Théorie et applications des courants de Foucault

Définition des courants de Foucault

Selon la loi de Lenz, lorsqu'une boucle conductrice est exposée à un champ magnétique variable, elle génère une force électromotrice qui induit un courant s'opposant au changement. De même, lorsque un champ magnétique change à travers un corps conducteur, comme un filament ou une plaque, cela provoque l'écoulement de courants à travers les sections transversales du matériau.

Ces courants sont nommés courants de Foucault en référence aux tourbillons d'eau observés dans les lacs et les océans. Ces boucles de courants de Foucault peuvent être à la fois bénéfiques et indésirables.

Bien qu'ils causent des pertes thermiques élevées indésirables dans le matériau, comme le noyau d'un transformateur, les courants de Foucault trouvent des applications dans divers processus industriels tels que le chauffage par induction, la métallurgie, le soudage, le freinage, etc. Cet article traite de la théorie et des applications du phénomène des courants de Foucault.

Pertes par courants de Foucault dans un transformateur

Le champ magnétique à l'intérieur du noyau d'un transformateur induit une force électromotrice, entraînant des courants de Foucault selon la loi de Faraday et la loi de Lenz. Dans la section du noyau, le champ magnétique B(t) provenant du courant i(t) des bobinages génère des courants de Foucault ieddy.

Les pertes dues aux courants de Foucault peuvent être exprimées comme suit :

Où, ke = constante dépendant de la taille et inversement proportionnelle à la résistivité du matériau,

f = fréquence de la source d'excitation,

Bm = valeur maximale du champ magnétique et

τ = épaisseur du matériau.

L'équation ci-dessus montre que les pertes par courants de Foucault dépendent de la densité de flux, de la fréquence et de l'épaisseur du matériau et sont inversement proportionnelles à la résistivité du matériau.

Pour réduire les pertes par courants de Foucault dans un transformateur, le noyau est fabriqué à partir de plaques fines empilées appelées laminations. Chaque plaque est isolée pour restreindre les courants de Foucault à de petites sections transversales, minimisant leur trajet et réduisant les pertes.

Cela est représenté dans la figure ci-dessous :

Afin d'augmenter la résistivité du matériau, de l'acier CRGO (acier à grains orientés laminé à froid) est utilisé comme noyau du transformateur.

Propriétés des courants de Foucault

• Ceux-ci ne sont induits que dans les matériaux conducteurs.

• Ils sont déformés par des défauts tels que des fissures, de la corrosion, des bords, etc.

• Les courants de Foucault s'atténuent avec la profondeur, avec une intensité maximale à la surface.

Ces propriétés permettent l'utilisation des courants de Foucault dans les industries de l'énergie, de l'aérospatiale et pétrochimique pour détecter les fissures et les dommages dans les métaux.

Applications des courants de Foucault

Lévitation magnétique : Il s'agit d'une levitation de type répulsif qui trouve application dans les trains à sustentation magnétique modernes à haute vitesse pour fournir un transport sans friction. Le flux magnétique variable produit par un aimant supraconducteur placé sur le train en mouvement génère des courants de Foucault sur la feuille conductrice stationnaire sur laquelle le train lévite. Les courants de Foucault interagissent avec le champ magnétique pour produire des forces de lévitation.

Traitement du cancer par hyperthermie : Le chauffage par courants de Foucault est utilisé pour chauffer les tissus. Des courants de Foucault sont induits dans les tubulures conductrices par des enroulements de fil proches connectés à un condensateur pour former un circuit oscillant, qui est connecté à une source de fréquence radio.

Freinage par courants de Foucault : L'énergie cinétique convertie en chaleur due aux pertes par courants de Foucault trouve de nombreuses applications dans l'industrie.

• Freinage des trains.

• Freinage d'une montagne russe.

• Scie électrique ou perceuse pour son arrêt d'urgence.

  
  

Chauffage par induction : Ce procédé chauffe électriquement un corps conducteur en induisant des courants de Foucault avec un électroaimant haute fréquence. Il est principalement utilisé pour la cuisson par induction, les fours pour fondre les métaux, le soudage et le brasage.

Entraînements à vitesse réglable par courants de Foucault : Avec l'aide d'un contrôleur à retour, un entraînement à vitesse réglable par couplage par courants de Foucault peut être réalisé. Il trouve des applications dans la mise en forme des métaux, les convoyeurs, le traitement des plastiques, etc.

Détecteurs de métaux : Ils détectent la présence de métaux à l'intérieur des roches, des sols, etc., grâce à l'induction de courants de Foucault dans le métal s'il est présent.

Applications de traitement de données : Les essais non destructifs par courants de Foucault sont utilisés pour étudier la composition et la dureté des structures métalliques.