Вихрові струми

В електричних апаратах, приладах і машинах металеві деталі іноді рухаються в магнітному полі або нерухомі металеві деталі перетинаються силовими лініями мінливого за величиною магнітного поля. У цих металевих деталях индуктируется ЕРС самоіндукції.

Під дією цих е. д. з. в масі металевої деталі протікають вихрові струми (струми Фуко), які замикаються в масі, утворюючи вихрові контури струмів.

Вихровими струмами (також струмами Фуко) називаються електричні струми, що виникають внаслідок електромагнітної індукції в провідному середовищі (зазвичай в металі) при зміні пронизливого її магнітного потоку.
Вихрові струми породжують свої власні магнітні потоки, які, за правилом Ленца, протидіють магнітному потоку котушки і послаблюють його. Крім того, вони викликають нагрів сердечника, що є марною тратою енергії.

Нехай є сердечник з металевого матеріалу. Помістимо на цей сердечник котушку, по якій припустимо змінний струм. Навколо котушки виявиться змінний магнітний струм, що перетинає сердечник. При цьому в серцевині стане наводитися индуцированная ЕРС, яка, в свою чергу, викликає в осерді струми, звані вихровими. Ці вихрові струми нагрівають сердечник. Так як електричний опір сердечника невелика, то наводяться в сердечниках індуковані струми можуть надаватися досить великими, а нагрів сердечника – значним.

Вперше вихрові струми були виявлені французьким ученим Д.Ф. Араго (1786 – 1853) в 1824 р в мідному диску, розташованому на осі під обертається магнітною стрілкою. За рахунок вихрових струмів диск приходив в обертання. Це явище, назване явищем Араго, було пояснено кілька років по тому M. Фарадеем з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції.

Вихрові струми були детально вивчені французьким фізиком Фуко (1819-1868) і названі його ім’ям. Він назвав явище нагрівання металевих тіл, що обертаються в магнітному полі, вихровими струмами.

Як приклад на малюнку показані вихрові струми, індуковані в масивному осерді, вміщеному в котушку, обтічну змінним струмом. Змінне магнітне поле індукує струми, які замикаються по шляхах, які лежать в площинах, перпендикулярних напрямку поля.

Способи зменшення струмів Фуко

Потужність, що витрачається на нагрів сердечника вихровими струмами, марно знижує ККД технічних пристроїв електромагнітного типу.

Щоб зменшити потужність вихрових струмів, збільшують електричний опір муздрамтеатру, для цього сердечники набирають з окремих тонких (0,1- 0,5 мм) пластин, ізольованих одна від одної за допомогою спеціального лаку або окалини.

Лінії по переробці всіх машин і апаратів змінного струму і сердечники якорів машин постійного струму збирають з ізольованих один від одного лаком або поверхневої непроводящей плівкою (фосфатированной) пластин, виштампованних з листової електротехнічної сталі. Площина пластин повинна бути паралельна напрямку магнітного потоку.

При такому розподілі перетину сердечника магнітопроводу вихрові струми істотно послаблюються, тому що зменшуються магнітні потоки, якими зчіплюються контури вихрових струмів, а отже, знижуються і індуковані цими потоками е. д. з, що створюють вихрові струми.

У матеріал сердечника також вводять спеціальні добавки, також збільшують його електричний опір. Для збільшення електричного опору феромагнетика електротехнічну сталь готують з присадкою кремнію.

Сердечники деяких котушок (бобін) набирають зі шматків відпаленого залізного дроту. Смужки заліза розташовують паралельно лініям магнітного потоку. Вихрові ж струми, що протікають в площинах, перпендикулярних напрямку магнітного потоку, обмежуються ізолюючими прокладками. Для магнітопроводів приладів і пристроїв, що працюють на високій частоті, застосовують магнетодіелектрікі. Щоб знизити вихрові струми в проводах, останні виготовляють у вигляді джгута з окремих жив, ізольованих один від одного.

Ліцендрат – це система переплетених мідних проводів, в якій кожна жила ізольована від сусідніх. Ліцендрат призначений для використання на високочастотних токах для запобігання виникненню паразитних струмів і струмів Фуко
Ліцендрат – це система переплетених мідних проводів, в якій кожна жила ізольована від сусідніх. Ліцендрат призначений для використання на високочастотних токах для запобігання виникненню паразитних струмів і струмів Фуко.

Корисне застосування вихрові струми знайшли в пристрої магнітного гальма диска електричного лічильника. Обертаючись, диск перетинає магнітні силові лінії постійного магніту. У площині диска виникають вихрові струми, які, в свою чергу, створюють свої магнітні потоки у вигляді трубочок навколо вихрового струму. Взаємодіючи з основним полем магніту, ці потоки гальмують диск.

У ряді випадків, застосовуючи вихрові струми, можна використовувати технологічні операції, які неможливо застосувати без струмів високої частоти. Наприклад, при виготовлення вакуумних приладів і пристроїв з балона необхідно ретельно відкачати повітря і інші гази. Однак в металевої арматури, що знаходиться всередині балона, є залишки газу, які можна видалити тільки після заварювання балона. Для повного знегажування арматури вакуумний прилад поміщають в поле високочастотного генератора, в результаті дії вихрових струмів арматура нагрівається до сотень градусів, залишки газу при цьому нейтралізуються.

...
ПОДІЛИТИСЯ: