Θεωρία και Εφαρμογές Ρεύματος Εddy

Ορισμός Ροών Foucault

Σύμφωνα με τον νόμο του Lenz, όταν ένας διαγωνιστικός κύκλος εκτίθεται σε μια αλλαζόμενη μαγνητική πεδίο, παράγει μια ηλεκτροδυναμική δύναμη (emf) που επικαλύπτει ένα ρεύμα που αντιτίθεται στην αλλαγή. Ομοίως, όταν η μαγνητική πεδίο αλλάζει μέσα σε ένα ηλεκτροδότηση σώμα, όπως ένα νήμα ή ένα βράχος, προκαλεί ρεύματα να ρέουν μέσα από τα τομείς του υλικού.

Αυτά τα ρεύματα λαμβάνουν το όνομα ροών Foucault, από τα νερούλια που είναι μικρά σπειρωτικά ρεύματα που παρατηρούνται σε λίμνες και ωκεανούς. Αυτοί οι κύκλοι ροών Foucault μπορούν να είναι και χρήσιμοι και ανεπιθύμητοι.

Ενώ προκαλούν ανεπιθύμητες υψηλές απώλειες θερμότητας στο υλικό, όπως στον πυρήνα ενός μετατροπέα, οι ροές Foucault βρίσκουν εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες, όπως η επαγωγική θέρμανση, η μεταλλουργία, η συγκόλληση, η φρένα κλπ. Αυτό το άρθρο ασχολείται με τη θεωρία και τις εφαρμογές του φαινομένου των ροών Foucault.

Απώλειες Ροών Foucault σε Μετατροπέα

Η μαγνητική πεδίο μέσα στον πυρήνα ενός μετατροπέα επικαλύπτει μια ηλεκτροδυναμική δύναμη, οδηγώντας σε ροές Foucault σύμφωνα με τον νόμο Faraday και τον νόμο Lenz. Στην ενότητα του πυρήνα, η μαγνητική πεδίο B(t) από το ρεύμα i(t) του στροφούμενου προκαλεί ροές Foucault ieddy.

Οι απώλειες λόγω ροών Foucault μπορούν να γραφτούν ως εξής:

Όπου, ke = σταθερά που εξαρτάται από το μέγεθος και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση του υλικού,

f = συχνότητα της πηγής ενέργειας,

Bm = κορυφαία τιμή της μαγνητικής πεδίο και

τ = πάχος του υλικού.

Η παραπάνω εξίσωση δείχνει ότι οι απώλειες ροών Foucault εξαρτώνται από την πυκνότητα ροής, τη συχνότητα και το πάχος του υλικού και αντιστρόφως ανάλογες με την αντίσταση του υλικού.

Για να μειωθούν οι απώλειες ροών Foucault στον μετατροπέα, ο πυρήνας κατασκευάζεται από στρωμένες λεπτές πλάκες που ονομάζονται λαμίνες. Κάθε πλάκα είναι απομονωμένη για να περιορίσει τις ροές Foucault σε μικρά τομείς, μειώνοντας τον δρόμο τους και τις απώλειες.

Αυτό παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα:

Για να αυξηθεί η αντίσταση του υλικού, χρησιμοποιείται στρωμένο χάλυβα CRGO (Cold Rolled Grain Oriented) ως πυρήνας μετατροπέα.

Ιδιότητες των Ροών Foucault

• Αυτές επικαλύπτονται μόνο μέσα σε ηλεκτροδότηση υλικά.

• Αυτές διαταράσσονται από ελαττωματικά όπως ρωγμές, στάχνη, άκρα κλπ.

• Οι ροές Foucault αμβλύνονται με το βάθος, με την μεγαλύτερη ένταση να παρουσιάζεται στην επιφάνεια.

Αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν τη χρήση των ροών Foucault στις βιομηχανίες ενέργειας, αεροδιαστημικής και πετροχημικής για την ανίχνευση μεταλλικών ρωγμών και βλάβων.

Εφαρμογές των Ροών Foucault

Μαγνητική Αντίσταση: Είναι ένα είδος αντίστασης που βρίσκει εφαρμογή σε σύγχρονα ταχύτατα τρένα Maglev για την παροχή μεταφοράς χωρίς τριβή. Η αλλαζόμενη μαγνητική ροή που παράγεται από έναν υπερδιαμαγνητικό μαγνήτη που τοποθετείται στο κινούμενο τρένο παράγει ροές Foucault στο στατικό ηλεκτροδότηση πλάκα πάνω στην οποία το τρένο αντιστέκεται. Οι ροές Foucault αλληλεπιδρούν με τη μαγνητική πεδίο για να παράγουν δυνάμεις αντίστασης.

Υπερθερμία Θεραπεία Καρκίνου: Η θέρμανση ροών Foucault χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ιστών. Οι ροές Foucault που παράγονται στα ηλεκτροδότηση αγωγάκια από προσεγγιστικά πλεξίδια που συνδέονται με ένα καταστηματόπληκτο για να σχηματίσουν έναν κύκλο ο οποίος συνδέεται με μια πηγή ραδιοσυχνότητας.

Φρένα Ροών Foucault: Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω απώλειων ροών Foucault, βρίσκοντας πολλές εφαρμογές στη βιομηχανία.

• Φρένα τρένων.

• Φρένα ρολοκοστέρ.

• Ηλεκτρική σκαρφαλωτή ή τρυπανικό για επείγουσα απόσβεση.

  
  

Επαγωγική Θέρμανση: Αυτή η διαδικασία θερμαίνει ηλεκτροδότηση σώματα ηλεκτρικά παράγοντας ροές Foucault με υψηλή συχνότητα ηλεκτρομαγνητικό. Χρησιμοποιείται κυρίως για επαγωγική μαγείρεμα, φουρνάκια για ομοιόμορφη λιώση μετάλλων, συγκόλληση και συνδέσεις.

Ρυθμιζόμενες Προώθησης Συστήματα με Ροές Foucault: Με τη βοήθεια ενός ελεγκτή ανατροφοδότησης, μπορεί να επιτευχθεί ένα σύστημα προώθησης με ροές Foucault. Βρίσκει εφαρμογές στην μεταλλοπλαστική, συστήματα μεταφοράς, επεξεργασία πλαστικών κλπ.

Ανιχνευτές Μετάλλων: Ανιχνεύει την παρουσία μετάλλων μέσα σε βράχους, εδάφη κλπ. με τη βοήθεια της επαγωγής ροών Foucault στα μέταλλα αν υπάρχουν.

Εφαρμογές Επεξεργασίας Δεδομένων: Η μη καταστροφική δοκιμή με ροές Foucault χρησιμοποιείται για την εξέταση της σύνθεσης και της σκληρότητας μεταλλικών κατασκευών.