Sähköalalla on useita ilmiöitä, jotka ammattilaisten on tiedettävä. Vaikka kaikesta tiedosta ei voikaan olla hyötyä jokapäiväisessä käytännössä, se auttaa joskus ymmärtämään ongelman syyn. Pyörrevirrat toimivat syynä joidenkin teknisten temppujen muodostumiseen sähkökoneiden valmistuksessa ja niistä tuli jopa joidenkin keksintöjen toimintaperiaatteen perusta. Katsotaanpa, mitä Foucault'n pyörrevirrat ovat ja miten ne syntyvät.
Sisältö:
- Lyhyt määritelmä
- Löytöhistoria
- Pyörrevirran vahinko
- Kuinka vähentää tappioita
- Sovellus käytännössä
Lyhyt määritelmä
Pyörrevirrat ovat virtoja, jotka kulkevat johtimissa niihin kohdistuvan vaihtuvan magneettikentän vaikutuksesta. Kentän ei tarvitse muuttua, keho voi myös liikkua magneettikentässä, joka tapauksessa virta alkaa virrata siinä.
Virtojen liikkeelle on mahdotonta löytää todellista liikerataa niiden huomioon ottamiseksi, virta kulkee siellä, missä se löytää polun, jolla on pienin vastus. Pyörrevirrat kulkevat aina suljetussa silmukassa. Tärkeimmät olosuhteet sen esiintymiselle ovat esineen läsnäolo vaihtuvassa magneettikentässä tai sen liike kenttään nähden.
Löytöhistoria
Vuonna 1824 tiedemies D.F. Arago suoritti koetta. Hän asensi kuparilevyn yhdelle akselille ja asetti magneettisen neulan sen yläpuolelle. Kun magneettinen neula pyöri, levy alkoi liikkua. Näin pyörrevirta-ilmiö havaittiin ensimmäistä kertaa. Levy alkoi pyöriä johtuen siitä, että virtojen virtauksen vuoksi ilmestyi magneettikenttä, joka oli vuorovaikutuksessa nuolen kanssa. Sitä kutsuttiin silloin Arago-ilmiöksi.
Pari vuotta myöhemmin M. Faraday, joka löysi sähkömagneettisen induktion lain, selitti tämän ilmiön tällä tavalla: liikkuva magneettikenttä indusoi levyssä virran (kuten suljetussa silmukassa) ja se on vuorovaikutuksessa nuolen kentän kanssa.
Miksi toinen nimi Foucault on virtauksia? Koska fyysikko Foucault tutki pyörrevirtojen ilmiötä yksityiskohtaisesti. Tutkimuksensa aikana hän teki suuren löydön. Se koostui siitä, että kappaleet kuumenevat pyörrevirtojen vaikutuksesta. Kun teoria on selvitetty, puhumme nyt siitä, missä Foucault-virtoja sovelletaan ja mitkä aiheuttavat ongelmia.
Alla oleva video antaa yksityiskohtaisemman määritelmän tästä ilmiöstä:
Pyörrevirran vahinko
Jos harkitsit 50 Hz verkkomuuntajan suunnittelua, olet todennäköisesti huomannut sen ydin koostuu ohuista levyistä, vaikka saattaakin vaikuttaa siltä, että kiinteän valun tekeminen oli helpompaa design.
Tosiasia on, että näin käsitellään pyörrevirtoja. Foucault loi kappaleiden kuumenemisen, joissa ne virtaavat. Koska muuntajan toiminta perustuu vaihtuvien magneettikenttien vuorovaikutuksen periaatteisiin, pyörrevirrat ovat väistämättömiä.
Kaikki kehon kuumentaminen on energian vapautumista lämmön muodossa. Tässä tapauksessa tapahtuu ydinhäviö. Miksi se on vaarallista? Sähköasennuksessa voimakas kuumennus johtaa käämien eristyksen tuhoutumiseen ja koneen vikaantumiseen. Pyörrevirrat riippuvat ytimen magneettisista ominaisuuksista.
Kuinka vähentää tappioita
Magneettipiirin energiahäviöt eivät ole hyödyllisiä, niin kuinka käsitellä niitä? Niiden koon pienentämiseksi ydin rekrytoidaan ohuista sähköteräslevyistä - tämä on eräänlainen ehkäisevä toimenpide loisvirtojen vähentämiseksi. Tällaiset tappiot kuvataan kaavalla, jolla laskenta voidaan tehdä:
Kuten tiedät: mitä pienempi on johtimen poikkileikkaus, sitä suurempi sen vastus, ja mitä suurempi sen vastus, sitä pienempi virta. Levyt on eristetty toisistaan skaalalla tai lakkakerroksella. Suurten muuntajien sydämet vedetään yhteen eristetyllä tapilla. Tämä vähentää ydinhäviötä, ts. nämä ovat tärkeimmät tavat vähentää Foucault-virtoja.
Mitä seurauksia tämän ilmiön vaikutuksesta on? Foucault-virtojen virtauksesta syntyvä magneettikenttä heikentää kenttää, jonka vuoksi ne syntyivät. Eli pyörrevirrat vähentävät sähkömagneettien voimakkuutta. Sama koskee sähkömoottorin ja generaattorin osien suunnittelua: roottori ja staattori.
Sovellus käytännössä
Nyt Foucault-virtojen hyödyllisistä käyttöalueista. Metallurgiaan annettiin valtava panos induktioteräksenvalmistusuunien keksimisellä. Ne on suunniteltu siten, että sula metallimassa sijoitetaan kelan sisään, jonka läpi virtaa suurtaajuusvirta. Sen magneettikenttä indusoi suuria virtoja metallin sisällä, kunnes se sulaa kokonaan.
Tekijän huomautus! Induktiouunien kehitys on merkittävästi parantanut metallituotannon ympäristöystävällisyyttä ja muuttanut sulatusmenetelmien käsitystä. Työskentelen metallurgisessa tehtaassa, jossa kymmenen vuotta sitten käynnistettiin uusi korkean teknologian työpaja tällaisia asennuksia, ja muutama vuosi uusien laitteiden kehittämisen jälkeen klassikko avotakka. Tämä osoittaa tämän metallien lämmitysmenetelmän tuottavuuden. Pyörrevirtoja käytetään myös metallin pintakarkaisuun.
Visuaalinen sovellus käytännössä:
Metallurgian lisäksi niitä käytetään sähköisten tyhjiölaitteiden valmistuksessa. Ongelmana on kaasujen täydellinen tyhjennys ennen pullon sulkemista. Foucault-virtojen avulla lampun elektrodit kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin, mikä deaktivoi kaasun.
Tämän ilmiön soveltamisen ansiosta voit löytää jokapäiväisessä elämässä induktioliesiä, joissa ruokaa kypsennetään. Kuten näet, pyörrevirroilla on hyvät ja huonot puolensa.
Foucault-virrat ovat sekä hyviä että huonoja. Joissakin tapauksissa niiden vaikutus ei johda sähköongelmiin. Esimerkiksi kaapelilinjojen lähelle asetettu putki mätänee nopeammin ilman näkyvää kolmannen osapuolen syytä. Samaan aikaan induktiolämmityslaitteet ovat osoittautuneet varsin hyviksi, varsinkin kun tällainen laite kotikäyttöön voidaan koota itse. Toivomme, että nyt tiedät, mitä Foucault'n pyörrevirrat ovat, sekä minkä sovelluksen ne ovat löytäneet tuotannossa ja arjessa.
Aiheeseen liittyvät materiaalit:
- Kuinka tehdä induktiokattila omin käsin
- Johtimen resistanssin riippuvuus lämpötilasta
- Gimletin sääntö yksinkertaisin sanoin
