تعریف جریان آبچرخی
بر اساس قانون لنز، وقتی حلقه هدایت کننده به میدان مغناطیسی متغیر عرضه میشود، یک فشار الکتریکی تولید میکند که جریانی را القا میکند که تغییرات را مخالفت میکند. به طور مشابه، وقتی میدان مغناطیسی در یک بدن هدایت کننده مانند سیم یا لایه تغییر میکند، باعث جریان الکتریکی در مقطع مواد میشود.
این جریانها به نام جریانهای آبچرخی نامگذاری شدهاند که شبیه به آبچرخهای کوچک و گردابهای کوچکی است که در دریاچهها و اقیانوسها مشاهده میشوند. این حلقههای جریان آبچرخی میتوانند هم مفید و هم نامطلوب باشند.
در حالی که آنها باعث ضایعات گرمایی بالا در مواد مانند هسته ترانسفورماتور میشوند، جریانهای آبچرخی در فرآیندهای صنعتی مختلفی مانند گرم کردن القایی، متالورژی، دوخت، ترمز و غیره کاربرد دارند. این مقاله به نظریه و کاربردهای پدیده جریان آبچرخی میپردازد.
ضایعات جریان آبچرخی در ترانسفورماتور
میدان مغناطیسی داخل هسته ترانسفورماتور یک فشار الکتریکی القا میکند که منجر به جریانهای آبچرخی بر اساس قوانین فارادی و لنز میشود. در بخش هسته، میدان مغناطیسی B(t) از جریان bobin i(t) جریانهای آبچرخی ieddy تولید میکند.
ضایعات ناشی از جریانهای آبچرخی میتوانند به صورت زیر نوشته شوند:
که در آن، ke = ثابتی است که به اندازه و به طور معکوس به مقاومت الکتریکی ماده بستگی دارد،
f = فرکانس منبع تحریک،
Bm = مقدار قله میدان مغناطیسی و
τ = ضخامت ماده.
معادله فوق نشان میدهد که ضایعات جریان آبچرخی به چگالی جریان، فرکانس و ضخامت ماده بستگی دارد و به طور معکوس با مقاومت الکتریکی ماده متناسب است.
برای کاهش ضایعات جریان آبچرخی در ترانسفورماتور، هسته از لایههای نازک پیچیده شده تشکیل شده است. هر لایه با استفاده از عایقبندی برای محدود کردن جریانهای آبچرخی به مساحتهای مقطعی کوچک، مسیر آنها را کاهش میدهد و ضایعات را کاهش میدهد.
این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است:
برای افزایش مقاومت الکتریکی ماده، فولاد CRGO (فریت هدایتپذیر با گرینهای موجه) به عنوان هسته ترانسفورماتور استفاده میشود.
ویژگیهای جریانهای آبچرخی
این جریانها فقط در داخل مواد هدایتکننده القا میشوند.
این جریانها توسط نقصهایی مانند شکافها، خوردگی، لبهها و غیره تحریف میشوند.
جریانهای آبچرخی با عمق کاهش مییابند و شدت بالاتر آنها در سطح وجود دارد.
این ویژگیها اجازه میدهند تا جریانهای آبچرخی در صنایع برق، هوافضا و پتروشیمی برای تشخیص شکافها و خسارات فلزی استفاده شوند.
کاربردهای جریانهای آبچرخی
تعویض مغناطیسی: این نوع تعویض که نوعی از تعویض مغناطیسی است، در قطارهای معلق سریعالسیر مدرن برای ارائه حمل و نقل بدون اصطکاک استفاده میشود. تغییر میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک مغناطیس فوقرسانایی که روی قطار متحرک قرار دارد، جریانهای آبچرخی را در یک ورق هدایتکننده ثابت القا میکند که قطار بر روی آن معلق میشود. جریانهای آبچرخی با میدان مغناطیسی تعامل دارند تا نیروهای تعویض ایجاد کنند.
درمان سرطان با هیپرترمی: گرم کردن با جریانهای آبچرخی برای گرم کردن بافت استفاده میشود. جریانهای آبچرخی در لولههای هدایتکننده القا میشوند توسط پیچهای نزدیک به سیمهای وصل به یک خازنه که به یک منبع فرکانس رادیویی متصل است.
ترمز جریان آبچرخی: انرژی جنبشی به گرما تبدیل میشود به دلیل ضایعات جریان آبچرخی که کاربردهای متعددی در صنعت دارد.
ترمز قطارها.
ترمز ماشینهای سوارکاری.
بخاری یا دستگاه حفاری برای توقف اضطراری آن.
گرم کردن القایی: این فرآیند یک بدن هدایتکننده را با القای جریانهای آبچرخی با یک الکترومغناطیس با فرکانس بالا گرم میکند. این روش عمدتاً برای پخت القایی، فرّنهای ذوب فلزات، دوخت و جوشکاری استفاده میشود.
محرکهای سرعت تنظیمپذیر جریان آبچرخی: با کمک کنترلکننده بازخورد، یک محرک سرعت جریان آبچرخی میتواند دستیابی شود. این محرکها در قالبسازی فلزات، نقالهها، پردازش پلاستیک و غیره کاربرد دارند.
آشکارسازهای فلزی: این دستگاهها حضور فلزات در سنگها، خاک و غیره را با استفاده از القای جریان آبچرخی در فلز اگر موجود باشد، تشخیص میدهند.
کاربردهای پردازش داده: آزمون غیرمخرب جریان آبچرخی برای بررسی ترکیب و سختی ساختارهای فلزی استفاده میشود.
