Teoria i zastosowania prądów wirowych
Co to są prądy wirowe
Zgodnie z prawem Lenza, pętla przewodząca, poddana zmiennej polu magnetycznemu, otrzymuje w sobie indukowane napięcie, powodując przepływ prądu w kierunku przeciwnym do zmiany, która go wywołała. Sytuacja jest podobna, gdy zamiast zamkniętej pętli przewodzącej, zmiana pola magnetycznego przez ciało przewodzące, takie jak nitka lub płytka materiału magnetycznego lub niemagnetycznego, powoduje przepływ prądu w jego przekroju poprzez odpowiednie zamknięte ścieżki.
Te prądy otrzymują nazwę prądów wirowych na cześć wirów wody, które są małymi wirami obserwowanymi w jeziorach i oceanach. Pętle prądów wirowych mogą być zarówno korzystne, jak i niepożądane.
Chociaż powodują one niepożądane wysokie straty ciepłowe w materiałach, takich jak rdzeń transformatora, prądy wirowe znajdują zastosowanie w różnych procesach przemysłowych, takich jak grzewanie indukcyjne, metalurgia, spawanie, hamowanie itp. Ten artykuł dotyczy teorii i zastosowań zjawiska prądów wirowych.
Straty prądów wirowych w transformatorze
Przepływ pola magnetycznego wewnątrz rdzenia transformatora indukuje napięcie w rdzeniu zgodnie z prawem Faradaya i prawem Lenza, powodując przepływ prądów wirowych w rdzeniu, jak pokazano na poniższym rysunku. Rozważmy fragment rdzenia transformatora, jak pokazano. Pole magnetyczne B(t) wytworzone przez prąd w obciążeniu i(t), powoduje przepływ prądów wirowych iwirowych wewnątrz rdzenia.
Straty spowodowane prądami wirowymi można zapisać następująco:
Gdzie, ke = stała zależna od rozmiaru i odwrotnie proporcjonalna do oporności materiału,
f = częstotliwość źródła pobudzenia,
Bm = wartość szczytowa pola magnetycznego i
τ = grubość materiału.
Powyższe równanie pokazuje, że straty prądów wirowych zależą od gęstości natężenia pola, częstotliwości i grubości materiału oraz są odwrotnie proporcjonalne do oporności materiału.
Aby zmniejszyć straty prądów wirowych w transformatorze rdzeń tworzy się złożeniem cienkich płyt zwanych laminacjami, a każda płyta jest izolowana lub lakierowana, aby przepływ prądów wirowych był ograniczony do bardzo małego obszaru przekroju każdej płyty i izolowany od innych płyt. W ten sposób droga przepływu prądu jest minimalizowana. To przedstawione jest na poniższym rysunku:
Aby zwiększyć oporność materiału, używa się zimnorolowanego, ziarno-zorientowanego stali, CRGO jako rdzenia transformatora.
Właściwości prądów wirowych
Są indukowane tylko wewnątrz materiałów przewodzących.
Są zniekształcane przez defekty, takie jak pęknięcia, korozja, krawędzie itp.
Prądy wirowe osłabiają się z głębokością, z najwyższą intensywnością na powierzchni.
Zastosowanie prądów wirowych
Unoszenie magnetyczne: Jest to typ odpychającego unoszenia, który znajduje zastosowanie w nowoczesnych szybkich pociągach Maglev, dostarczając transport bez tarcia. Zmieniające się pole magnetyczne wytworzone przez nadprzewodzący magnes umieszczony na poruszającym się pociągu powoduje powstanie prądów wirowych na nieruchomym przewodzącym arkuszu, nad którym pociąg unosi się. Prądy wirowe interakują z polem magnetycznym, powodując siły unoszenia.
Leczenie rakowe hipertermią: Grzewanie za pomocą prądów wirowych stosowane jest do grzewania tkanek. Prądy wirowe indukowane w przewodzących rurach przez bliskie okręcenia drutu połączone z kondensatorem, tworzący obwód rezonansowy, który jest podłączony do źródła częstotliwości radiowej.
Hamowanie prądami wirowymi: Energia kinetyczna przekształcana jest w ciepło z powodu strat prądów wirowych, co znajduje liczne zastosowania w przemyśle :
Hamowanie pociągów.
Hamowanie kolejki górskiej.
Piła elektryczna lub wiertarka do jej nagłego wyłączenia.
Grzewanie indukcyjne: Jest to proces elektrycznego grzewania ciała przewodzącego poprzez indukowanie prądów wirowych w nim za pomocą elektromagnesu o wysokiej częstotliwości. Jego główne zastosowania to gotowanie indukcyjne, piec indukcyjny używany do grzewania metali do ich temperatury topnienia, spawanie, lutowanie itp.
Napęd regulowany prądami wirowymi: Dzięki kontrolerowi sprzężenia zwrotnego można osiągnąć napęd sprzężony prądami wirowymi. Znajduje zastosowanie w formowaniu metali, taśmach transportowych, przetwarzaniu tworzyw itp.
Detektory metalu: Wykrywają obecność metali w skałach, glebach itp. dzięki indukcji prądów wirowych w metalu, jeśli jest obecny.
Zastosowania w przetwarzaniu danych: Prądy wirowe nieniszczące badania stosowane do badania składu i twardości konstrukcji metalowych.
Zastosowania w licznikach prędkości i czujnikach zbliżeniowych
Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.
