Forgóáram definíció
A Lenz-törvénnyel összhangban, amikor egy vezető hurok változó mágneses mezőbe kerül, az emf-et generál, ami ellenálló irányú áramot indukál. Ugyanígy, amikor a mágneses mező változik egy vezető testen, például egy drót vagy lemezben, áramok folynak a anyag szerszámos részein keresztül.
Ezeket az áramokat forgóáramoknak nevezzük, mivel hasonlítanak a tók és óceánokban megfigyelt apró vízkarikákhoz. Ezek a forgóárami hurokok lehetnek hasznosak, de néha nem kívánatosak is.
Bár a transzformátor magjában indokolt nagy hőveszteségeket okoznak, a forgóáramok számos ipari folyamatban, mint például az indukciós fűtés, metallurgia, hegesztés, fékezés stb. hasznosak. Ez a cikk a forgóáram jelenség elméletét és alkalmazásait tárgyalja.
Forgóáram veszteség a transzformátorban
A transzformátor magja belső mágneses mezője emf-et indukál, ami a Faraday-törvény és a Lenz-törvény szerint forgóáramokat generál. A mag szelemben a B(t) mágneses mező a i(t) tekercsáramból eredő forgóáramokat (ieddy) indukálja.
A forgóáramok által okozott veszteségeket a következőképp írhatjuk fel:
Ahol, ke = konstans, ami a mérettől függ és fordítottan arányos az anyag ellenállásosságával,
f = a meghajtó forrás frekvenciája,
Bm = a mágneses mező csúcsértéke és
τ = az anyag vastagsága.
A fenti egyenlet azt mutatja, hogy a forgóárami veszteség a fluxussűrűségtől, a frekvenciától és az anyag vastagságától függ, és fordítottan arányos az anyag ellenállásosságával.
A transzformátor forgóárami veszteségeinek csökkentése érdekében a magot vékony lámpások, lamellákból állítják elő. Minden lámpás elkülönítve van, hogy a forgóáramok kis keresztmetszetekre korlátozódjanak, ezzel minimalizálva a pályájukat és csökkentve a veszteségeket.
Ez a következő ábrán látható:
Az anyag ellenállásosságának növelése érdekében a transzformátor magjában hidegterhelt, kristályorientált, CRGO minőségű acél használatos.
Forgóáramok tulajdonságai
Csak vezető anyagokban jelennek meg.
Részegységek, korrozió, szélek stb. hatására torzulnak.
A mélységgel csökkennek, a legnagyobb intenzitást a felületen találjuk.
Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik a forgóáramok használatát a villamosenergia, légitársaság, és petrokémiai iparban, fémreszek rög és károsodásának detektálására.
Forgóáramok alkalmazásai
Mágneses levitáció: Ez egy repuló típusú levitáció, ami modern gyors Maglev vonatokban talál alkalmazást, biztosítva súrlódásmentes közlekedést. A mozgó vonaton lévő szupravezető mágnes által termelt változó mágneses fluktuáció forgóáramokat indukál a helyi vezető lapban, amely felett a vonat levitál. A forgóáramok interakcióba lépnek a mágneses mezővel, ami a levitáló erőket hozza létre.
Hypertermiák fertőzés kezelése: A forgóárami fűtés használható a szövetek fűtésére. A vezető csövekben indukált forgóáramokat egy közeli drótkeringelekkel kapcsolódó kondenzátorral alkotott tankáram hozza létre, ami rádiófrekvenciás forráshoz van csatlakoztatva.
Forgóáram fékezés: A kinetikus energia hővé alakul a forgóárami veszteségek miatt, ami számos ipari alkalmazásban található.
Vonatok fékezése.
Szórókerék fékezése.
Elektromos fűrész vagy verem szükségessé vált lekapcsolása.
Indukciós fűtés: Ez a folyamat elektronikusan fűti a vezető testet, forgóáramokat indukálva magasfrekvenciás elektromagnettel. Főleg indukciós főzés, olvasztókémények, hegesztés és brázolás során használják.
Forgóáram beállítható sebességű vezérlők: Visszacsatolási vezérlő segítségével elérhető a forgóárammal kapcsolt sebességvezérlés. Metalloformálás, szalagfutóművek, műanyagfeldolgozás stb. területeken talál alkalmazást.
Fémérzékelők: Fémek detektálása a sziklákban, talajban stb., a fém, ha jelen van, forgóárami indukálásával.
Adatfeldolgozás alkalmazásai: A forgóáram nem romboló vizsgálatot használnak a fémstruktúrák összetételének és keménységének vizsgálatára.
