Вихревые токи формула – Вихревые токи

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.

www.asutpp.ru

Токи Фуко

Определение 1

Токами Фуко или же вихревыми токами называют обладающие индукционной природой токи, которые возникают в массивных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле.

Замкнутые цепи вихревых токов зарождаются в глубине самого проводника. Значение электросопротивления массивного проводника представляет из себя довольно малую величину, соответственно, токи Фуко могут приобретать большие значения. Форма и свойства материала проводника, направление переменного магнитного поля и скорость изменения магнитного потока являются величинами, от которых зависит сила вихревых токов. Распределение токов Фуко в проводнике может быть крайне сложным. Количество тепла, которое излучается за 1с токами Фуко пропорционально квадрату частоты изменения магнитного поля. Исходя из закона Ленца, можно заявить, что токи Фуко протекают по таким направлениям, чтобы своим воздействием устранить вызывающую их причину. Таким образом, если проводник находится в движении в области магнитного поля, то он должен быть подвержен вызванному взаимодействием токов Фуко и магнитного поля сильному торможению.

Пример 1

Рассмотрим в качестве примера ситуацию с возникновением оков Фуко. Медный диск диаметром 5 см и толщиной 6мм падает в узком зазоре между полюсами электромагнита. Если электромагнит отключен, диск с высокой скоростью падает. Включим электромагнит. Поле должно быть довольно большим, около Т0,5 Тл. Падение диска замедлится и будет похоже на движение в крайне вязкой среде.

Использование токов Фуко

Токи Фуко занимают важное место в процессе работы приводящегося в движение вращательного типа магнитным полем ротора асинхронного двигателя. Без них функционирование двигателя попросту будет невозможным. Токи Фуко применяют при демпфировании подвижных частей гальванометров, сейсмографов и целого списка иных устройств. Так, на подвижную часть прибора устанавливается пластинка — проводник в виде сектора. Ее вводят в промежуток между полюсами сильного постоянного магнита. При движении пластинки, в ней возникают токи Фуко, что провоцирует торможение системы. Стоит учитывать, что торможение проявляется только в случае движения секторообразного проводника. Соответственно, успокаивающий прибор такого рода не препятствует точному достижению системы состояния равновесия.

Теплота, излучающаяся токами Фуко, применяется в процессах нагрева. Таким образом, плавка металлов, в которой используются токи Фуко, является более выгодной, чем плавка при помощи иных методов разогрева. Индукционная печь, использующая такой метод, представляет собой катушк

zaochnik.com

Токи Фуко

Индукционные
токи, возникающие в массивных сплошных
проводниках, называются вихревыми
токами,
или
токами Фуко.

Сила
вихревого тока удовлетворяет соотношению
(15.5), где
— потокосцепление замкнутого контура
вихревого

тока,

R
— электрическое сопротивление цепи
этого тока.

В
массивных проводниках R
мало, и токи Фуко могут достигать большой
силы даже в не очень быстро меняющихся
магнитных полях.

В
соответствии с правилом Ленца токи Фуко
выбирают внутри проводника такой путь
и направление, чтобы противодействовать
изменению магнитного потока, индуцировавшего
их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном
поле хорошие проводники испытывают
сильное торможение, обусловленное
взаимодействием токов Фуко с магнитным
полем. Это используют для демпфирования
(успокоения)
подвижных частей гальванометров,
сейсмографов и других приборов.

Вихревые
токи приводят к неравномерному
распределению магнитного потока по
сечению проводящего сердечника (рис.
15.6): при высокой частоте тока магнитный
поток проходит лишь в тонком поверхностном
слое сердечника.

Рис. 15.6

Вихревые
токи вызывают сильное нагревание
проводников. Чтобы предотвратить потери
энергии на нагревание сердечников
трансформаторов и якорей генераторов,
их делают не сплошными, а набирают из
тонких пластин, разделенных изолирующими
прослойками, располагая их перпендикулярно
возможным направлением токов Фуко.
(Появление ферритов
(см.
п.
13.10.1)-
полупроводниковых магнитных материалов
с большим удельным сопротивлением –
сделало возможным изготовление сплошных
сердечников).

Тепловое
действие токов Фуко используется в
индукционных
печах.

Индукционная печь представляет собой
катушку, по обмотке которой пропускается
ток высокой частоты. Внутрь катушки
помещают тигель с веществом (металлом),
в котором возникают интенсивные вихревые
токи. Джоулево тепло, выделяемое в
единицу времени вихревым током,
пропорционально квадрату частоты
изменения магнитного потока. Этим
способом осуществляется плавление
металлов в вакууме. В результате
получаются сверхчистые материалы.

Вихревые
токи возникают и в самих проводниках,
по которым текут переменные токи: их
направление определяется по правилу
Ленца, как показано на рис.
15.7.

Рис.
15.7

В
обоих случаях направление вихревых
токов таково, что они противодействуют
изменению первичного тока внутри
проводника и способствуют его изменению
вблизи поверхности. В результате
быстропеременный ток как бы вытесняется
на поверхность провода. Это явление
называется скин-эффектом
(от англ. skin – кожа) или поверхностным
эффектом. Из-за скин-эффекта провода
для токов высокой частоты делают полыми.

15.4. Явление самоиндукции. Индуктивность

Самоиндукцией
называется явление возникновения э.д.с
индукции в электрической цепи вследствие
изменения в ней электрического тока.

Самоиндукция
– частный случай электромагнитной
индукции. При изменении электрического
тока в каком-либо замкнутом контуре
изменяется полный магнитный поток
, обусловленный собственным магнитным
полем этого тока. По основному закону
электромагнитной индукции (15.4), в контуре
возникает электродвижущая сила
самоиндукции

.

(15.6)

Из
закона Био-Савара-Лапласа (12.10) следует,
что магнитная индукция В
поля замкнутого контура с током
пропорциональна силе тока I,
следовательно, полный магнитный поток
тоже пропорционален силе тока, т.е.

.

(15.7)

Коэффициент
пропорциональности L
между ними называется индуктивностью
контура.

Выразим
э.д.с. самоиндукции через индуктивность
контура, подставив (15.7) в (15.6):

(15.8)

Если
при изменении силы тока индуктивность
остается постоянной (это возможно при
отсутствии ферромагнетиков), т.е. L=const,
то dL/dt=0, и
соотношение (15.8) примет вид

.

(15.9)

По
правилу Ленца э.д.с. самоиндукции
противодействует изменению тока в
контуре, то есть замедляет его возрастание
или убывание. Это означает, что
индуктивность
контура является мерой его инертности
в отношении изменения силы тока.

Индуктивность
L контура
зависит от его формы и размеров, а также
от магнитных свойств (от)
окружающей контур среды. Если контур
жесткий и находится в однородной,
изотропной, неферромагнитной среде, то
его индуктивность является постоянной
величиной.

За
единицу индуктивности в системе СИ
принимают индуктивность такого контура,
у которого при силе тока в 1А возникает
сцепленный с ним поток в 1Вб. Эту единицу
называют генри (Гн):

Рассмотрим некоторые
примеры.

Пример
1.
Индуктивность
тонкого соленоида.

studfiles.net

Вихревые токи Фуко: причины возникновения и применение

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.

Материалы по теме:

samelectrik.ru

Вихревые Токи. Потери электрической энергии на вихревые токи — Студопедия.Нет

Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля.

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: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольце.

В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и т. п., а также в некоторых конструкциях поездов для торможения.


Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах — в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в нём возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления.

С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок для их дегазации.

Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовление этих сердечников сплошными.

Вихретоковый контроль — один из методов неразрушающего контроля изделий из токопроводящих материалов.

Потери энергии в электродвигатели

Если электродвигатель потребляет 10 А при 120 В, то мощность, потребляемая двигателем, будет: Р=10*120= 1200 Вт, или 1,2 кВт.

Однако нельзя сказать, что этот двигатель имеет полезную мощность 1,2 кВт. Полезная мощность двигателя, измеряемая на шкиве, на конце вала всегда меньше потребляемой мощности. Разность между потребляемой и полезной мощностью теряется внутри двигателя. Отношение полезной мощности к потребляемой мощности называется коэффициентом полезного действия(КПД) и обозначается греческой буквой ῃ (эта). Посмотрим, в каких же частях двигателя происходят потери энергии.

Если по проводнику протекает ток, то происходит затрата энергии, и проводник нагревается. По закону Джоуля-Ленца мощность, теряемая в обмотках двигателя, определяется по формуле



Pм = I 2*R (Вт).

Эти потери называются электрическими потерями или потерями в меди двигателя. Как видно из формулы, они пропорциональны квадрату тока и сопротивлению обмотки. Очевидно, что при холостом ходе двигателя эти потери малы и быстро растут при увеличении нагрузки.

Рис.2-11. Вихревые токи в якоре. а — в массивном якоре, б — в расслоенном якоре

При вращении якоря в магнитном поле будут наводиться ЭДС не только в проводниках обмотки, но и в стальном сердечнике якоря, так как якорь пересекает линии магнитного поля. На рис. 2-11,а показано, что под северным полюсом ЭДС направлена в одну сторону, а под южным — в другую. Поэтому внутри якоря появятся токи, которые называются вихревыми токами. Ввиду того, что якорь имеет малое сопротивление, вихревые токи могут достигнуть большой величины. Они будут бесполезно нагревать якорь. Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов сердечник якоря собирается из тонких листов, изолированных один от другого слоем лака. На рис. 2-11,б показано, что при разделении длины якоря на тонкие слои вихревые токи значительно снижаются, так как ЭДС теперь наводятся на коротких участках. Другим средством снижения потерь от вихревых токов является увеличение сопротивления листов, из которых собирается якорь. Для этого в состав стали вводят добавку кремния от 1 до 3%.

Выделим на якоре продольную полоску и проследим ее путь при вращении якоря электродвигателя постоянного тока. Она будет пробегать то под северным, то под южным полюсом и каждый раз будет перемагничиваться. Как известно из физики, при перемагничивании имеют место потери энергии, называемые потерями от гистерезиса. Их можно уменьшить, применяя для якоря мягкую сталь с малым остаточным магнетизмом. Потери от вихревых токов и от гистерезиса называются потерями в стали якоря.

В сердечниках полюсов и в корпусе электродвигателя постоянного тока нет вихревых токов и не происходит перемагничивание, так как магнитное поле в неподвижных частях машины постоянного тока не меняется. Поэтому корпус можно сделать не из тонких листов, а из трубы.

При прохождении тока через контакт между щетками и коллектором происходит падение напряжения около 2 вольт. Если умножить падение напряжения на ток якоря, то получим потери в контакте между щетками и коллектором.

Механические потери затрачиваются на трение в подшипниках, трение щеток о коллектор и трение якоря о воздух. В микродвигателях при большой скорости вращения механические потери могут быть значительными.

studopedia.net

56. Вихревые токи (токи Фуко). Их применение.

Вихревые
токи
илитоки Фуко́(в честьЖ.
Б. Л. Фуко
) — вихревые
индукционные токи, возникающие впроводникахпри изменении пронизывающего ихмагнитного
потока
.

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 спустяM.
Фарадеем
с позиций открытого
им закона электромагнитной индукции:
вращаемое магнитное поле наводит в
медном диске токи (вихревые), которые
взаимодействуют с магнитной стрелкой.
Вихревые токи были подробно исследованы
французским физикомФуко(1819—1868) и названы его именем. Он открыл
явление нагревания металлических тел,
вращаемых в магнитном поле, вихревыми
токами.

Токи
Фуко возникают под воздействием
переменного электромагнитного
поля
и по физической природе
ничем не отличаются от индукционных
токов, возникающих в линейных проводах.
Они вихревые, то есть замкнуты в кольца.
Электрическое сопротивление массивного
проводника мало, поэтому токи Фуко
достигают очень большой силы. В
соответствии справилом
Ленца
они выбирают внутри
проводника такое направление и путь,
чтобы противиться причине, вызывающей
их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном
поле хорошие проводники испытывают
сильное торможение, обусловленное
взаимодействием токов Фуко с магнитным
полем. Это свойство используется длядемпфированияподвижных частей гальванометров,
сейсмографов и др.

Тепловое
действие токов Фуко используется в
индукционных
печах
— в катушку, питаемую
высокочастотным генератором большой
мощности, помещают проводящее тело, в
нем возникают вихревые токи, разогревающие
его до плавления.

С
помощью токов Фуко осуществляется
прогрев металлических частей вакуумных
установок для их дегазации.

Во
многих случаях токи Фуко могут быть
нежелательными. Для борьбы с ними
принимаются специальные меры: с целью
предотвращения потерь энергии на
нагревание сердечников трансформаторов,
эти сердечники набирают из тонких
пластин, разделённых изолирующими
прослойками. Появлениеферритовсделало возможным изготовление этих
проводников сплошными.

57.
Самоиндукция

— явление возникновения ЭДС индукции
в проводящем контуре при изменении
протекающего через контур тока. При
изменении тока в контуре меняется поток
магнитной индукции через поверхность,
ограниченную этим контуром, в результате
чего в нём возбуждается ЭДС самоиндукции.
Направление ЭДС оказывается таким, что
при увеличении тока в цепи эдс препятствует
возрастанию тока, а при уменьшении тока
— убыванию. Величина ЭДС пропорциональна
скорости изменения силы тока I и
индуктивности контура L:

За
счёт явления самоиндукции в электрической
цепи с источником ЭДС при замыкании
цепи ток устанавливается не мгновенно,
а через какое-то время. Аналогичные
процессы происходят и при размыкании
цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции
может значительно превышать ЭДС
источника. Чаще всего в обычной жизни
это используется в катушках зажигания
автомобилей. Типичное напряжение
самоиндукции при напряжении питающей
батареи 12В составляет 7-25кВ.

При
всяком изменении силы тока в проводящем
контуре возникает ЭДС самоиндукции, в
результате чего в контуре появляются
дополнительные токи, называемые
экстратоками
самоиндукции.
Экстратоки
самоиндукции, согласно правилу Ленца,
всегда направлены так, чтобы препятствовать
изменениям тока в цепи, т.е. направлены
противоположно току, создаваемому
источником. При выключении источника
тока экстратоки имеют такое же направление,
что и ослабевающий ток. Следовательно,
наличие индуктивности в цепи приводит
к замедлению исчезнования или установления
тока в цепи.

studfiles.net

Вихревые токи — Знаешь как

Заменим кольцо, расположенное над катушкой с сердечником (рис. 3-16), металлическим диском. На рис. 3-19 изображен такой диск и след полюса электромагнита, расположенного под диском, но не показанного на рисунке. При всяком изменении тока в катушке электромагнита будет изменяться магнитный поток, пронизывающий диск, и в нем аналогично току в кольце будет индуктироваться кольцевой или, как его обычно называют, вихревой токи. Направление вихревого тока определяется так же, как и направление тока в кольце.

На рис. 3-20 изображен такой же диск и след полюса постоянного магнита, расположенного под диском, но не показанного на рисунке. При вращении диска участки его, расположенные над полюсом магнита, будут, пересекать магнитные линии магнита, вследствие чего в диске будет наводиться э. д. с. и под влиянием ее возникнет вихревой ток (рис. 3-20). Направление э. д. c. наведенной на участке диска, расположенном над полюсом, и направление совпадающего с ней вихревого тока на том же участке определяются по правилу правой руки.

Рис. 3-19. Вихревые токи в диске, вызванные изменением магнитного потока

Рис. 3-20. Вихревые токи и диске при неизменном магнитном потоке и вращении диска.

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего проводящее тело или часть его, какую-либо деталь электрической машины аппарата или прибора, в ней наводится э. д. с, под влиянием которой возникают вихревые токи (рис. 3-21, а и 3-22, а). Вихревые токи, являясь частным случаем наведенных токов, подчиняются общим правилам и законам для токов.

В частности, вихревые токи вызывают нагревание материала, в котором они проходят, и появление магнитных потоков, которые по закону Ленца противодействуют причине, их вызывающей.

Само собой разумеется, что нагревание, вызываемое вихревыми токами, происходит за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Таким образом, прохождение вихревых токов связано с затратой энергии, которую принято называть потерей от вихревых токов.

Рис. 3-21. Вихревые токи в стальном сердечнике.

Рис. 3-22Вихревые токи в якоре электрической машины.

В одних случаях вихревые токи применяются в различных устройствах — нагревательных, тормозных (рис. 3-20) или для создания вращающих моментов (рис. 3-19) и приведения в действие приборов автоматики или измерительной техники; в других случаях, более многочисленных, появление их нежелательно, так как вследствие потерь на вихревые токи снижаются коэффициенты полезного действия машин и механизмов и, кроме того, они оказывают размагничивающие действия. В таких случаях стремятся уменьшить их, что достигается применением сердечников, выполненных из отдельных тонких (0,1—0,5 мм)у изолированных друг от друга листов стали (рис. 3-21, б и 3-22, б) и применением сортов стали, обладающих большим удельным электрическим сопротивлением, — стали с содержанием 0,5—4% кремния. Мощность потерь в стали от вихревых токов выражается обычно в ваттах на килограмм. Она зависит от сорта стали, максимальной индукции (Вм), числа циклов изменения магнитной индукции в секунду (f), толщины листов стали.

Статья на тему Вихревые токи

znaesh-kak.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о