Théorie des courants de Foucault et applications
Qu'est-ce que le courant de Foucault
Selon la loi de Lenz, une boucle conductrice soumise à un champ magnétique variable se voit induire une f.e.m. qui provoque un courant circulant dans le sens opposé à la variation qui l'a causée. Le cas est similaire lorsque, au lieu d'une boucle conductrice fermée, c'est un corps conducteur, comme un filament ou une plaque de matériau magnétique ou non magnétique, qui subit une variation de champ magnétique, provoquant des courants qui circulent dans ses sections transversales en chemins fermés appropriés.
Ces courants sont nommés courants de Foucault en référence aux tourbillons d'eau observés dans les lacs et les océans. Ces boucles de courants de Foucault peuvent être à la fois bénéfiques et indésirables.
Bien qu'ils causent des pertes thermiques indésirables élevées dans le matériau, comme le noyau d'un transformateur, les courants de Foucault trouvent des applications dans divers processus industriels tels que le chauffage par induction, la métallurgie, la soudure, le freinage, etc. Cet article traite de la théorie et des applications du phénomène des courants de Foucault.
Perte par courants de Foucault dans un transformateur
Le flux magnétique à l'intérieur du noyau du transformateur induit une f.e.m. dans le noyau selon la loi de Faraday et la loi de Lenz, provoquant des courants de Foucault qui circulent dans le noyau comme illustré ci-dessous. Considérons une section du noyau du transformateur. Le champ magnétique B(t) produit par le courant i(t) dans l'enroulement, provoque des courants de Foucault ieddy qui circulent à l'intérieur du noyau.
Les pertes dues aux courants de Foucault peuvent être exprimées comme suit :
Où, ke = constante dépendant de la taille et inversement proportionnelle à la résistivité du matériau,
f = fréquence de la source d'excitation,
Bm = valeur maximale du champ magnétique et
τ = épaisseur du matériau.
L'équation ci-dessus montre que la perte par courants de Foucault dépend de la densité de flux, de la fréquence et de l'épaisseur du matériau, et est inversement proportionnelle à la résistivité du matériau.
Pour réduire les pertes par courants de Foucault dans le transformateur le noyau est formé par empilement de plaques minces appelées laminations, et chaque plaque est isolée ou vernie afin que le flux de courants de Foucault soit confiné à une très petite section transversale de chaque plaque et isolé des autres plaques. Ainsi, le chemin de circulation du courant est réduit au minimum. Cela est représenté dans la figure ci-dessous :
Pour augmenter la résistivité du matériau, on utilise de l'acier laminé à grains orientés refroidi (CRGO) comme noyau du transformateur.
Propriétés des courants de Foucault
Ces courants sont induits uniquement à l'intérieur des matériaux conducteurs.
Ces courants sont distordus par des défauts tels que des fissures, de la corrosion, des bords, etc.
Les courants de Foucault s'atténuent avec la profondeur, leur intensité étant la plus élevée à la surface.
Applications des courants de Foucault
Lévitation magnétique: Il s'agit d'une levitation de type répulsif qui trouve des applications dans les trains à grande vitesse modernes Maglev pour fournir un transport sans friction. La variation du flux magnétique produite par un aimant supraconducteur placé sur le train en mouvement génère des courants de Foucault sur la feuille conductrice stationnaire sur laquelle le train lévite. Les courants de Foucault interagissent avec le champ magnétique pour produire des forces de lévitation.
Traitement du cancer par hyperthermie: Le chauffage par courants de Foucault est utilisé pour chauffer les tissus. Les courants de Foucault induits dans les tubulures conductrices par des enroulements de fil proximaux connectés à un condensateur pour former un circuit accordé, qui est connecté à une source de fréquence radio.
Freinage par courants de Foucault: L'énergie cinétique convertie en chaleur due aux pertes par courants de Foucault trouve de nombreuses applications dans l'industrie :
Freinage des trains.
Freinage d'un parcours de montagnes russes.
Scie électrique ou perceuse pour son arrêt d'urgence.
Chauffage par induction: C'est le processus de chauffage électrique d'un corps conducteur en induisant des courants de Foucault à l'aide d'un électroaimant à haute fréquence. Ses principales applications sont la cuisson par induction, la fournaise par induction utilisée pour chauffer les métaux jusqu'à leur point de fusion, la soudure, le brasage, etc.
Conduites de vitesse ajustable par courants de Foucault: Avec l'aide d'un contrôleur à retour, une conduite de vitesse couplée par courants de Foucault peut être réalisée. Elle trouve des applications dans la formation de métaux, les convoyeurs, le traitement des plastiques, etc.
Détecteurs de métaux: Ils détectent la présence de métaux dans les roches, les sols, etc., grâce à l'induction de courants de Foucault dans le métal s'il est présent.
Applications de traitement de données: Le contrôle non destructif par courants de Foucault est utilisé pour étudier la composition et la dureté des structures métalliques.
Applications de tachymètres et de capteurs de proximité
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