Теория и применение вихревых токов

Определение вихревых токов

Согласно закону Ленца, когда замкнутая проводящая петля подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля, возникает электродвижущая сила, которая индуцирует ток, противодействующий изменению. Аналогично, когда магнитное поле изменяется через проводящее тело, такое как нить или плита, это вызывает течение токов через сечения материала.

Эти токи получили название вихревых токов по аналогии с водными вихрями, которые представляют собой маленькие вращающиеся водовороты, наблюдаемые в озерах и океанах. Вихревые токи могут быть как полезными, так и нежелательными.

Хотя они вызывают нежелательные высокие тепловые потери в материале, таком как сердечник трансформатора, вихревые токи находят применение в различных промышленных процессах, таких как индукционный нагрев, металлургия, сварка, торможение и т.д. В этой статье рассматриваются теория и приложения явления вихревых токов.

Потери на вихревые токи в трансформаторе

Магнитное поле внутри сердечника трансформатора индуцирует ЭДС, что приводит к образованию вихревых токов согласно законам Фарадея и Ленца. В секции сердечника магнитное поле B(t) от обмоточного тока i(t) генерирует вихревые токи ieddy.

Потери, вызванные вихревыми токами, можно записать следующим образом:

Где ke = постоянная, зависящая от размера и обратно пропорциональная удельному сопротивлению материала,

f = частота источника возбуждения,

Bm = амплитудное значение магнитного поля и

τ = толщина материала.

Уравнение показывает, что потери на вихревые токи зависят от плотности магнитного потока, частоты и толщины материала, а также обратно пропорциональны удельному сопротивлению материала.

Чтобы уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе, сердечник изготавливают из стопки тонких пластин, называемых ламелями. Каждая пластина изолирована, чтобы ограничить вихревые токи малыми сечениями, минимизировать их путь и уменьшить потери.

Это представлено на рисунке ниже:

Для увеличения удельного сопротивления материала используется холоднокатаная зернориентированная сталь марки CRGO в качестве сердечника трансформатора.

Свойства вихревых токов

• Они индуцируются только внутри проводящих материалов.

• Они искажаются дефектами, такими как трещины, коррозия, края и т.д.

• Вихревые токи затухают с глубиной, имея максимальную интенсивность на поверхности.

Эти свойства позволяют использовать вихревые токи в энергетике, авиации и нефтеперерабатывающей промышленности для обнаружения трещин и повреждений металла.

Применения вихревых токов

Магнитная левитация: Это тип отталкивающей левитации, который применяется в современных высокоскоростных магнитных поездах для обеспечения бесконтактной транспортировки. Изменяющийся магнитный поток, создаваемый сверхпроводящим магнитом, установленным на движущемся поезде, создает вихревые токи на неподвижном проводящем листе, над которым поезд левитирует. Вихревые токи взаимодействуют с магнитным полем, создавая силы левитации.

Лечение рака методом гипертермии: Нагревание тканей с помощью вихревых токов. Вихревые токи, индуцированные в проводящих трубках близлежащими обмотками, соединенными с конденсатором, формируют колебательный контур, подключенный к источнику радиочастотного сигнала.

Торможение с помощью вихревых токов: Кинетическая энергия, преобразованная в тепло за счет потерь на вихревые токи, находит множество применений в промышленности.

• Торможение поездов.

• Торможение американских горок.

• Электрическая пила или дрель для аварийного отключения.

  
  

Индукционный нагрев: Этот процесс электрически нагревает проводящее тело, индуцируя вихревые токи с помощью высокочастотного электромагнита. Он主要用于电力、航空航天和石化等行业检测金属裂纹和损伤。请确认是否需要翻译这一部分内容，因为原文中这部分内容是中文。 如果不需要翻译，请告知我应如何处理。 此外，根据您的要求，我会继续翻译剩余的部分。以下是剩余部分的翻译： ```html Индукционный нагрев: Этот процесс электрически нагревает проводящее тело, индуцируя вихревые токи с помощью высокочастотного электромагнита. Он широко используется для индукционного приготовления пищи, печей для плавки металлов, сварки и пайки.

Регулируемые приводы с вихревыми токами: С помощью системы обратной связи можно достичь регулируемого привода с вихревыми токами. Он находит применение в обработке металлов, конвейерах, переработке пластмасс и т.д.

Металлоискатели: Они обнаруживают наличие металлов в породах, почвах и т.д. с помощью индукции вихревых токов в металле, если он присутствует.

Применения в обработке данных: Безнадрывное тестирование вихревыми токами используется для исследования состава и твердости металлических конструкций.