Wervelstroomtheorie en toepassingen

Definitie van Eddy Stromen

Volgens de wet van Lenz wordt er een elektromotiefkoppel (emf) opgewekt in een geleidend lus wanneer deze blootgesteld wordt aan een veranderend magnetisch veld. Dit emf induceert een stroom die de verandering tegengaat. Op vergelijkbare wijze veroorzaken veranderingen in het magnetische veld door een geleidend lichaam, zoals een draad of plaat, stromen die door de doorsnede van het materiaal vloeien.

Deze stromen krijgen de naam eddy stromen, genoemd naar de kleine draaikolken die in meren en oceanen worden waargenomen. Deze eddy stroomlusjes kunnen zowel voordelen als nadelen hebben.

Hoewel ze ongewenste hoge warmteverliezen in materialen zoals transformatorkernen veroorzaken, vinden eddy stromen toepassingen in verschillende industriële processen zoals inductieverhitting, metallurgie, lassen, remmen, enz. Dit artikel behandelt de theorie en toepassingen van het eddy stroomverschijnsel.

Eddy Stromen Verlies in Transformatoren

Het magnetisch veld binnen de kern van een transformatie induceert een emf, wat volgens de wetten van Faraday en Lenz leidt tot eddy stromen. In de kernsectie genereert het magnetisch veld B(t) van de windingstroom i(t) eddy stromen ieddy.

De verliezen door eddy stromen kunnen als volgt worden geschreven:

Waarbij, ke = constante die afhankelijk is van de grootte en omgekeerd evenredig met de elektrische weerstand van het materiaal,

f = frequentie van de opwekkingsbron,

Bm = piekwaarde van het magnetisch veld en

τ = dikte van het materiaal.

De bovenstaande vergelijking laat zien dat het eddy stroomverlies afhangt van de fluxdichtheid, frequentie en dikte van het materiaal en omgekeerd evenredig is met de elektrische weerstand van het materiaal.

Om eddy stroomverliezen in transformatoren te verminderen, wordt de kern gemaakt van gestapelde dunne platen, bekend als laminaties. Elke plaat is geïsoleerd om de eddy stromen te beperken tot kleine doorsnedegebieden, waardoor hun pad wordt beperkt en de verliezen worden verminderd.

Dit wordt weergegeven in de onderstaande figuur:

Om de elektrische weerstand van het materiaal te verhogen, wordt koud gewalst korrelgericht, CRGO-klasse staal gebruikt als kern van de transformatie.

Eigenschappen van Eddy Stromen

• Deze worden alleen geïnduceerd in geleidende materialen.

• Deze worden vervormd door defecten zoals scheuren, corrosie, randen, enz.

• Eddy stromen verminderen met diepte, met de hoogste intensiteit aan de oppervlakte.

Deze eigenschappen maken het mogelijk om eddy stromen te gebruiken in de energie-, aerospace- en petrochemische industrieën voor het detecteren van metalen scheuren en schade.

Toepassingen van Eddy Stromen

Magnetische Levitatie: Dit is een repulsieve vorm van levitatie die wordt toegepast in moderne snelle Maglev-treinen voor wrijvingsloze transport. De veranderende magnetische flux geproduceerd door een supraleidend magneet op de bewegende trein produceert eddy stromen in de stationaire geleidende plaat waarover de trein zweeft. De eddy stromen interacteren met het magnetisch veld om krachten van levitatie te produceren.

Hyperthermie Kankerbehandeling: Eddy stroomverwarming wordt gebruikt voor weefselverwarming. Eddy stromen worden geïnduceerd in de geleidende buizen door nabije draadwindingen verbonden met een condensator om een tankcircuit te vormen, dat is verbonden met een radiofrequente bron.

Eddy Stroom Remming: Kinetische energie wordt omgezet in warmte door eddy stroomverliezen, wat talrijke toepassingen vindt in de industrie.

• Remmen van treinen.

• Remmen van achtbanen.

• Elektrische zaag of boor voor noodafsluiting.

  
  

Inductieverwarming: Dit proces verwarmt een geleidend lichaam elektrisch door eddy stromen te induceren met een hoogfrequent elektromagneet. Het wordt voornamelijk gebruikt voor inductiekoken, ovens om metalen te smelten, lassen en brasen.

Eddy Stroom Aanpasbare Snelheidsregelaars: Met behulp van een feedbackcontroller kan een eddy stroom gekoppelde snelheidsregelaar worden bereikt. Het vindt toepassing in metaalbewerking, transportbanden, kunststofverwerking, enz.

Metaaldetectors: Het detecteert de aanwezigheid van metalen in rotsen, grond, enz. met behulp van eddy stroominductie in het metaal indien aanwezig.

Gegevensverwerkingsapplicaties: Eddy stroom niet-destructieve testing wordt gebruikt bij het onderzoeken van de samenstelling en hardheid van metalen structuren.