- Практичне застосування вихрових струмів
- Вихори і скін-ефект
- Принципи вихрових струмів
- Зменшуємо вихрові струми
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Деталі з металу у автомобіля або різноманітних електричних пристроях, мають здатність рухатися в магнітному полі і перетинатися з силовими лініями. Завдяки цьому утворюється самоіндукція. Пропонуємо розглянути аномальні вихрові струми Фуко, потоки повітря, їх визначення, застосування, вплив і як зменшити втрати на вихрові струми в трансформаторі.
Із закону Фарадея випливає, що зміна магнітного потоку виробляє індуковане електричне поле навіть в порожньому просторі.
Якщо металева пластина вставляється в цей простір, індуковане електричне поле призводить до появи електричного струму в металі. Ці індуковані струми називаються вихрові струми.
Токи Фуко - це потоки, індукція яких проводиться в провідних частинах різноманітних електричних приладах і машинах, блукаючі струми Фуко особливо небезпечні для пропуску води або газів, тому що їх напрямок неможливо контролювати в принципі.
Якщо індуковані зустрічні струми створюються постійно змінюваних магнітним полем, то струми вихрові будуть перпендикулярні до магнітного поля, і їх рух буде здійснюватися по колу, якщо дане поле є однорідним. Ці індуковані електричні поля дуже сильно відрізняються від електростатичних електричних полів точкових зарядів.
Практичне застосування вихрових струмів
Вихрові струми корисні в промисловості для розсіювання небажаної енергії, наприклад у поворотного кронштейна механічного балансу, особливо якщо сила струму дуже висока. Магніт в кінці опори налаштовує вихрові струми в металевій пластині, прикріпленій до кінця кронштейна, скажімо, ansys.
Вихрові потоки, як вчить фізика, можуть бути також використані в якості ефективного гальмівного зусилля в двигунах транзитного поїзда. Електромагнітні пристосування і механізми на поїзді близько рейок спеціально налаштовані для створення вихрових струмів. Завдяки руху струму, виходить плавний спуск системи і поїзд зупиняється.
Закручені струми шкідливі в вимірювальних трансформаторах і для людини. Металевий сердечник використовується в трансформаторі, щоб збільшити потік. На жаль, вихрові струми, отримані в якорі або осерді, можуть збільшити втрати енергії. Побудувавши металеву серцевину чергуються шарів з провідних і не проводять енергію, матеріалів, розмір індукованих петель зменшується, таким чином, зменшуючи втрати енергії. Шум, який виробляє трансформатор при роботі, є наслідком саме такого конструктивного рішення.
Відео: вихрові струми Фуко
Ще один цікавий використання вихровий хвилі - застосування їх в електролічильника або медицині. У нижній частині кожного лічильника розташований тонкий алюмінієвий диск, який завжди обертається. Це диск рухається в магнітному полі, так що там завжди є вихрових струми, мета яких уповільнити руху диска. Завдяки цьому датчик працює точно і без перепадів.
Вихори і скін-ефект
У тому випадку, коли виникають дуже сильні вихрові струми (при високочастотному струмі), в тілах щільність струму стає значно менше, ніж на їх поверхнях. Це так званий скін-ефект, його методи використовуються для створення спеціальних покриттів для проводів і в трубах, які розробляються спеціально для вихорі-струмів і тестуються в екстремальних умовах.
Це довів ще вчений Еккерт, який досліджували ЕРС і трансформаторні установки.
Принципи вихрових струмів
Котушка з мідного дроту є поширеним методом для відтворення індукції вихрових струмів. Змінний струм, що проходить через котушку, створює магнітне поле всередині і навколо котушки. Магнітні поля утворюють лінії навколо дроти і з'єднуються, утворюючи більші петлі. Якщо струм збільшується в одній петлі, магнітне поле буде розширюватися через деякі або всі з петель дроту, які знаходяться в безпосередній близькості. Це наводить напругу в сусідніх петлях гистерезис, і викликає потік електронів або вихрові струми, в електропровідному матеріалі. Будь дефект в матеріалі, включаючи зміни в товщині стінки, тріщин, і інших розривів, може змінити потік вихрових струмів.
Закон Ома
Закон Ома є одним із самих основних формул для визначення електричного потоку. Напруга, поділене на опір, Ом, визначає електричний струм, в амперах. Потрібно пам'ятати, що формули для розрахунку струмів не існує, необхідно користуватися прикладами розрахунку магнітного поля.
індуктивність
Змінний струм, що проходить через котушку, створює магнітне поле всередині і навколо котушки. Зі збільшенням струму, котушка індукує циркуляцію (вихрових) потоків в провідному матеріалі, розташованому поруч з котушкою. Амплітуда і фаза вихрових струмів буде змінюватися в залежності від завантаження котушки і її опору. Якщо поверхню або під поверхнею виникне розрив в електропровідному матеріалі, потік вихрових струмів буде перерваний. Для його налагодження і контролю існують спеціальні прилади з різною частотою каналів.
магнітні поля
На фото показано, як вихрові електричні струми утворюють магнітне поле в котушці. Котушки, в свою чергу, утворюють вихрові струми в електропровідному матеріалі, а також створювати свої власні магнітні поля.
Послуги з дефектоскопії
Зміна напруги на котушці буде впливати на матеріал, сканування та дослідження вихрових струмів дозволяє виробляти прилад для вимірювання поверхневих і підповерхневих розривів. Декілька факторів впливатимуть на те, які недоліки можуть бути виявлені:
- Провідність матеріалу робить значний вплив на шляху проходження вихрових струмів;
- Проникність провідного матеріалу також має величезний вплив через його здатності бути намагніченим. Плоску поверхню набагато легше сканувати, ніж нерівну.
- Глибина проникнення має дуже велике значення в контролі віхретоков. Поверхня тріщини набагато легше виявити, ніж суб-поверхневого дефекту.
- Це ж стосується і площі поверхні. Чим менше площа - тим швидше відбувається утворення вихрових струмів.
Виявлення контуру дефектоскопом
Існують сотні стандартних і спеціальних зондів, які виробляються для конкретних типів поверхонь і контурів. Краї, канавки, контури, і товщина металу вносять свій внесок в успіх або провал випробувань. Котушка, яка розташована занадто близько до поверхні провідного матеріалу матиме найкращі шанси на виявлення розривів. Для складних контурів котушка вставляється в спеціальній блок і прикріплюється до арматури, що дозволяє пройти струм через неї і проконтролювати його стан. Багато пристроїв вимагають спеціальних формованих виробів зонда і котушки, щоб пристосуватися до неправильної форми деталі. Котушка також може мати спеціальну (універсальну) форму, щоб відповідати конструкції деталі.
Зменшуємо вихрові струми
Для того щоб зменшити вихрові струми котушок індуктивності потрібно збільшити опір в цих механізмах. Зокрема рекомендується використовувати ліцендрат і ізольовані проводи.