ทฤษฎีและแอปพลิเคชันของกระแสวน

นิยามของกระแสวน

ตามกฎของเลนซ์ เมื่อมีวงจรนำที่ถูกสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดกระแสที่ต้านการเปลี่ยนแปลง คล้ายกัน เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงผ่านวัสดุนำ เช่น เส้นลวดหรือแผ่น จะทำให้เกิดกระแสไหลผ่านส่วนตัดขวางของวัสดุ

กระแสเหล่านี้ถูกเรียกว่ากระแสวน โดยเปรียบเทียบกับกระแสน้ำวนเล็ก ๆ ที่เห็นในทะเลสาบและมหาสมุทร กระแสวนเหล่านี้สามารถมีประโยชน์และไม่พึงประสงค์ได้

แม้ว่ากระแสวนจะทำให้เกิดความสูญเสียความร้อนสูงในวัสดุ เช่น แกนหม้อแปลง แต่กระแสวนยังมีการใช้งานในกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การทำความร้อนโดยเหนี่ยวนำ การผลิตโลหะ การเชื่อม และการเบรก บทความนี้กล่าวถึงทฤษฎีและการประยุกต์ใช้ของปรากฏการณ์กระแสวน

ความสูญเสียจากกระแสวนในหม้อแปลง

สนามแม่เหล็กภายในแกนหม้อแปลงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า นำไปสู่กระแสวนตามกฎของฟาราเดย์และเลนซ์ ในส่วนของแกน สนามแม่เหล็ก B(t) จากกระแส i(t) ของขดลวดทำให้เกิดกระแสวน ieddy

ความสูญเสียจากกระแสวนสามารถเขียนได้ดังนี้ :

โดยที่ ke = ค่าคงที่ขึ้นอยู่กับขนาดและแปรผกผันกับความต้านทานของวัสดุ,

f = ความถี่ของแหล่งกำเนิด,

Bm = ค่าสูงสุดของสนามแม่เหล็ก และ

τ = ความหนาของวัสดุ

สมการดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าความสูญเสียจากกระแสวนขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของฟลักซ์ ความถี่ และความหนาของวัสดุ และแปรผกผันกับความต้านทานของวัสดุ

เพื่อลดความสูญเสียจากกระแสวนในหม้อแปลง แกนจะทำจากแผ่นบางๆ ที่เรียกว่าลายเนื้อ แต่ละแผ่นจะมีฉนวนเพื่อจำกัดกระแสวนให้อยู่ในพื้นที่ตัดขวางที่เล็ก ลดเส้นทางและความสูญเสีย

นี่คือภาพแทนดังนี้ :

ในการเพิ่มความต้านทานของวัสดุ ใช้เหล็กเกรด CRGO ที่มีเม็ดเรียงตัวแบบเย็นสำหรับแกนหม้อแปลง

คุณสมบัติของกระแสวน

• กระแสเหล่านี้ถูกเหนี่ยวนำเฉพาะภายในวัสดุนำไฟฟ้า

• กระแสเหล่านี้จะบิดเบือนโดยข้อบกพร่อง เช่น รอยแตก การกัดกร่อน ขอบ เป็นต้น

• กระแสวนลดลงตามความลึก โดยมีความเข้มสูงสุดที่ผิวหน้า

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้กระแสวนสามารถใช้งานในอุตสาหกรรมพลังงาน อวกาศ และปิโตรเคมี เพื่อตรวจจับรอยแตกและความเสียหายของโลหะ

การประยุกต์ใช้ของกระแสวน

การลอยแม่เหล็ก: เป็นการลอยแบบต่อต้าน ใช้ในรถไฟความเร็วสูง Maglev เพื่อให้การขนส่งไร้แรงเสียดทาน สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจากแม่เหล็กซูเปอร์คอนดักเตอร์บนรถไฟที่เคลื่อนที่สร้างกระแสวนบนแผ่นนำไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง กระแสวนเหล่านี้จะทำงานร่วมกับสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงลอย

การรักษาโรคมะเร็งด้วยไฮเพอร์เธอร์มิอา: ใช้การทำความร้อนด้วยกระแสวน กระแสวนที่เหนี่ยวนำในท่อนำไฟฟ้าโดยการพันสายใกล้เคียงที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุเพื่อสร้างวงจรแท้งค์ที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดความถี่วิทยุ

ระบบเบรกด้วยกระแสวน: พลังงานจลน์ถูกแปลงเป็นความร้อนจากการสูญเสียกระแสวน มีการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายแห่ง

• เบรกรถไฟ

• เบรกรถไฟเหาะ

• เครื่องเลื่อยไฟฟ้าหรือสว่านสำหรับการปิดฉุกเฉิน

  
  

การทำความร้อนโดยเหนี่ยวนำ: กระบวนการนี้ใช้ไฟฟ้าทำให้วัสดุนำไฟฟ้าร้อนโดยเหนี่ยวนำกระแสวนด้วยแม่เหล็กความถี่สูง ใช้ในการทำอาหารด้วยเหนี่ยวนำ การหลอมโลหะ การเชื่อม และการประสาน

ระบบขับเคลื่อนด้วยกระแสวนที่ปรับความเร็วได้: ด้วยการควบคุมป้อนกลับ ระบบขับเคลื่อนด้วยกระแสวนสามารถปรับความเร็วได้ ใช้ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะ การลำเลียง และการผลิตพลาสติก

เครื่องตรวจจับโลหะ: ใช้ตรวจจับโลหะภายในหิน ดิน ฯลฯ ด้วยการเหนี่ยวนำกระแสวนในโลหะหากมีอยู่

การประยุกต์ใช้ในการประมวลผลข้อมูล: การทดสอบไม่ทำลายโดยใช้กระแสวนใช้ในการตรวจสอบองค์ประกอบและความแข็งของโครงสร้างโลหะ