Tokamis Fuko(arba sūkurinės srovės) yra indukcinio pobūdžio srovės, atsirandančios masyviuose laiduose kintamajame magnetiniame lauke. Uždarosios grandinės sūkurinės srovės atsiranda giliai pačiame laidininke. Masyvaus laidininko elektrinė varža yra maža, todėl Foucault srovės gali pasiekti dideles reikšmes. Sūkurinių srovių stiprumas priklauso nuo laidininko medžiagos formos ir savybių, kintamo magnetinio lauko krypties ir magnetinio srauto kitimo greičio. Foucault srovių pasiskirstymas laidininke gali būti labai sudėtingas.

Šilumos kiekis, kurį išskiria Foucault srovės per $ 1 s $, yra proporcingas magnetinio lauko kitimo dažnio kvadratui.

Pagal Lenco dėsnį, Foucault srovės pasirenka tokias kryptis, kad paveiktų jas sukeliančią priežastį. Tai reiškia, kad jei laidininkas juda magnetiniame lauke, jis turi patirti stiprus stabdymas, kurią sukelia Foucault srovių ir magnetinio lauko sąveika.

Pateiksime Foucault pančių atsiradimo pavyzdį. Padarykime varinį diską, kurio skersmuo yra 5 cm$ ir storis 6 mm$, į siaurą tarpą tarp elektromagneto polių. Jei magnetinis laukas išjungtas, diskas greitai krenta. Įjunkime elektromagnetą. Laukas turi būti didelis (apie 0,5 T$). Disko kritimas taps lėtas ir bus panašus į judėjimą labai klampioje terpėje.

Foucault srovių taikymas

Toki Fuko žaisti naudingą vaidmenį rotoriuje asinchroninis variklis, kuris yra pateiktas sukamasis judėjimas magnetinis laukas. Pats asinchroninio variklio veikimo principo įgyvendinimas reikalauja Foucault srovių atsiradimo.

Foucault srovės yra naudojamos galvanometrų, seismografų ir daugelio kitų prietaisų judančioms dalims slopinti. Taigi ant judančios įrenginio dalies sumontuota plokštė - sektoriaus formos laidininkas. Jis įkišamas į tarpą tarp stipraus nuolatinio magneto polių. Plokštei judant, joje atsiranda Foucault srovės, tai sukelia sistemos slopinimą. Be to, stabdymas atsiranda tik tada, kai plokštė juda. Todėl toks raminamasis įtaisas netrukdo sistemai tiksliai patekti į pusiausvyros būseną.

Fuko srovių išskiriama šiluma naudojama šildymo procesuose. Taigi metalų lydymas naudojant Foucault sroves yra labai naudingas, palyginti su kitais šildymo būdais. Vadinamoji indukcinė krosnis yra ritė, per kurią teka srovė. aukšto dažnio Ir didelė jėga. Į ritės vidų įdedamas laidus korpusas, jame atsiranda didelio intensyvumo sūkurinės srovės, kurios kaitina medžiagą, kol ji išsilydo. Taip metalai lydosi vakuume, todėl gaminamos itin grynos medžiagos.

Naudojant Foucault sroves, vakuuminių įrenginių vidinės metalinės dalys yra šildomos, siekiant jas degazuoti.

Problemos, kurias sukelia sūkurinės srovės. Odos poveikis

Foucauldi srovės gali atlikti ne tik naudingą vaidmenį. Sūkurinės srovės yra laidumo srovės, o dalis energijos išsklaidoma, kad būtų išleista Džaulio šiluma. Tokia energija, pavyzdžiui, asinchroninio variklio rotoriuje, kuris paprastai yra pagamintas iš feromagnetų, šildo šerdis, taip pablogindama jų charakteristikas. Siekiant kovoti su šiuo reiškiniu, šerdys gaminamos plonų plokščių pavidalu, kurios yra atskirtos ploni sluoksniai izoliatorių ir sumontuokite plokštes taip, kad Foucault srovės būtų nukreiptos per plokštes. Esant nedideliam plokščių storiui, sūkurinės srovės turi mažą tūrinis tankis. Atsiradus feritams ir medžiagoms, turinčioms didelę magnetinę varžą, tapo įmanoma gaminti kietas šerdis.

Sūkurinės srovės atsiranda laiduose, kuriuose teka kintamoji srovė, o Foucault srovių kryptis yra tokia, kad jos susilpnina srovę laido viduje ir sustiprina ją šalia paviršiaus. Vadinasi, greitai kintanti srovė laido skerspjūvyje pasiskirsto netolygiai. Šis reiškinys vadinamas oda – efektas(paviršiaus efektas). Dėl šio reiškinio vidinė dalis laidininkas tampa nenaudingas grandinėse su aukšto dažnio naudoti vamzdžius kaip laidininkus. Odos efektu galima įkaitinti paviršinį metalo sluoksnį, todėl šį reiškinį galima panaudoti metalo grūdinimui, o keičiant lauko dažnį, grūdinimas gali būti atliekamas bet kuriame reikiamame gylyje.

Apytikslės formulės, galinčios apibūdinti odos efektą vienalyčiame cilindriniame laidininke:

1 pav.

kur $R_w$ yra laidininko, kurio spindulys $r$, efektyvioji varža kintamajai srovei su cikliniu dažniu $w$. $R_0$ - laidininko atsparumas nuolatinei srovei.

kur efektyvusis kintamosios srovės įsiskverbimo gylis ($\delta $) (atstumas nuo laidininko paviršiaus, kuriam esant srovės tankis sumažėja $e=2,7\$ karto, palyginti su tankiu ant jo paviršiaus) yra lygus:

$\mu $ - santykinis magnetinis laidumas, $(\mu )_0$ - magnetinė konstanta, $\sigma $ - specifinis laidininko laidumas DC. Kuo storesnis laidininkas, tuo reikšmingesnis odos efektas, tuo mažesnės $w$ ir $\sigma$ reikšmės, į kurias reikia atsižvelgti.

1 pavyzdys

Pratimas: Atliekant eksperimentą su išcentrine mašina, prie jo buvo pritvirtintas masyvus varinis diskas, šis diskas buvo sukamas su didelis greitis. Magnetinė adata buvo pakabinta virš disko (be kontakto). Kas atsitiks su rodykle, kodėl?

Sprendimas:

Magnetinė adata veikia kaip magnetas, sukuriantis magnetinį lauką, kuriame sukasi vario laidininkas. Vadinasi, dirigente atsiranda indukuotos srovės- Foucault srovės. Pagal Lenco taisyklę sūkurinės srovės, sąveikaudamos su magnetiniu lauku, yra linkusios sustabdyti disko sukimąsi arba, remiantis trečiuoju Niutono dėsniu, kartu su savimi tempti ir magnetinę adatą. Tai reiškia, kad magnetinė adata, kuri kabo virš disko, pasisuks paskui ją ir suks pakabą (siūlą).

Atsakymas: Magnetinė adata suksis, priežastis – sūkurinės srovės.

2 pavyzdys

Pratimas: Paaiškinkite, kodėl požeminis kabelis, kuriuo perduodama kintamoji srovė, negali būti tiesiamas arti metalinių dujų ir vandens vamzdžių?

Sprendimas:

Kintamosios srovės įtakoje aplink kabelį atsiranda kintamasis magnetinis laukas, jei į šį lauką pateks laidininkas (metalinis vamzdis), atsiras indukcinės sūkurinės srovės. Šios srovės sukelia metalinių vamzdžių koroziją. Be to, srovių buvimas vamzdžiuose yra pavojingas, nes yra elektros smūgio galimybė.

3 pavyzdys

Pratimas:Švytuoklė, pagaminta iš storo vario lakšto, turi nupjauto sektoriaus formą. Jis pakabinamas ant strypo ir gali veikti laisvos vibracijos aplinkui horizontalioji ašis magnetiniame lauke tarp stipraus elektromagneto polių. Nesant magnetinio lauko, švytuoklė svyruoja praktiškai neslopindama. Apibūdinkite švytuoklės svyravimus elektromagneto magnetiniame lauke. Kaip galima priversti švytuoklę svyruoti beveik neslopindama esant magnetiniam laukui?

Sprendimas:

Jei aprašyta masyvi švytuoklės virpesiai yra dedami į stiprų magnetinį lauką, tada švytuoklėje atsiranda Foucault srovės. Šios srovės, pagal Lenco taisyklę, sulėtina švytuoklės judėjimą, svyravimų amplitudė mažėja, o patys svyravimai greitai nutrūksta.

Siekiant sumažinti sūkurių sukeliamas sroves magnetiniame lauke svyruojančioje švytuoklėje, jos kietąjį sektorių galima pakeisti šukomis pailgais dantimis. Foucault srovės bus sumažintos, o švytuoklė svyruos praktiškai neslopindama.

Elektra mus supa ne tik gamyboje, bet ir kasdieniame gyvenime. Žmogus gali net nežinoti, kas yra sūkurinės srovės, bet su jų atliekamu darbu jis susiduria kasdien. Pavyzdžiui, žmonės jau seniai įprato šviesą įjungti tiesiog paspaudę jungiklio klavišą, negalvodami apie šio proceso metu vykstančius procesus. Taip ir atsitiko šiuo atveju. Todėl norint suprasti, kas slypi po terminu „Fo sūkurinės srovės“ ir nustatyti jų atsiradimo mechanizmą, būtina prisiminti elektros srovės savybes. Bet pirmiausia atsakykime į klausimą „kodėl Foucault“?

Sūkurinės srovės pirmą kartą paminėtos prancūzų fiziko D. F. Arago darbuose. Jis atkreipė dėmesį į keistą varinio disko elgesį, virš kurio buvo besisukanti įmagnetinta rodyklė. Be jokios aiškios priežasties, diskas pradėjo suktis kartu su rodyklės sukimu. Tuo metu (1824 m.) jie dar negalėjo paaiškinti tokio elgesio, todėl reiškinys buvo vadinamas „Arago fenomenu“. Po kelerių metų kitas mokslininkas M. Faradėjus savo atrastą dėsnį pritaikė Arago fenomenui elektromagnetinė indukcija, padarė išvadą, kad šiuo atveju disko judėjimas gali būti nesunkiai paaiškinamas minėto įstatymo požiūriu. Pagal siūlomą paaiškinimą, besisukantis magnetinis laukas veikia laidininko (vario disko) atomus ir sukelia kryptingą įkrautų (poliarizuotų) dalelių judėjimą konstrukcijoje. Viena iš elektros srovės savybių yra ta, kad aplink laidininką visada yra magnetinis laukas. Nesunku atspėti, kad sūkurinės srovės taip pat sukuria savo lauką, kuris sąveikauja su pagrindiniu jas generuojančiu. Žodis „sūkurys“ apibūdina tokių srovių sklidimą laidininke: jų kryptys yra kilpinės. Remdamasis Arago ir Faradėjaus darbais, sūkurines sroves rimtai ištyrė fizikas Foucault. Iš čia ir kilo pavadinimas.

Šios srovės nedaug skiriasi nuo generatorių generuojamų indukcinių srovių. Jei yra sūkurinis magnetinis laukas (kintamasis, besisukantis) ir šalia esantis laidininkas, tai jame dėl elektromagnetinių laukų veikimo indukuojamos srovės. Kuo didesnis ir masyvesnis laidininkas, tuo didesnė sukuriamų srovių efektyvioji vertė. Be to, sūkurinės srovės visada sukuria magnetinį lauką, kuris priešinasi srauto pokyčiams. Didėjant pagrindinei srovei, didėja priešingos krypties EMF, o kai ji mažėja, priešingai, sūkurinių srovių laukas palaiko pagrindinį srautą. Tai, kas išdėstyta aukščiau, išplaukia iš Lenco dėsnio.

Kitais atvejais kai kurios sūkurinių srovių savybės yra paklausios. Pavyzdžiui, indukcinių plieno lydymo krosnių veikimas pagrįstas sūkurinių srovių, kurias sukelia specialus generatorius, šildantis masyvų laidininką, veikimu. Be to, jie naudojami nematomų metalo struktūros defektų buvimui nustatyti.

Kas yra sūkurinės srovės

Sūkurinės srovės laikomos viena iš labiausiai nuostabūs reiškiniai, rasta elektrotechnikoje. Nuostabu, kad žmonija išmoko naudotis neigiamus aspektus sūkurinių srovių veikimas į gera.

Sūkurinių srovių atradimo istorija

1824 m. prancūzų fizikas Danielis Arago pirmą kartą pastebėjo sūkurinių srovių poveikį variniame diske, esančiame po magnetine adata vienoje ašyje. Kai adata sukasi, diske buvo sukeltos sūkurinės srovės, dėl kurių jis judėjo. Šis reiškinys jo atradėjo garbei vadinamas „Arago efektu“.

Sūkurinės srovės tyrimai buvo tęsiami prancūzų fizikas Jeanas Foucault. Jis išsamiai aprašė jų prigimtį ir veikimo principą, taip pat pastebėjo laidžiojo feromagneto, besisukančio statiniame magnetiniame lauke, įkaitimo reiškinį. Srovės nauja gamta taip pat buvo pavadinti tyrinėtojo vardu.

Sūkurinių srovių prigimtis

Foucault srovės gali atsirasti, kai laidininkas yra veikiamas kintamo magnetinio lauko arba kai laidininkas juda statiniame magnetiniame lauke. Sūkurinių srovių pobūdis yra panašus į indukcines sroves, kurios atsiranda tiesiniuose laiduose, kai per juos praeina elektros srovė. Sūkurinių srovių kryptis yra uždara apskritime ir priešinga jas sukeliančiai jėgai.

Foucault srovės žmogaus ūkinėje veikloje

Paprasčiausias Foucault srovių pasireiškimo pavyzdys kasdienybė- jų poveikis apvijos transformatoriaus magnetinei grandinei. Dėl indukuotų srovių įtakos atsiranda žemo dažnio vibracija (transformatorius dūzgia), o tai prisideda prie stipraus šildymo. Tokiu atveju eikvojama energija ir sumažėja įrenginio efektyvumas. Siekiant išvengti didelių nuostolių, transformatorių šerdys nėra pagamintos iš vientiso gabalo, o surenkamos iš plonų mažo laidumo elektrinio plieno juostelių. Juostos tarpusavyje izoliuojamos elektriniu laku arba apnašų sluoksniu. Ferito elementų atsiradimas leido pagaminti mažo dydžio magnetines šerdis iš vieno gabalo.

Sūkurinių srovių poveikis naudojamas visoje pramonėje ir mechaninėje inžinerijoje. Magnetinės levitacijos traukiniuose stabdymui naudojamos Foucault srovės, o didelio tikslumo prietaisai turi rodyklės slopinimo sistemą, pagrįstą sūkurinių srovių veikimu. Indukcinės krosnys plačiai naudojamos metalurgijoje, turinčios daugybę pranašumų, palyginti su panašiais įrenginiais. Indukcinėje krosnyje galima įdėti šildomą metalą beorė erdvė, pasiekus visišką degazavimą. Indukcinis juodųjų metalų lydymas taip pat paplito metalurgijoje dėl didelio įrenginių efektyvumo.

Kas yra Foucault srovės, naudingas jų panaudojimas ir kokiais atvejais tenka su jomis susidurti?

Sūkurinės srovės arba Foucault srovės (J. B. L. Foucault garbei) yra sūkurinės indukcinės srovės, atsirandančios laidininkuose, kai pasikeičia į juos prasiskverbianti srovė magnetinis srautas.

Naudingas naudojimas
....Ši savybė naudojama galvanometrų, seismografų ir kt. judančioms dalims slopinti.
Fuko srovių šiluminis efektas naudojamas indukcinėse krosnyse - į ritę, maitinamą didelės galios aukšto dažnio generatoriaus, įdedamas laidus kūnas, o joje kyla sūkurinės srovės, kaitinančios, kol išsilydys.
Fuko srovių pagalba šildomos vakuuminių įrenginių metalinės dalys, kad jos būtų išdujintos.

Jurijus Masalyga

Kai srovė praeina per laidininką, magnetinis laukas sukuriamas statmenai tekančiai srovei (gileto taisyklė). Šis laukas generuoja Foucault sroves. Esant pakankamam srovės stiprumui ir laidininko storiui, Foucault srovės tampa reikšmingos ir sukelia laidininko kaitinimą. Todėl laidai daromi daugiagysliai, o transformatorių magnetinės šerdys surenkamos iš atskirų izoliuotų plokščių – taip išvengiama perkaitimo.

Kirilas Gribkovas

Sūkurinės srovės (Foucault srovės) yra uždaros indukcinės srovės masyviuose laiduose, atsirandančios veikiant sūkuriniam elektriniam laukui, kurį sukuria kintamasis magnetinis laukas. Dėl sūkurinių srovių prarandama elektros energija dėl laidininko, kuriame jos kyla, įkaitimo; Siekiant sumažinti šiuos nuostolius, mašinų ir kintamosios srovės įrenginių magnetinės grandinės yra pagamintos iš izoliuotų plieninių plokščių.

Sergejus x

Sūkurinės srovės, Foucault srovės, naudojamos metalų lydymui ir paviršiniam grūdinimui, o jų jėgos veikimas – judančių prietaisų ir aparatų dalių vibracijos slopintuvuose, indukciniuose stabdžiuose (kuriuose elektromagnetų lauke sukasi masyvus metalinis diskas) ir kt.

Nuolatinio magneto varikliai naudojami įvairiose aukštųjų technologijų srityse, tačiau jie turi tam tikrų dizaino apribojimų. Vienas iš tokių pavyzdžių yra jautrumas aukšta temperatūra, kurį gali sukelti tekančių srovių, o ypač sūkurinių srovių, išsiskirianti šiluma. 5.3 versija programinė įranga COMSOL® apima sūkurinės srovės praradimo funkciją nuolatiniai magnetai tokie varikliai. Inžinieriai gali naudoti šiuos rezultatus, kad suprastų nuolatinių magnetų variklių veikimą ir nustatytų būdus, kaip optimizuoti jų veikimą.

Nuolatinių magnetų variklių naudojimas aukštųjų technologijų įrenginiuose.

Energijos taupymas - bendras tikslas, kurio siekia visi gamintojai visame pasaulyje. Pavyzdžiui, apsvarstykite transporto sektorių. Praėjusiais metais Kinija pristatė naują greitojo metro sistemą, kuri leidžia žymiai sutaupyti energijos. Tuo tarpu seniausiame Suomijos kelte originalūs dyzeliniai varikliai buvo pakeisti naujais elektriniais. O Londono gatvėse garsi prabangių automobilių markė pirmą kartą pristatė visiškai elektrinį automobilį.

Šie pavyzdžiai parodo transporto evoliuciją ekologiškesnės ateities link. Taip pat šiuos pavyzdžius vienija tai, kad tam naudojami nuolatinio magneto (PM) varikliai. Tokio tipo varikliai su magnetais, o ne apvijomis rotoriuje, paprastai naudojami aukštųjų technologijų srityse. Svarbiausia yra jų naudojimas elektrinėse ir hibridinėse transporto priemonėse.

Elektrinės transporto priemonės yra vienas iš nuolatinių magnetų variklių pritaikymo būdų. Vaizdas suteiktas Mariodo. Galima įsigyti pagal „Creative Commons 2.0“ licenciją iš „Wikimedia Commons“.

PM varikliai yra labai vertinami dėl savo efektyvumo, tačiau tuo pat metu jų konstrukcija turi tam tikrų apribojimų. Pavyzdžiui, nuolatiniai magnetai yra labai jautrūs aukštai temperatūrai. Tokia temperatūra gali būti pasiekta, kai srovės, ypač sūkurinės srovės, sukelia šilumą, kai jos teka. Nors plieninių/geležinių rotoriaus sekcijų laminavimas padeda sumažinti sūkurinių srovių nuostolius šiose srityse, gamybos apribojimai apsunkina procesą. Taigi nuolatinių magnetų šildymas gali būti gana reikšmingas.

Pažiūrėkime į naują mokymo modelis, pasiekiama 5.3 versijoje COMSOL Multiphysics®, kuriame atsižvelgiama į sūkurinių srovių nuostolius PM varikliuose

Imituokite sūkurinių srovių nuostolius nuolatinio magneto variklyje naudodami COMSOL Multiphysics®.

Pradėkime nuo mūsų modelio geometrijos. Šiame pavyzdyje mes naudojame 3D modelis 18 polių variklis su PM. Norėdami vienu metu sumažinti skaičiavimo kaštus ir atsižvelgti į visą 3D modelio geometriją, vieną polių modeliuosime naudodami išilginę ir veidrodinę simetriją.

Žemiau galite pamatyti viso veikiančio variklio animaciją. Rodo rotorių ir geležinį statorių ( pilka), statoriaus apvija (pagaminta iš vario) ir nuolatiniai magnetai (mėlyna ir raudona, priklausomai nuo radialinio įmagnetinimo).

Nuolatinio magneto variklio konstrukcija.

Norėdami modeliuoti laidžiąją rotoriaus dalį, naudojame Ampero įstatymo mazgą. Nelaidžioms rotoriaus ir statoriaus dalims naudojame magnetinio srauto išsaugojimo mazgą, palyginti su skaliariniu magnetiniu potencialu.

Naudojant įmontuotą Rotating Machinery fizikos sąsają, lengva imituoti variklio sukimąsi. Modelyje mes laikome centrinį viršutinį polių, kuriame rotorius yra kartu su oro tarpo sekcija, besisukantį statoriaus koordinačių sistemos atžvilgiu. Atkreipkite dėmesį, kad šiuo atveju užbaigiant geometriją reikia surinkimo, nes rotorius ir statorius yra du atskirose dalyse dizaino.

Norėdami apskaičiuoti ir toliau naudoti sūkurinių srovių nuostolių magnetuose vertę laikui bėgant, pateikiame papildomą kintamąjį. Nors šiame modelyje jo nereikia, kintamasis gali būti naudojamas vėlesnėse šilumos perdavimo analizėse kaip laiko vidurkis ir paskirstytas šaltinis karštis. Kadangi šiluminiai procesai nustatomi daug ilgiau nei sūkurinių srovių krypties pokytis ir jų sukeliami nuostoliai, norint didesnio skaičiavimo efektyvumo, būtina atskirti elektromechaninius ir šiluminius skaičiavimus.

Modeliavimo rezultatų analizė.

Remiantis modeliavimo rezultatais pirmame paveikslėlyje, matome magnetinės indukcijos pasiskirstymą variklyje sustojus stacionari būsena, kitaip tariant, grafikas rodo pradines sąlygas nestacionariems tyrimams. Ritės srovė pradinėje būsenoje lygus nuliui. Dešinėje esančiame paveikslėlyje parodytas magnetinės indukcijos pasiskirstymas varikliui pasukus vieną sektorių. Kad būtų aiškiau, paveikslėlyje galite neįtraukti oro ir ritinių plotų.

Kairėje: magnetinės indukcijos pasiskirstymas stacionarioje pradinėje būsenoje. Dešinėje: magnetinės indukcijos pasiskirstymas variklyje, pasukus vieną sektorių.

Žemiau esančiame grafike matome, kaip bėgant laikui keičiasi sūkurinių srovių nuostoliai magnetuose. Animacija dešinėje rodo sūkurinių srovių nuostolių pokyčius, kai statorius sukasi vieną sektorių. Sūkurinės srovės vaizduojamos rodyklėmis.

Kairėje: sūkurinės srovės nuostoliai, pavaizduoti pagal laiką. Dešinėje: sūkurinės srovės nuostolių tankio pokytis, kai pasukamas vienu sektoriumi.

Pirmiau pateikti pavyzdžiai suteikia išsamesnį PM variklių charakteristikų vaizdą, atsižvelgiant į sūkurinių srovių nuostolius nuolatiniuose magnetuose. Ši informacija bus naudinga tobulinant PM variklių konstrukciją, taigi ir technologiją, kurioje jie naudojami.

56. Sūkurinės srovės (Foucault srovės). Jų taikymas.

Sūkurinės srovės arba Foucault srovės( garbei J. B. L. Foucault) – sūkurinės indukcijos srovės, kylančios į laidininkai kai pasikeičia juos persmelkiantis magnetinis srautas.

Sūkurines sroves pirmasis atrado prancūzų mokslininkas D. F. Arago(1786-1853) 1824 metais variniame diske, esančiame ašyje po besisukančia magnetine adata. Dėl sūkurinių srovių diskas pradėjo suktis. Šis reiškinys, vadinamas Arago fenomenu, buvo paaiškintas po kelerių metų M. Faradėjus jo atrasto elektromagnetinės indukcijos dėsnio požiūriu: besisukantis magnetinis laukas variniame diske indukuoja sroves (sūkurines sroves), kurios sąveikauja su magnetine adata. Sūkurines sroves išsamiai ištyrė prancūzų fizikas Foucault(1819-1868) ir pavadintas jo vardu. Jis atrado metalinių kūnų, suktų magnetiniame lauke, kaitimo sūkurinėmis srovėmis, reiškinį.

Foucault srovės atsiranda veikiant kintamiesiems elektromagnetinis laukas ir savo fizine prigimtimi jie niekuo nesiskiria nuo indukcinių srovių, kylančių tiesiniuose laiduose. Jie yra sūkuriniai, tai yra, uždaryti žiedais. Masyvaus laidininko elektrinė varža yra maža, todėl Foucault srovės pasiekia labai didelį stiprumą. Pagal Lenzo taisyklė jie pasirenka laidininko viduje tokią kryptį ir kelią, kad atsispirtų juos sukeliančiai priežasčiai. Todėl geri laidininkai, judantys stipriame magnetiniame lauke, patiria stiprų slopinimą dėl Foucault srovių sąveikos su magnetiniu lauku. Šis turtas naudojamas slopinimas judančios galvanometrų, seismografų dalys ir kt.

Naudojamas Foucault srovių šiluminis efektas indukcinės krosnys- į ritę, maitinamą didelės galios aukšto dažnio generatoriaus, įdedamas laidus korpusas ir joje kyla sūkurinės srovės, kaitinančios jį iki ištirpimo.

Fuko srovių pagalba šildomos metalinės vakuuminių įrenginių dalys degazavimas.

Daugeliu atvejų Foucault srovės gali būti nepageidaujamos. Kovai su jais imamasi specialių priemonių: siekiant išvengti energijos nuostolių dėl šerdies šildymo transformatoriai, šios šerdys sudarytos iš plonų plokščių, atskirtų izoliaciniais sluoksniais. Išvaizda feritai leido pagaminti šiuos laidininkus kaip tvirtus.

57. Savęs indukcija- indukuoto emf atsiradimo laidžiojoje grandinėje reiškinys, kai keičiasi grandinėje tekanti srovė. Kai grandinėje keičiasi srovė, magnetinės indukcijos srautas keičiasi per šios grandinės ribojamą paviršių, dėl ko jis sužadinamas Savęs sukeltas emf. EML kryptis pasirodo tokia, kad padidėjus srovei emf grandinės neleidžia didėti srovei, o srovei mažėjant – neleidžia srovei mažėti. EMF dydis yra proporcingas srovės I kitimo greičiui ir grandinės L induktyvumui:

Dėl savaiminės indukcijos reiškinio elektros grandinėje su EML šaltiniu, kai grandinė uždaryta, srovė nustatoma ne akimirksniu, o po kurio laiko. Panašūs procesai vyksta atidarius grandinę, o savaiminio indukcinio emf vertė gali gerokai viršyti šaltinio emf. Dažniausiai kasdieniame gyvenime tai naudojama automobilių uždegimo ritėse. Tipinė saviindukcijos įtampa, kai maitinimo įtampa yra 12 V, yra 7-25 kV.

Pasikeitus srovės stiprumui laidžioje grandinėje, atsiranda savaiminis indukcinis emf, dėl kurio grandinėje atsiranda papildomų srovių, vadinamų savaiminės indukcijos papildomos srovės. Saviindukcijos papildomos srovės, pagal Lenco taisyklę, visada nukreipiamos taip, kad būtų išvengta srovės pokyčių grandinėje, t.y. nukreipta priešinga šaltinio sukurtai srovei. Kai srovės šaltinis yra išjungtas, papildomos srovės turi tą pačią kryptį kaip ir silpnėjanti srovė. Vadinasi, induktyvumo buvimas grandinėje sulėtina srovės išnykimą arba atsiradimą grandinėje.

Metalinės detalės automobilyje ar įvairūs elektros prietaisai turi savybę judėti magnetiniame lauke ir susikerta su elektros linijos. Dėl to susidaro saviindukcija. Siūlome apsvarstyti anomalines Foucault sūkurines sroves, oro srautus, jų apibrėžimą, pritaikymą, įtaką ir kaip sumažinti sūkurinių srovių nuostolius transformatoriuje.

Iš Faradėjaus dėsnio išplaukia, kad magnetinio srauto pasikeitimas sukuria indukuotą elektrinį lauką net tuščioje erdvėje.

Jei į šią erdvę įkišama metalinė plokštelė, dėl indukuoto elektrinio lauko metalu teka elektros srovė. Šios indukuotos srovės vadinamos sūkurinėmis srovėmis.

Foucault srovės yra srautai, kurių indukcija vykdoma įvairių laidžiose dalyse elektros prietaisai ir mašinos, Foucault klaidžiojančios srovės yra ypač pavojingos vandens ar dujų pratekėjimui, nes. jų kryptis iš esmės negali būti kontroliuojama.

Jei kintantis magnetinis laukas sukuria indukuotas priešpriešines sroves, sūkurinės srovės bus statmenos magnetiniam laukui, o jų judėjimas bus apskritimas, jei laukas vienodas. Šios paskatino elektriniai laukai labai skiriasi nuo elektrostatinių elektrinių laukų taškiniai mokesčiai.

Praktinis sūkurinių srovių pritaikymas

Sūkurinės srovės yra naudingos pramonėje norint išsklaidyti nepageidaujamą energiją, pavyzdžiui, mechaninio balanso svirties, ypač jei srovė yra labai didelė. Magnetas atramos gale sukuria sūkurines sroves metalinėje plokštėje, pritvirtintoje prie laikiklio galo, tarkim ansys.

Sūkuriniai srautai, kaip moko fizika, taip pat gali būti naudojami kaip veiksminga tranzitinių traukinių variklių stabdymo jėga. Elektromagnetiniai įtaisai ir mechanizmai traukinyje šalia bėgių yra specialiai sukonfigūruoti sūkurinėms srovėms sukurti. Dėl srovės judėjimo gaunamas sklandus sistemos nusileidimas ir traukinys sustoja.

Sukimosi srovės yra kenksmingos prietaisų transformatoriams ir žmonėms. Norint padidinti srautą, transformatoriuje naudojama metalinė šerdis. Deja, armatūroje arba šerdyje susidarančios sūkurinės srovės gali padidinti energijos nuostolius. Konstruojant metalinę šerdį iš kintamų energijai laidžių ir nelaidžių medžiagų sluoksnių, sumažinamas indukuotų kilpų dydis, taip sumažinant energijos nuostolius. Triukšmas, kurį transformatorius skleidžia eksploatacijos metu, yra būtent tokio dizaino sprendimo pasekmė.

Vaizdo įrašas: Foucault sūkurinės srovės

Kitas įdomus naudojimas sūkurinės bangos – jų panaudojimas elektros skaitikliuose ar medicinoje. Kiekvieno prekystalio apačioje yra plonas aliuminio diskas, kuris visada sukasi. Šis diskas juda magnetiniame lauke, todėl jame visada yra sūkurinės srovės, kurių tikslas – sulėtinti disko judėjimą. Dėl šios priežasties jutiklis veikia tiksliai ir be svyravimų.

Sūkuriai ir odos efektas

Tuo atveju, kai kyla labai stiprios sūkurinės srovės (su aukšto dažnio srove), srovės tankis kūnuose tampa žymiai mažesnis nei jų paviršiuose. Tai vadinamasis odos efektas, jo metodais sukuriamos specialios dangos laidams ir vamzdžiams, kurios yra sukurtos specialiai sūkurinėms srovėms ir išbandytos ekstremaliomis sąlygomis.

Tai įrodė mokslininkas Eckertas, tyrinėjęs EML ir transformatorių įrenginius.

Sūkurinės srovės principai

Varinės vielos ritė yra įprastas sūkurinės srovės indukcijos atkūrimo metodas. AC eidamas per ritę sukuria magnetinį lauką ritėje ir aplink ją. Magnetiniai laukai sudaro linijas aplink laidą ir susijungia, kad sudarytų didesnes kilpas. Jei srovė padidės vienoje kilpoje, magnetinis laukas išsiplės per kai kurias arba visas šalia esančias vielos kilpas. Tai sukelia įtampą gretimose histerezės kilpose ir sukelia elektronų srautą arba sūkurines sroves elektrai laidžioje medžiagoje. Bet koks medžiagos defektas, įskaitant sienelės storio pokyčius, įtrūkimus ir kitus netolygumus, gali pakeisti sūkurinių srovių srautą.

Omo dėsnis

Omo dėsnis yra vienas iš labiausiai pagrindinės formulės nustatyti elektrinis srautas. Įtampa padalinta iš varžos, omų, lemia elektros srovę, amperais. Reikia atsiminti, kad nėra srovių skaičiavimo formulės, būtina naudoti magnetinio lauko skaičiavimo pavyzdžius.

Induktyvumas

Kintamoji srovė, einanti per ritę, sukuria magnetinį lauką ritėje ir aplink ją. Didėjant srovei, ritė sukelia cirkuliacines (sūkurines) sroves laidžioje medžiagoje, esančioje šalia ritės. Sūkurinių srovių amplitudė ir fazė skirsis priklausomai nuo ritės apkrovos ir jos varžos. Jei elektrai laidžioje medžiagoje paviršiuje arba po juo atsiranda pertrūkis, sūkurinių srovių srautas bus nutrauktas. Norėdami jį nustatyti ir valdyti, yra specialūs įrenginiai su skirtingais kanalų dažniais.

Magnetiniai laukai

Nuotraukoje parodyta, kaip sūkurys elektros srovės ritėje suformuoti magnetinį lauką. Ritės savo ruožtu sukuria sūkurines sroves elektrai laidžioje medžiagoje ir taip pat sukuria savo magnetinius laukus.

Defektų aptikimas

Ritės įtampos keitimas turės įtakos medžiagai, sūkurinių srovių nuskaitymas ir tyrimas leidžia pagaminti prietaisą paviršiaus ir požeminio paviršiaus nelygumams matuoti. Keletas veiksnių turės įtakos galimiems trūkumams:

1. Medžiagos laidumas turi didelę įtaką sūkurinių srovių keliui;
2. Laidžiosios medžiagos pralaidumas taip pat turi didžiulę įtaką dėl jos gebėjimo būti įmagnetinamas. Plokščias paviršius daug lengviau nuskaityti nei nelygų.
3. Įsiskverbimo gylis yra labai didelis puiki vertė sūkurinės srovės valdyme. Paviršiaus įtrūkimą aptikti daug lengviau nei požeminį defektą.
4. Tas pats pasakytina apie paviršiaus plotą. Kaip mažesnis plotas– tuo greičiau susidaro sūkurinės srovės.

Kontūro aptikimas defektų detektoriumi

Yra šimtai standartinių ir nestandartinių zondų, kurie gaminami tam tikriems paviršių ir kontūrų tipams. Metalo kraštai, grioveliai, kontūrai ir storis prisideda prie bandymo sėkmės arba nesėkmės. Ritė, esanti per arti laidžios medžiagos paviršiaus, turės geriausias šansas plyšimams aptikti. Sudėtingoms grandinėms ritė įkišama į specialų bloką ir pritvirtinama prie jungiamųjų detalių, leidžiančių per ją praeiti srovei ir stebėti jos būklę. Daugeliui prietaisų reikia specialių zondo ir ritės liejinių netaisyklingos formos detales. Ritė taip pat gali turėti specialią (universalią) formą, atitinkančią detalės dizainą.

Sūkurinių srovių mažinimas

Siekiant sumažinti induktorių sūkurines sroves, reikia padidinti šių mechanizmų varžą. Visų pirma, rekomenduojama naudoti suskystintą laidą ir izoliuotus laidus.