Wirbelströme
Unter dem Einfluss dieser usw. c. In der Masse des Metallteils entstehen Wirbelströme (Foucault-Ströme), die in der Masse eingeschlossen sind und Wirbelstromketten bilden.
Wirbelströme (auch Foucault-Ströme) sind elektrische Ströme, die durch elektromagnetische Induktion in einem leitfähigen Medium (meist einem Metall) entstehen, wenn sich der durch sie hindurchfließende magnetische Fluss ändert.
Wirbelströme erzeugen ihre eigenen magnetischen Flüsse, die durch Lenzsche Regel, wirken dem magnetischen Fluss der Spule entgegen und schwächen ihn. Sie verursachen auch eine Kernerwärmung, was eine Energieverschwendung darstellt.
Lassen Sie es einen Kern aus metallischem Material haben. Auf diesen Kern legen wir eine Spule, an der wir vorbeigehen Wechselstrom… Um die Spule herum fließt ein magnetischer Wechselstrom, der den Kern durchquert.In diesem Fall wird im Kern eine induzierte EMF induziert, die wiederum Ströme im Kern verursacht, die als Wirbelströme bezeichnet werden. Diese Wirbelströme erhitzen den Kern. Da der elektrische Widerstand des Kerns gering ist, können die in den Kernen induzierten Ströme recht groß sein und die Erwärmung des Kerns kann erheblich sein.
Die Entstehung von Foucault-Strömen (Wirbelströmen)
Wirbelströme wurden erstmals vom französischen Wissenschaftler D.F. entdeckt. Arago (1786 – 1853) im Jahr 1824 in einer Kupferscheibe, die sich auf einer Achse unter einer rotierenden Magnetnadel befand. Aufgrund von Wirbelströmen begann die Scheibe zu rotieren. Dieses Phänomen, das Arago-Phänomen genannt wird, wurde einige Jahre später von M. Faraday aus der Position erklärt das Gesetz der elektromagnetischen Induktion.
Wirbelströme wurden vom französischen Physiker Foucault (1819 – 1868) eingehend untersucht und sind nach ihm benannt. Er nannte das Phänomen der Erwärmung von Metallkörpern, die in einem Magnetfeld rotieren, Wirbelströme.
V als Beispiel in Abb. zeigt aufgedeckte Wirbelströme, die in einem massiven Kern induziert werden, der in einer Wechselstromspule angeordnet ist. Ein magnetisches Wechselfeld induziert Ströme, die entlang von Pfaden geschlossen sind, die in Ebenen senkrecht zur Feldrichtung liegen.
Wirbelströme: a – in einem massiven Kern, b – in einem lamellenförmigen Kern
Möglichkeiten zur Reduzierung von Foucault-Strömen
Die für die Erwärmung des Kerns durch Wirbelströme verbrauchte Energie verringert nutzlos den Wirkungsgrad technischer Geräte elektromagnetischer Art.
Um die Leistung der Wirbelströme zu verringern, wird der elektrische Widerstand des Magnetkreises erhöht; Dazu werden die Kerne aus separaten dünnen (0,1–0,5 mm) Platten gesammelt, die mit einem speziellen Lack oder Stein voneinander isoliert werden.
Die Magnetkerne aller Wechselstrommaschinen und -geräte sowie die Ankerkerne von Gleichstrommaschinen werden aus lackierten oder oberflächennichtleitenden Folienplatten (Phosphatplatten) zusammengesetzt, voneinander isoliert und aus Elektroblech gestanzt. Die Ebene der Platten muss parallel zur Richtung des magnetischen Flusses sein.
Durch eine solche Trennung des Kernquerschnitts des Magnetkreises werden die Wirbelströme deutlich geschwächt, da die magnetischen Flüsse, die die Wirbelstromschleifen blockieren, reduziert werden und damit auch die durch diese Ströme induzierte EMK reduziert wird. usw. mit der Entstehung von Wirbelströmen.
Außerdem werden dem Kernmaterial spezielle Zusätze zugesetzt, die es zusätzlich erhöhen. elektrischer Wiederstand. Um den elektrischen Widerstand eines Ferromagneten zu erhöhen, wird Elektroband mit einem Siliziumzusatz präpariert.
Ausgekleideter Magnetkreis des Transformators
Die Kerne einiger Spulen (Spulen) werden aus glühenden Eisendrahtstücken gezogen. Die Eisenstreifen werden parallel zu den magnetischen Flusslinien platziert. Wirbelströme, die in Ebenen senkrecht zur Magnetflussrichtung fließen, werden durch isolierende Dichtungen begrenzt. Magnetodielektrika werden für Magnetkerne von Geräten und Geräten verwendet, die mit hoher Frequenz arbeiten. Um Wirbelströme in den Drähten zu reduzieren, werden diese in Form eines Bündels voneinander isolierter Einzeldrähte ausgeführt.
Ein Lysendrat ist ein System aus geflochtenen Kupferdrähten, bei dem jeder Kern von seinen Nachbarn isoliert ist. Der Gesichtsleiter ist für die Verwendung mit Hochfrequenzströmen ausgelegt, um das Auftreten von Streuströmen und Foucault-Strömen zu verhindern.
Anwendung von Foucault-Strömen
In manchen Fällen werden Wirbelströme in der Technik eingesetzt, beispielsweise um rotierende massive Teile zum Stillstand zu bringen. Die beim Durchqueren des Magnetfelds in den Elementen des Werkstücks induzierte elektromotorische Kraft verursacht in seiner Dicke geschlossene Ströme, die in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld erhebliche Gegenmomente erzeugen.
Ein solches magnetinduktives Bremsen wird auch häufig verwendet, um die Bewegung beweglicher Teile von Stromzählern zu beruhigen, insbesondere um ein Gegendrehmoment zu erzeugen und den beweglichen Teil von Stromzählern anzuhalten.
Bei diesen Geräten dreht sich eine auf der Achse des Zählers montierte Scheibe im Spalt eines Permanentmagneten. Wirbelströme, die während dieser Bewegung in der Scheibenmasse induziert werden und mit dem Fluss desselben Magneten interagieren, erzeugen entgegengesetzte und bremsende Drehmomente.
Beispielsweise wurden Wirbelströme in der Magnetbremsvorrichtung einer Stromzählerscheibe nachgewiesen. Rotation, die Scheibe schneidet sich Permanentmagnet-Magnetfeldlinien… In der Scheibenebene entstehen Wirbelströme, die wiederum eigene magnetische Flüsse in Form von Röhren um den Wirbelstrom erzeugen. In Wechselwirkung mit dem Hauptfeld des Magneten bremsen diese Flüsse die Scheibe ab.
In manchen Fällen ist es mit Hilfe von Wirbelströmen möglich, technologische Operationen zu nutzen, die ohne hochfrequente Ströme nicht realisierbar sind. Beispielsweise ist es bei der Herstellung von Vakuumgeräten und -geräten erforderlich, Luft und andere Gase sorgfältig aus einem Zylinder zu evakuieren. In den Metallbeschlägen im Inneren der Flasche befinden sich jedoch Restgase, die erst nach dem Kochen der Flasche entfernt werden können.
Zur vollständigen Entgasung des Ankers wird ein Vakuumgerät im Feld eines Hochfrequenzgenerators platziert, durch die Wirkung von Wirbelströmen wird der Anker auf Hunderte Grad erhitzt, bis das restliche Gas neutralisiert ist.
Die Verwendung von Wirbelströmen beim Induktionshärten von Metallen
Ein Beispiel für eine nützliche Anwendung von Wechselfeldwirbelströmen ist elektrische Induktionsöfen… Dabei induziert ein hochfrequentes Magnetfeld, das von einer Spule erzeugt wird, die den Tiegel umgibt, Wirbelströme im Metall im Tiegel. Die Energie der Wirbelströme wird in Wärme umgewandelt, die das Metall schmilzt.