в электрических приборах, например, в счетчиках энергии индукционного типа для обеспечения тормозного момента.
• Для обеспечения демпфирующего момента в приборах с подвижной катушкой на постоянных магнитах.
• Вихретоковые приборы используются для обнаружения трещин в металлических деталях.
• Используется в поездах с вихретоковыми тормозами.

Математическое выражение для потерь на вихревые токи

Трудно определить потери на вихревые токи по значениям сопротивления и тока, но экспериментально потери мощности на вихревые токи в магнитном материале задаются уравнением, показанным ниже:

где,
K _e — коэффициент вихревого тока.Его значение зависит от природы магнитного материала.
B _м — максимальное значение плотности потока в wb / m ²
T — толщина ламинирования в метрах
F — частота изменения магнитного поля в Гц
V — объем магнитного материала в м ³
Это все о вихретоковых потерях.

.

вихревых токов | Статья о вихревых токах в The Free Dictionary

(токи Фуко), замкнутые электрические токи, возникающие в массивном проводнике за счет изменения проходящего через него магнитного потока. Вихревые токи — это индукционные токи, которые возникают в проводящем теле либо из-за изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело, либо из-за движения тела в магнитном поле, которое, таким образом, изменяет магнитный поток, проходящий через тело, или какая-то его часть.Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем больше вихревые токи.

В отличие от электрического тока в проводах, который течет по точно определенным путям, вихревые токи содержатся непосредственно в проводящей массе, образуя таким образом вихревые цепи. Эти токовые цепи взаимодействуют с генерируемым ими магнитным потоком. Согласно закону Ленца, магнитное поле вихревых токов имеет направление, противоположное изменению магнитного потока, который индуцирует эти токи.

Вихревые токи приводят к неравномерному распределению магнитного потока в поперечном сечении магнитопровода. Это объясняется тем, что намагничивающая сила вихревых токов, действующая в направлении, противоположном основному потоку, является наибольшей в центре сечения, поскольку эта часть сечения окружена большим количеством вихретоковые цепи. Такое «вытеснение» потока из центра поперечного сечения магнитной цепи становится более выраженным с увеличением частоты переменного тока и магнитной проницаемости ферромагнитного материала.На высоких частотах поток проходит только через тонкий поверхностный слой сердечника, вызывая уменьшение кажущейся магнитной проницаемости (в среднем по поперечному сечению). Явление выброса магнитного потока из ферромагнитного материала, которое изменяется с увеличением частоты, аналогично электрическому скин-эффекту и называется скин-эффектом магнитного поля.

Согласно закону Джоуля-Ленца вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникают. Следовательно, они вызывают потери энергии (потери на вихревые токи) в магнитных цепях (в сердечниках трансформаторов, в обмотках переменного тока и в магнитных цепях машин).

Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов (и вредного нагрева магнитных цепей) и их «вытеснения» магнитного потока из магнитных материалов магнитной цепи в машинах и аппаратах переменного тока, магнитные цепи изготавливаются из отдельных листы, которые изолированы друг от друга (например, специальным лаком), а не из цельного куска ферромагнитного материала (электротехнической стали). Это разделение на листы, расположенные под прямым углом к ​​направлению вихревых токов, ограничивает схемы, доступные для путей вихревых токов, тем самым значительно уменьшая величину этих токов.На очень высоких частотах ферромагнитные материалы не подходят для магнитных цепей; в этих случаях они сделаны из ферритов, в которых практически отсутствуют вихревые токи из-за очень высокого сопротивления этих материалов.

Когда проводящее тело движется в магнитном поле, индуцированные вихревые токи вызывают заметное механическое взаимодействие между телом и полем. Это принцип, который, например, лежит в основе действия торможения движущихся частей электрических счетчиков киловатт-часов, в которых алюминиевый диск вращается в постоянном магнитном поле.В машинах переменного тока с вращающимся полем твердый металлический ротор увлекается полем из-за наведенных в нем вихревых токов. Взаимодействие вихревых токов с переменным магнитным полем лежит в основе различных типов насосов для жидких металлов.

Выброс неферромагнитных металлических тел из поля катушки переменного тока относится к той же категории механических воздействий, вызываемых вихревыми токами.

Вихревые токи также возникают в проводнике, по которому течет переменный ток, таким образом, создавая неравномерное распределение тока по поперечному сечению проводника.В момент, когда ток в проводнике увеличивается, индукционные вихревые токи имеют то же направление, что и первичный ток на поверхности проводника, но они противоположны току вдоль оси. В результате ток внутри проводника уменьшается, но на поверхности он увеличивается. Высокочастотные токи практически ограничиваются тонким слоем на поверхности проводника; внутри проводника нет тока. Это явление известно как электрический скин-эффект. Для уменьшения потерь на вихревые токи провода большого сечения для переменного тока разделены на отдельные жилы, которые изолированы друг от друга.

Вихревые токи используются для плавления и поверхностного упрочнения металлов, а их силовое воздействие используется в гасителях колебаний для движущихся частей инструментов и аппаратов и в индукционных тормозах (где массивный диск вращается в поле электромагнита) .

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Neiman, L.R., and P.L. Kalantarov. Теоретические основы электротехники , 5 изд. Москва, 1959.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979).© 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

.

10 способов уменьшить количество отходов

Отходы могут быть любыми, от физических, химических до биологических и загрязнителей окружающей среды. Отходы в вашем городе — это вклад всех жителей города. Если вы хотите уменьшить количество отходов в своем городе, вот 10 способов сделать это возможным.

1. Выбирайте переработку. Существует ряд центров по переработке отходов, которые принимают ваши отходы и отделяют от них то, что может быть переработано, и то, что не может быть переработано.Обычно эти компании по переработке мусора отправляют свои отходы еженедельно, и вы можете сдавать им свои бытовые отходы.

2. Есть ряд вещей, которые вы использовали и которые легко выбрасываете в мусор, несмотря на то, что их все еще можно использовать снова (например, контейнеры, бутылки и простыни). Вы можете легко использовать эти предметы в своем доме. Подумайте о творческих способах использования предметов, прежде чем бросать их.

3. Наличие фильтра для воды — еще одно дополнительное преимущество для уменьшения количества отходов в вашем городе. Вы можете установить в холодильник фильтр для воды и избегать использования пластиковых бутылок, так как они могут накапливать массу не поддающихся биологическому разложению продуктов.

4. В вашем городе есть ряд мест, особенно шоссе, которые необходимо очистить. Вы можете добровольно принять участие в акции чистоты и помочь группе, взявшей на себя ответственность. Таким образом вы не только очистите свой город, но и уменьшите количество отходов.

5. Если вы находитесь на заправке и испытываете жажду, поищите специальные моющиеся чашки, которые в наши дни продаются в большинстве закусочных и общественных местах.Это поможет вам уменьшить количество добавленной чашки в отходы.

6. Скажите нет пластиковым пакетам. Этот драйв используется уже довольно давно и оказался весьма эффективным. Кроме того, даже когда вы носите с собой бумажные пакеты, старайтесь набивать в сумке как можно больше, чтобы сократить отходы дополнительных пакетов.

7. Готовьте дома. Если вы готовите дома, вы будете использовать меньше упаковок и оберток, а также меньше готовых продуктов. Это не только дает вам здоровую еду, но и помогает поддерживать чистоту в вашем городе.

8. Выбирайте продукты длительного пользования. Несмотря на то, что эти продукты будут стоить вам дороже, рекомендуется покупать вещи, которые служат долго, чтобы они помогли вам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе, а также сохранить окружающую среду.

9. Не выбрасывайте электронику в обычный мусор. Это не только увеличит загрязнение окружающей среды, но и увеличит площадь свалки. Отдавайте их на переработку. Ищите электронику, например компьютеры, которые можно легко модернизировать.

10. В настоящее время на рынке доступен ряд гибридных автомобилей. Купите эти автомобили, так как они уменьшат загрязнение окружающей среды, а также уменьшат деньги, которые вы тратите на бензин.

Если вы примените эти 10 способов, вы определенно сможете внести свой вклад в сокращение отходов в вашем городе. Помогите и станьте волонтером в поддержании чистоты в вашем городе.

.