Turbulens Tárgyalása és Alkalmazásai

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.