Lý thuyết và Ứng dụng của Dòng xoáy điện từ

Định nghĩa Dòng Điện Tua-bin

Theo định luật Lenz, khi một vòng dẫn được tiếp xúc với từ trường thay đổi, nó tạo ra một điện áp cảm ứng gây ra dòng điện đối nghịch với sự thay đổi. Tương tự, khi từ trường thay đổi qua một vật dẫn, như sợi dây hoặc tấm, nó gây ra dòng điện chảy qua các phần cắt ngang của vật liệu.

Các dòng điện này được gọi là dòng điện tua-bin, theo tên của các xoáy nước nhỏ được quan sát trong hồ và đại dương. Các vòng dòng điện tua-bin có thể có lợi và không mong muốn.

Trong khi chúng gây ra mất mát nhiệt cao không mong muốn trong vật liệu như lõi biến áp, dòng điện tua-bin tìm thấy ứng dụng trong nhiều quá trình công nghiệp như gia nhiệt cảm ứng, luyện kim, hàn, phanh, v.v. Bài viết này đề cập đến lý thuyết và ứng dụng của hiện tượng dòng điện tua-bin.

Mất Mất Mát Dòng Điện Tua-bin Trong Biến Áp

Từ trường bên trong lõi biến áp tạo ra điện áp cảm ứng, dẫn đến dòng điện tua-bin theo định luật Faraday và Lenz. Trong phần lõi, từ trường B(t) từ dòng điện cuộn dây i(t) tạo ra dòng điện tua-bin ieddy.

Mất mát do dòng điện tua-bin có thể được viết như sau :

Trong đó, ke = hằng số phụ thuộc vào kích thước và tỷ lệ nghịch với điện trở suất của vật liệu,

f = tần số của nguồn kích thích,

Bm = giá trị đỉnh của từ trường và

τ = độ dày của vật liệu.

Phương trình trên cho thấy mất mát do dòng điện tua-bin phụ thuộc vào mật độ thông lượng, tần số và độ dày của vật liệu và tỷ lệ nghịch với điện trở suất của vật liệu.

Để giảm mất mát do dòng điện tua-bin trong biến áp, lõi được làm bằng các tấm mỏng xếp chồng lên nhau gọi là laminations. Mỗi tấm được cách điện để hạn chế dòng điện tua-bin ở các phần cắt ngang nhỏ, giảm đường đi và giảm mất mát.

Điều này được thể hiện trong hình dưới đây :

Để tăng điện trở suất của vật liệu, thép cấp CRGO (cold rolled grain oriented) được sử dụng làm lõi biến áp.

Tính Chất Của Dòng Điện Tua-bin

• Chúng chỉ được tạo ra bên trong vật liệu dẫn điện.

• Chúng bị biến dạng bởi các khuyết tật như nứt, ăn mòn, mép, v.v.

• Dòng điện tua-bin suy giảm theo độ sâu với cường độ cao nhất tại bề mặt.

Các tính chất này cho phép dòng điện tua-bin được sử dụng trong ngành điện, hàng không vũ trụ và hóa dầu để phát hiện vết nứt và hư hỏng kim loại.

Ứng Dụng Của Dòng Điện Tua-bin

Đề Xuất Levitation Từ: Đây là loại levitation đẩy được áp dụng trong các tàu Maglev tốc độ cao hiện đại để cung cấp vận chuyển không ma sát. Từ thông thay đổi được tạo ra bởi nam châm siêu dẫn đặt trên tàu di chuyển tạo ra dòng điện tua-bin trên tấm dẫn tĩnh. Dòng điện tua-bin tương tác với từ trường để tạo ra lực levitation.

Điều Trị Ung Thư Bằng Nhiệt Hyperthermia: Gia nhiệt bằng dòng điện tua-bin được sử dụng để gia nhiệt mô. Dòng điện tua-bin được tạo ra trong các ống dẫn bằng cách kết nối cuộn dây gần với tụ điện để tạo thành mạch LC, được kết nối với nguồn tần số vô tuyến.

Phanh Dòng Điện Tua-bin: Năng lượng động được chuyển đổi thành nhiệt do mất mát do dòng điện tua-bin tìm thấy nhiều ứng dụng trong công nghiệp.

• Phanh tàu hỏa.

• Phanh tàu lượn.

• Cưa điện hoặc máy khoan để tắt khẩn cấp.

  
  

Gia Nhiệt Cảm Ứng: Quá trình này gia nhiệt một vật dẫn bằng cách tạo ra dòng điện tua-bin với nam châm điện từ tần số cao. Nó chủ yếu được sử dụng cho nấu ăn cảm ứng, lò nung để tan chảy kim loại, hàn và hàn mềm.

Động Cơ Điều Chỉnh Tốc Độ Dòng Điện Tua-bin: Với sự giúp đỡ của bộ điều khiển phản hồi, có thể đạt được động cơ điều chỉnh tốc độ dòng điện tua-bin. Nó được áp dụng trong uốn kim loại, băng tải, xử lý nhựa, v.v.

Bộ Dò Kim Loại: Nó phát hiện sự hiện diện của kim loại trong đá, đất, v.v. với sự giúp đỡ của dòng điện tua-bin cảm ứng trong kim loại nếu có.

Ứng Dụng Xử Lý Dữ Liệu: Kiểm tra không phá hủy bằng dòng điện tua-bin được sử dụng để điều tra thành phần và độ cứng của cấu trúc kim loại.