Det finns ett antal fenomen inom el som proffs behöver känna till. Även om inte all information kan vara användbar i vardagen, hjälper det ibland att förstå orsaken till ett problem. Virvelströmmar fungerade som orsaken till bildandet av några tekniska trick vid tillverkning av elektriska maskiner och blev till och med grunden för principen för driften av vissa uppfinningar. Låt oss se vad Foucault-virvelströmmar är och hur de uppstår.
Innehåll:
- Kort definition
- Upptäcktshistoria
- Virvelströmsskada
- Hur man minskar förlusterna
- Tillämpning i praktiken
Kort definition
Virvelströmmar är strömmar som flyter i ledare under påverkan av ett växlande magnetfält på dem. Fältet behöver inte förändras, kroppen kan också röra sig i ett magnetfält, ändå kommer en ström att börja flyta i den.
Det är omöjligt att hitta en riktig bana för strömmens rörelse för att ta hänsyn till dem, strömmen flyter där den hittar vägen med minst motstånd. Virvelströmmar flyter alltid i en sluten slinga. Huvudvillkoren för dess förekomst är närvaron av ett föremål i ett alternerande magnetfält eller dess rörelse i förhållande till fältet.
Upptäcktshistoria
År 1824 lät vetenskapsmannen D.F. Arago genomförde ett experiment. Han monterade en kopparskiva på ena axeln och placerade en magnetisk nål ovanför den. När magnetnålen roterade började skivan röra sig. Så här observerades fenomenet virvelströmmar för första gången. Skivan började rotera på grund av det faktum att på grund av strömflödet uppträdde ett magnetfält, som interagerade med pilen. Det kallades då Arago-fenomenet.
Ett par år senare M. Faraday, som upptäckte lagen om elektromagnetisk induktion, förklarade detta fenomen på detta sätt: ett rörligt magnetfält inducerar en ström i skivan (som i en sluten slinga) och den interagerar med pilens fält.
Varför är andranamnet Foucault strömmar? Eftersom fysikern Foucault studerade fenomenet virvelströmmar i detalj. Under sin forskning gjorde han en stor upptäckt. Det bestod i det faktum att kroppar värms upp under påverkan av virvelströmmar. Med teorin klar, nu ska vi prata om var Foucault-strömmar appliceras och vilka som orsakar problem.
Videon nedan ger en mer detaljerad definition av detta fenomen:
Virvelströmsskada
Om du funderade på designen av en 50 Hz nättransformator, märkte du förmodligen att dess kärnan är uppbyggd av tunna ark, även om det kan tyckas att det var lättare att göra en solid gjutning design.
Faktum är att det är så här virvelströmmar hanteras. Foucault etablerade uppvärmningen av kroppar i vilka de flödar. Eftersom driften av transformatorn är baserad på principerna för interaktion av alternerande magnetfält, är virvelströmmar oundvikliga.
All uppvärmning av kroppar är frigöring av energi i form av värme. I detta fall kommer kärnförlust att inträffa. Varför är det farligt? I en elektrisk installation leder stark uppvärmning till förstörelsen av lindningarnas isolering och fel på maskinen. Virvelströmmar beror på kärnans magnetiska egenskaper.
Hur man minskar förlusterna
Energiförluster i magnetkretsen är inte användbara, hur ska man då hantera dem? För att minska deras storlek rekryteras kärnan från tunna plattor av elektriskt stål - detta är en slags förebyggande åtgärd för att minska parasitiska strömmar. Sådana förluster beskrivs av formeln med vilken beräkningen kan göras:
Som ni vet: ju mindre tvärsnittet av ledaren är, desto större motstånd, och ju större motstånd, desto lägre ström. Plattorna är isolerade från varandra med fjäll eller ett lager lack. Kärnorna i stora transformatorer dras ihop med ett isolerat stift. Detta minskar kärnförlusten, d.v.s. dessa är de viktigaste sätten att minska Foucault-strömmar.
Vilka är konsekvenserna av påverkan av detta fenomen? Det magnetiska fältet som uppstår från flödet av Foucault-strömmar försvagar fältet på grund av vilket de uppstod. Det vill säga virvelströmmar minskar styrkan på elektromagneterna. Detsamma gäller konstruktionen av elmotor- och generatordelar: rotor och stator.
Tillämpning i praktiken
Nu om de användbara tillämpningsområdena för Foucault-strömmar. Ett enormt bidrag gjordes till metallurgin med uppfinningen av induktionsståltillverkningsugnar. De är utformade på ett sådant sätt att den smälta metallmassan placeras inuti en spole genom vilken en högfrekvent ström flyter. Dess magnetfält inducerar stora strömmar inuti metallen tills den smälter helt.
Författarens anteckning! Utvecklingen av induktionsugnar har avsevärt förbättrat miljövänligheten för metallproduktion och förändrat konceptet med smältmetoder. Jag arbetar på en metallurgisk anläggning, där en ny högteknologisk verkstad lanserades för tio år sedan med sådana installationer, och några år efter utvecklingen av ny utrustning, den klassiska öppen härd. Detta indikerar produktiviteten hos denna metod för uppvärmning av metaller. Virvelströmmar används även för ythärdning av metall.
Visuell tillämpning i praktiken:
Förutom metallurgi används de vid tillverkning av elektriska vakuumanordningar. Problemet är den fullständiga evakueringen av gaserna innan kolven försluts. Med hjälp av Foucault-strömmar värms lampelektroderna upp till höga temperaturer, vilket avaktiverar gasen.
I vardagen kan du hitta induktionshällar som maten tillagas på, tack vare tillämpningen av detta fenomen. Som du kan se har virvelströmmar sina för- och nackdelar.
Foucaultströmmar är både bra och dåliga. I vissa fall leder deras inflytande inte till elektriska problem. Till exempel ruttnar en rörledning som läggs nära kabelledningar snabbare utan någon uppenbar orsak från tredje part. Samtidigt har induktionsvärmeanordningar visat sig vara ganska bra, särskilt eftersom en sådan enhet för hushållsbruk kan monteras själv. Vi hoppas att du nu vet vad Foucaults virvelströmmar är, samt vilken tillämpning de hittade i produktionen och i vardagen.
Relaterat material:
- Hur man gör en induktionspanna med egna händer
- Ledarens motstånds beroende av temperatur
- Gimlets regel i enkla ord
