применение в промышленности — Asutpp
Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.
Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.
Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.
Фото: Вихревые токиТоки Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.
Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.
Практическое применение вихревых токов
Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.
Схема: вихревые токиВихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.
Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.
Видео: вихревые токи Фуко
Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска.
Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.
Вихри и скин-эффект
В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.
Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.
Схема индукционного нагреваПринципы вихревых токов
Катушка из медной проволоки является распространенным методом для воспроизведения индукции вихревых токов. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Магнитные поля образуют линии вокруг провода и соединяются, образуя более крупные петли. Если ток увеличивается в одной петле, магнитное поле будет расширяться через некоторые или все из петель проволоки, которые находятся в непосредственной близости.
Это наводит напряжение в соседних петлях гистерезис, и вызывает поток электронов или вихревые токи, в электропроводящем материале. Любой дефект в материале, включая изменения в толщине стенки, трещин, и прочих разрывов, может изменить поток вихревых токов.
Закон Ома
Закон Ома является одним из самых основных формул для определения электрического потока. Напряжение, деленное на сопротивление, Ом, определяет электрический ток, в амперах. Нужно помнить, что формулы для расчета токов не существует, необходимо пользоваться примерами расчета магнитного поля.
Индуктивность
Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. С увеличением тока, катушка индуцирует циркуляцию (вихревых) потоков в проводящем материале, расположенном рядом с катушкой. Амплитуда и фаза вихревых токов будет меняться в зависимости от загрузки катушки и ее сопротивления. Если поверхность или под поверхностью возникнет разрыв в электропроводном материале, поток вихревых токов будет прерван.
Для его налаживания и контроля существуют специальные приборы с разной частотой каналов.
Магнитные поля
На фото показано, как вихревые электрические токи образуют магнитное поле в катушке. Катушки, в свою очередь, образуют вихревые токи в электропроводном материале, а также создавают свои собственные магнитные поля.
Магнитное поле вихревых токовДефектоскопия
Изменение напряжения на катушке будет влиять на материал, сканирование и исследование вихревых токов позволяет производить прибор для измерения поверхностных и подповерхностных разрывов. Несколько факторов будут влиять на то, какие недостатки могут быть обнаружены:
- Проводимость материала оказывает значительное воздействие на пути следования вихревых токов;
- Проницаемость проводящего материала также имеет огромное влияние из-за его способности быть намагниченным. Плоскую поверхность гораздо легче сканировать, чем неровную.
- Глубина проникновения имеет очень большое значение в контроле вихретоков.
Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта. - Это же касается и площади поверхности. Чем меньше площадь – тем быстрее происходит образование вихревых токов.
Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта.Обнаружение контура дефектоскопом
Существуют сотни стандартных и специальных зондов, которые производятся для конкретных типов поверхностей и контуров. Края, канавки, контуры, и толщина металла вносят свой вклад в успех или провал испытаний. Катушка, которая расположена слишком близко к поверхности проводящего материала будет иметь наилучшие шансы на обнаружение разрывов. Для сложных контуров катушка вставляется в специальной блок и прикрепляется к арматуре, что позволяет пройти ток через неё и проконтролировать его состояние. Многие устройства требуют специальных формованных изделий зонда и катушки, чтобы приспособиться к неправильной форме детали. Катушка также может иметь специальную (универсальную) форму, чтобы соответствовать конструкции детали.
Уменьшаем вихревые токи
Для того чтобы уменьшить вихревые токи катушек индуктивности нужно увеличить сопротивление в этих механизмах.
В частности рекомендуется использовать лицендрат и изолированные провода.
| на главную | доп. материалы Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их также называют токами Фуко — по имени первого исследователя. Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках,
подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы
противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи.
Например, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный
маятник совершает практически незатухающие колебания (рис. Вихревые токи помимо торможения (как правило, нежелательного
эффекта) вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьшения потерь на
нагревание якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а
изготовляют из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и
устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин.
Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, используется в индукционных
металлургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, помещаемый
внутрь катушки, в которой пропускается ток высокой частоты. Вихревые токи возникают и в проводах, по которым течет переменный
ток. Направление этих токов можно определить по правилу Ленца. На рис. 182, а показано направление вихревых токов при возрастании первичного тока в
проводнике, а на рис. 182, б — при его убывании. В обоих случаях направление
вихревых токов таково, что они противодействуют изменению первичного тока внутри
проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности. Таким образом,
вследствие возникновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается
распределенным по сечению провода неравномерно — он как бы вытесняется на
поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта (от
англ. skin — кожа) или поверхностного эффекта.
Так как токи высокой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то
провода для них делаются полыми. Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине. |
Что такое вихревые токи?
← Назад к Блог Ролл
Автор: MAGCRAFT | |
Эдди
токи — это токи, которые циркулируют в проводниках, как закрученные водовороты в
ручей. Они индуцируются изменением магнитных полей и протекают по замкнутым контурам.
перпендикулярно плоскости магнитного поля. Они могут быть созданы, когда
проводник движется через магнитное поле, или когда магнитное поле
окружение стационарного проводника меняется, т. е. все, что приводит к
проводник, испытывающий изменение силы или направления магнитного поля
поле может создавать вихревые токи.
Как и любой ток, протекающий по проводнику, вихревой ток создаст свой собственный магнитное поле. Закон Ленца гласит, что направление магнитно-индуцированной ток, подобно вихревому току, будет таким, что создаваемое магнитное поле будет противостоять изменению магнитного поля, которое его создало. Это сопротивление создало противоположными магнитными полями используется при торможении вихревыми токами, которое обычно используется как метод остановки вращающихся электроинструментов и американских горок.
в
диаграмме ниже проводящий металлический лист (представляющий движущуюся
автомобиль с американскими горками или электроинструмент, например), движется мимо неподвижного магнита. В качестве
лист движется мимо левого края магнита, он почувствует увеличение
напряженность магнитного поля, индуцирующая вихревые токи против часовой стрелки.
Эти
токи создают свои собственные магнитные поля, и, согласно закону Ленца,
направление будет вверх, т.е. против внешнего магнитного поля, создавая
магнитное сопротивление. На другом краю магнита лист будет покидать
магнитное поле и изменение поля будет в противоположном направлении, таким образом
индуцируя вихревые токи по часовой стрелке, которые затем создают магнитное поле, действующее
вниз. Это притянет внешний магнит, также создав сопротивление. Эти
силы сопротивления тормозят движущийся лист, обеспечивая торможение. Электромагнит может
использоваться для внешнего магнита, что означает, что можно варьировать силу
торможение, применяемое путем регулировки тока через катушки электромагнита.
Преимущество вихревого торможения в том, что оно бесконтактное, поэтому не приводит к
механический износ. Однако вихревое торможение не подходит для торможения на малых скоростях и
поскольку проводник должен двигаться, вихревые тормоза не могут удерживать объекты в
стационарные позиции.
Эдди токи впервые наблюдал в 1824 году ученый, а затем премьер-министр Франция, Франсуа Араго. Он понял, что можно намагнитить большинство проводящих объектов и был первым свидетелем вращающегося магнетизма. Десять лет позже закон Ленца был постулирован Генрихом Ленцем, но только в 1855 г. что французский физик Леон Фуко официально открыл вихревые токи. Он обнаружил, что сила, необходимая для вращения медного диска, когда его обод помещен между полюсами магнита, такого как подковообразный магнит, увеличивается и диск нагревается наведенными вихревыми токами.
Отопление
эффект возникает при преобразовании электрической энергии в тепловую
и используется в устройствах индукционного нагрева, таких как некоторые плиты и сварочные аппараты.
сопротивление вихревых токов в проводнике вызывает джоулев нагрев и
количество выделяемого тепла пропорционально квадрату силы тока.
Однако для
применениях, таких как двигатели, генераторы и трансформаторы, это тепло считается
потери энергии и, как таковые, вихревые токи должны быть сведены к минимуму. Это может быть
достигается за счет ламинирования металлических сердечников этих устройств, где каждое сердечник
из нескольких изолированных листов металла. Это разбивает ядро на множество
отдельные магнитные цепи и ограничивает поток вихревых токов
через него, уменьшая количество тепла, выделяемого за счет джоулевого нагрева.
Эдди
токи также могут быть удалены трещинами или щелями в проводнике, которые разрывают
цепь и предотвратить циркуляцию токовых петель. Это означает, что
вихревые токи можно использовать для обнаружения дефектов в материалах. Это называется
неразрушающий контроль и часто используется в самолетах. Магнитное поле
производится вихревыми токами измеряется, где изменение поля показывает
наличие неровности; дефект уменьшит размер вихря
ток, что, в свою очередь, снижает напряженность магнитного поля.
Другая Применение вихревых токов — магнитная левитация. Проводники подвергаются переменные магнитные поля, которые индуцируют вихревые токи внутри проводника и создают отталкивающее магнитное поле, раздвигающее магнит и проводник. Это переменное магнитное поле может быть вызвано относительным движением между магнит и проводник (как правило, магнит неподвижен, а проводник движется) или с помощью электромагнита, подаваемого с переменным током для изменения напряженность магнитного поля.
Эта запись не была размещена ни в одной категории.
вихревые
токи
- множество
- токи
- распределение
- Эдди
- Эффект
- поля
- поток
- сила
- Хальбах
- Зал
- гомополярный
- визуализация
- магнетический
- магнитный
- двигатель
- МРТ
- Резонанс
- Сканер
- Блог
Вихревые токи
Вихревые токиСледующий: Генератор переменного тока Вверх: Магнитная индукция Предыдущий: ЭДС движения Мы видели в приведенном выше примере, что когда проводник движется в магнитном поле возникает ЭДС движения.
Более того, согласно рабочему примеру 9.3, эта ЭДС вызывает ток
который нагревает проводник, а в сочетании с магнитным
поле, также
возникает магнитная сила, действующая на проводник, которая противодействует
его движение. Оказывается, эти результаты являются довольно общими.
Между прочим, индуцированные токи, которые циркулируют внутри движущегося проводника в статическом магнитном
поле, или неподвижный проводник в переменном во времени магнитном поле, обычно называют вихревые токи . Рассмотрим металлический диск, который вращается в перпендикулярном магнитном поле, которое только
распространяется на небольшую прямоугольную часть диска, как показано на рис. 37. Такое поле может быть создано полюсом подковообразного магнита.
ЭДС движения, индуцируемая в диске при его движении через поле, содержащее
области, действует в направлении
, где
скорость диска и магнитное поле. Следует
из рис. 37 видно, что ЭДС действует вниз. ЭДС вызывает токи, которые
также направлен вниз.
Однако эти токи должны образовывать замкнутые контуры, и,
следовательно, они направлены вверх в тех областях диска, которые непосредственно примыкают к
в область, содержащую поле, как показано на рисунке. Видно, что
индуцированные токи текут небольшими вихрями. Отсюда и название «вихревые токи».
По правилу правой руки нисходящие токи в поле, содержащем
области порождают магнитную силу на диске, действующую вправо.
Другими словами, магнитная сила препятствует вращению диска.
Ясно, что над диском должна быть произведена внешняя работа, чтобы сохранить его
вращается с постоянной угловой скоростью. Эта внешняя работа в конечном счете
рассеивается в виде тепла
вихревыми токами, циркулирующими внутри диска.
Вихревые токи могут быть очень полезными. Например, некоторые плиты работают с использованием
вихревые токи.