Definicija vrtinčnih tokov
Po Lenzovem zakonu, ko je vodilna zanka izpostavljena spreminjajočemu se magnetnemu polju, to generira elektromotorno silo (emf), ki inducira tok, ki nasprotuje spremembi. Podobno, ko se skozi vodilno teleso, kot je niti ali plošča, spreminja magnetno polje, to povzroči tokove, ki tečejo skozi preseke materiala.
Ti tokovi so dobili ime vrtinčni tokovi po vodnih vrtincih, ki so majhne vrteči vrtinci, opazljivi v jezerih in oceanih. Te zanke vrtinčnih tokov lahko so koristne in neželene.
Medtem ko povzročajo neželeno visoke toplinske izgube v materialu, kot je jedro transformatorja, vrtinčni tokovi najdejo uporabo v različnih industrijskih procesih, kot so indukcijsko segrevanje, metalurgija, varjenje, brzganje itd. Ta članek obravnava teorijo in uporabe pojavnosti vrtinčnih tokov.
Izgube vrtinčnih tokov v transformatorju
Magnetno polje znotraj jedra transformatorja inducira emf, kar vodi do vrtinčnih tokov glede na Faradayev zakon in Lenzov zakon. V delu jedra generirajo vrtinčne tokove ieddy magnetno polje B(t) iz tokov v navijalnicah i(t).
Izgube zaradi vrtinčnih tokov lahko zapišemo naslednje:
Kjer je ke = konstanta, odvisna od velikosti in obratno sorazmerna s upornostjo materiala,
f = frekvenca viru vzbuševanja,
Bm = vrhovna vrednost magnetnega polja in
τ = debelina materiala.
Zgoraj navedena enačba kaže, da so izgube vrtinčnih tokov odvisne od gostote tokov, frekvence in debeline materiala in obratno sorazmerni s upornostjo materiala.
Za zmanjšanje izgub vrtinčnih tokov v transformatorju je jedro izdelano iz postavljenih tankih plošč, imenovanih laminacije. Vsaka plošča je izolirana, da bi omejila vrtinčne tokove na male presečne ploskve, kar zmanjša njihovo pot in izgube.
To je prikazano na spodnji sliki:
Za povečanje upornosti materiala se za jedro transformatorja uporablja hladno valjane orientirane železne slitine, CRGO kakovostne jekle.
Lastnosti vrtinčnih tokov
Ti so inducirani le znotraj vodilnih materialov.
Ti so zamenjani z defektmi, kot so puknine, korozija, robovi itd.
Vrtinčni tokovi slabi z globino, z največjo intenziteto na površini.
Te lastnosti omogočajo uporabo vrtinčnih tokov v energetiki, letalstvu in petrokemijski industriji za odkrivanje puknin in poškodb v kovinah.
Uporabe vrtinčnih tokov
Magnetno levitiranje: To je repulzivna oblika levitiranja, ki se uporablja v sodobnih hitrih Maglev vlakih za oskrbo z brezbrezgnim prevozom. Spremenljivo magnetno tokovno gosto, ki ga ustvari superprovodni magnet, nameščen na premikujočem vlaku, generira vrtinčne tokove na stacionarnem vodilnem listu, nad katerim vlak levitira. Vrtinčni toki interagirajo z magnetnim poljem in ustvarjajo sile levitiranja.
Hipertermijska terapija raka: Segrevanje tkiva z vrtinčnimi toki. Vrtinčni toki, inducirani v vodilne cevi, so povezani s kapacitorjem, ki tvori rezonančno vez, povezan z viškoprečnostnim virjem.
Brzganje z vrtinčnimi toki: Kinetična energija, pretvorjena v toplotno energijo zaradi izgub vrtinčnih tokov, najde številne uporabe v industriji.
Brzganje vlakov.
Brzganje vozniškega vožnjenja.
Električni pila ali vrtilnik za nujno zaustavitev.
Indukcijsko segrevanje: Ta postopek električno segreva vodilno telo z induciranjem vrtinčnih tokov z viškoprečnostnim elektromagnetom. Glavno se uporablja za indukcijsko kuhanje, pečnice za taljanje kovin, varjenje in braziranje.
Regulabilni pogoni z vrtinčnimi toki: Z pomočjo odzivnega regulacijskega sistema je mogoče doseči pogon z vrtinčnimi toki. Njegova uporaba najde v oblikovanju kovin, konvejerjih, obdelavi plastike itd.
Detektorji kovin: Odkriva prisotnost kovin v kamenju, tleh itd. z uporabo indukcije vrtinčnih tokov v kovinah, če so prisotne.
Uporabe v obdelavi podatkov: Nedestruktivno testiranje z vrtinčnimi toki se uporablja za preučevanje sestave in trdnosti kovinskih struktur.
