Wervelstroomteorie en Toepassings

Definisie van Wirbelstroom

Volgens Lenz se wet, wanneer 'n geleidend lus blootgestel word aan 'n veranderende magneetveld, genereer dit 'n emf wat 'n stroom induktiereer wat die verandering teenwerk. Op dieselfde manier, wanneer 'n magneetveld deur 'n geleidend liggaam, soos 'n draad of 'n plaat, verander, veroorsaak dit strome om deur die materiaal se dwarsafsnitte te vloei.

Hierdie strome word wirbelstrome genoem, na die waterwirwels wat in damme en oseane waargeneem word. Hierdie wirbelstroomluse kan sowel voordelig as ongewensd wees.

Alhoewel hulle ongewensde hoë hitteverliese in materiaal soos transformatorkerns veroorsaak, vind wirbelstrome toepassing in verskeie industriële prosesse soos indusktoorverhitting, metallurgie, las, remming ens. Hierdie artikel handel oor die teorie en toepassings van die wirbelstroomverskynsel.

Wirbelstroomverlies in 'n Transformator

Die magneetveld binne 'n transformatorkern induktiereer 'n emf, wat volgens Faraday se en Lenz se wet wirbelstrome veroorsaak. In die kernafdeling, genereer die magneetveld B(t) van die windingstroom i(t) wirbelstrome ieddy.

Die verliese as gevolg van wirbelstrome kan soos volg geskryf word:

Waar, ke = konstante hang af van die grootte en is omgekeerd eweredig aan die weerstand van die materiaal,

f = frekwensie van die opwekkingbron,

Bm = piekwaarde van die magneetveld en

τ = dikte van die materiaal.

Die bostaande vergelyking wys dat die wirbelstroomverlies afhang van die fluxdigtheid, frekwensie en dikte van die materiaal en is omgekeerd eweredig aan die weerstand van die materiaal.

Om wirbelstroomverlies in 'n transformator te verminder, word die kern gemaak van gestapelde dun plaatjies genaamd laminasies. Elke plaatjie is geïsoleer om die wirbelstrome tot klein dwarsafsnitte te beperk, hul pad te minimeer en verliese te verminder.

Dit word voorgestel in die onderstaande figuur:

Om die weerstand van die materiaal te verhoog, word kourolleerde korien-georiënteerde (CRGO) staal gebruik as die kern van die transformator.

Eienskappe van Wirbelstrome

• Hierdie strome word slegs binne geleidend materiale geïnduksieer.

• Hierdie strome word vervorm deur defekte soos barste, korrusie, rande ens.

• Wirbelstrome verminder met die diepte, met die hoogste intensiteit aan die oppervlak.

Hierdie eienskappe laat toe dat wirbelstrome gebruik word in die krag, ruimtevaart en petrokemiese industrieë vir die opsporing van metaalbarste en skade.

Toepassings van Wirbelstrome

Magneetlevitasie: Dit is 'n afstootende tipe levitasie wat toepassing vind in moderne hoëspoed Maglev-treine om skyningslose vervoer te bied. Die veranderende magneetfluks geproduseer deur 'n supergeleiende magneet op die bewegende trein produseer wirbelstrome op die statiese geleidende vel oor watter die trein leviteer. Die wirbelstrome interakteer met die magneetveld om kragte van levitasie te produseer.

Hyperthermie Kanker Behandeling: Wirbelstroomverhitting gebruik vir weefselverhitting. Wirbelstrome geïnduksieer in die geleidende buise deur naby windings verbonden aan 'n kondensator om 'n tank-sirkel te vorm, wat aan 'n radiofrekwensie-bron gekoppel is.

Wirbelstroomremming: Kinetiese energie omgeskakel na hitte as gevolg van wirbelstroomverlies vind talryke toepassings in die industrie.

• Remming van treine.

• Remming van 'n achtbaan.

• Elektriese sagte of boor vir noodafsluiting.

  
  

Induktoorverhitting: Hierdie proses verhit 'n geleidend liggaam elektries deur wirbelstrome te indukieer met 'n hoëfrekwensie-elektromagneet. Dit word hoofsaaklik gebruik vir induksiekookery, ovens om metale te smelt, laswerk en brazing.

Wirbelstroom Verstellende Spoed Bestuurders: Met behulp van 'n terugvoerbestuurder kan 'n wirbelstroomgekoppleerde spoedbestuurder bereik word. Dit vind toepassing in metaalvorming, transportbande, plastiekverwerking ens.

Metaaldetektore: Dit ontdek die teenwoordigheid van metale binne rots, grond ens. met behulp van wirbelstroominduktie in die metaal indien teenwoordig.

Data Verwerkingstoepassings: Wirbelstroom nie-verdelgingsproes gebruik in die ondersoek van samestelling en hardheid van metaalstrukture.