Tokami Fuko(veya girdap akımları), alternatif bir manyetik alanda büyük iletkenlerde ortaya çıkan endüktif nitelikteki akımlardır. Kapalı devreler girdap akımları iletkenin derinliklerinde görünür. Masif bir iletkenin elektriksel direnci küçüktür, dolayısıyla Foucault akımları büyük değerlere ulaşabilir. Girdap akımlarının gücü, iletken malzemenin şekline ve özelliklerine, alternatif manyetik alanın yönüne ve manyetik akının değişme hızına bağlıdır. Foucault akımlarının bir iletkendeki dağılımı çok karmaşık olabilir.

Foucault akımlarının 1 $ başına açığa çıkardığı ısı miktarı, manyetik alanın değişim frekansının karesiyle orantılıdır.

Lenz yasasına göre Foucault'nun akımları, kendilerine neden olan nedeni etkilemek için bu yönleri seçerler. Bu, eğer bir iletken manyetik alanda hareket ediyorsa, o zaman deneyimlemesi gerektiği anlamına gelir. güçlü frenleme Foucault akımları ile manyetik alanın etkileşiminden kaynaklanır.

Foucault'nun prangalarının ortaya çıkışına bir örnek verelim. Çapı 5 cm$, kalınlığı 6 mm$ olan bir bakır diski, bir elektromıknatısın kutupları arasındaki dar bir boşluğa düşürelim. Manyetik alan kapatılırsa disk hızla düşer. Elektromıknatısı açalım. Alan büyük olmalıdır (yaklaşık 0,5T$). Diskin düşüşü yavaşlayacak ve çok viskoz bir ortamda harekete benzeyecektir.

Foucault akımlarının uygulanması

Toki Fuko'nun oyunu yararlı rol rotorda asenkron motor, içinde verilen dönme hareketi manyetik alan. Asenkron motorun çalışma prensibinin uygulanması, Foucault akımlarının ortaya çıkmasını gerektirir.

Foucault akımları galvanometrelerin, sismografların ve diğer birçok cihazın hareketli parçalarını sönümlemek için kullanılır. Böylece, cihazın hareketli kısmına bir plaka - sektör şeklinde bir iletken - monte edilir. Güçlü bir kalıcı mıknatısın kutupları arasındaki boşluğa yerleştirilir. Plaka hareket ettiğinde içinde Foucault akımları belirir ve bu da sistemin engellenmesine neden olur. Üstelik frenleme yalnızca plaka hareket ettiğinde ortaya çıkar. Dolayısıyla bu tür bir sakinleştirme cihazı, sistemin kesin olarak denge durumuna gelmesine müdahale etmez.

Foucault akımlarının açığa çıkardığı ısı, ısıtma işlemlerinde kullanılır. Bu nedenle Foucault akımları kullanılarak metallerin eritilmesi diğer ısıtma yöntemlerine göre oldukça avantajlıdır. Sözde indüksiyon ocağı, içinden akımın aktığı bir bobindir. yüksek frekans Ve büyük güç. Bobinin içine iletken bir gövde yerleştirilir ve içinde maddeyi eriyene kadar ısıtan yüksek yoğunluklu girdap akımları belirir. Metaller bu şekilde vakumda eritilir ve bu da yüksek saflıkta malzemelerin üretilmesine yol açar.

Foucault akımları kullanıldığında, vakum tesislerinin iç metal parçaları gazdan arındırmak için ısıtılır.

Girdap akımlarının neden olduğu sorunlar. Cilt etkisi

Foucaultcu akımlar yararlı bir rolden daha fazlasını oynayabilir. Girdap akımları iletim akımlarıdır ve enerjinin bir kısmı Joule ısısını serbest bırakmak için dağıtılır. Örneğin, genellikle ferromıknatıslardan yapılan asenkron bir motorun rotorundaki bu tür enerji, çekirdekleri ısıtır ve böylece bunların özellikleri bozulur. Bu olguyla mücadele etmek için çekirdekler birbirinden ayrılan ince plakalar şeklinde üretilir. ince katmanlar Foucault akımları plakalar boyunca yönlendirilecek şekilde yalıtkanı takın ve plakaları yerleştirin. Plakaların küçük bir kalınlığı ile girdap akımları küçük bir değere sahiptir. toplu yoğunluk. Ferritlerin ve manyetorezisi yüksek maddelerin ortaya çıkmasıyla katı çekirdeklerin üretilmesi mümkün hale geldi.

Alternatif akım taşıyan tellerde girdap akımları meydana gelir ve Foucault akımlarının yönü telin içindeki akımı zayıflatacak ve yüzeye yakın yerde güçlendirecek şekildedir. Sonuç olarak, hızla değişen akım telin kesiti boyunca eşit olmayan bir şekilde dağıtılır. Bu fenomene denir cilt efekti(yüzey etkisi). Bu fenomen nedeniyle iç kısım devrelerde iletken işe yaramaz hale gelir yüksek frekans Tüpleri iletken olarak kullanın. Cilt etkisi, bir metalin yüzey katmanını ısıtmak için kullanılabilir, bu da bu olgunun metali sertleştirmek için kullanılmasını mümkün kılar ve alanın frekansını değiştirerek sertleştirme, gerekli herhangi bir derinlikte gerçekleştirilebilir.

Homojen silindirik bir iletkendeki yüzey etkisini tanımlayabilen yaklaşık formüller:

Şekil 1.

burada $R_w$, $r$ yarıçaplı bir iletkenin $w$ döngüsel frekanslı alternatif akıma karşı etkin direncidir. $R_0$ - iletkenin doğru akıma karşı direnci.

burada alternatif akımın etkin nüfuz derinliği ($\delta $) (akım yoğunluğunun, yüzeyindeki yoğunluğa kıyasla $e=2,7\$ kat azaldığı iletkenin yüzeyinden uzaklığı) şuna eşittir:

$\mu $ - bağıl manyetik geçirgenlik, $(\mu )_0$ - manyetik sabit, $\sigma $ - iletkenin belirli iletkenliği DC. İletken ne kadar kalın olursa, yüzey etkisi o kadar belirgin olur ve dikkate alınması gereken $w$ ve $\sigma$ değerleri o kadar küçük olur.

Örnek 1

Egzersiz yapmak: Bir santrifüj makinesiyle yapılan bir deneyde, ona büyük bir bakır disk iliştirildi ve bu disk, yüksek hız. Diskin üzerine (temassız) manyetik bir iğne asıldı. Oka ne olacak, neden?

Çözüm:

Manyetik iğne, içinde bakır iletkenin döndüğü bir manyetik alan oluşturan bir mıknatıs görevi görür. Sonuç olarak, iletkende ortaya çıkar indüklenen akımlar- Foucault akımları. Lenz kuralına göre, manyetik alanla etkileşime giren girdap akımları diskin dönüşünü durdurma eğilimindedir veya Newton'un üçüncü yasasına göre manyetik iğneyi kendileriyle birlikte sürükler. Bu, diskin üzerinde asılı olan manyetik iğnenin kendisinden sonra döneceği ve süspansiyonu (ipliği) döndüreceği anlamına gelir.

Cevap: Manyetik iğne dönecektir, nedeni girdap akımlarıdır.

Örnek 2

Egzersiz yapmak: Alternatif akımın iletildiği yer altı kablosunun neden metal gaz ve su borularının yakınına döşenemeyeceğini açıklayın?

Çözüm:

Alternatif akımın etkisi altında, kablonun etrafında alternatif bir manyetik alan belirir; eğer bir iletken (metal boru) bu alana girerse, endüktif girdap akımları ortaya çıkacaktır. Bu akımlar metal boruların korozyonuna neden olur. Ayrıca borularda akım bulunması elektrik çarpması ihtimali olduğundan tehlikelidir.

Örnek 3

Egzersiz yapmak: Kalın bakır levhadan yapılmış sarkaç, kesik bir sektör şeklindedir. Bir çubuğa asılır ve performans gösterebilir serbest titreşimler etrafında yatay eksen Güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasındaki manyetik alanda. Manyetik alanın yokluğunda sarkaç neredeyse hiç sönümlenme olmadan salınır. Bir elektromıknatısın manyetik alanında sarkacın salınımlarını açıklayın. Bir manyetik alanın varlığında bir sarkacın neredeyse hiç sönümlenmeden salınması nasıl sağlanabilir?

Çözüm:

Tanımlanan devasa sarkaç salınımı güçlü bir manyetik alana yerleştirilirse, sarkaçta Foucault akımları ortaya çıkar. Lenz kuralına göre bu akımlar sarkacın hareketini yavaşlatır, salınımların genliği azalır ve salınımlar kısa sürede durur.

Manyetik alanda salınan bir sarkaçta girdap kaynaklı akımları azaltmak için, katı sektörü uzun dişli bir tarakla değiştirilebilir. Foucault akımları azalacak ve sarkaç neredeyse hiç sönümlenme olmadan salınacak.

Elektrik bizi sadece üretimde değil, günlük yaşamda da çevreliyor. Bir kişi girdap akımlarının ne olduğunu bile bilmiyor olabilir ama her gün onların yaptığı işlerle karşılaşıyor. Örneğin insanlar uzun zamandır bu işlem sırasında meydana gelen süreçleri düşünmeden, sadece anahtar tuşuna basarak ışığı açmaya alışmışlardır. İşte böyle oldu bu durumda. Bu nedenle “Foucault girdap akımları” terimi altında neyin gizli olduğunu anlamak ve bunların oluşum mekanizmasını belirlemek için elektrik akımının özelliklerini hatırlamak gerekir. Ama önce “neden Foucault” sorusuna cevap verelim?

Girdap akımlarından ilk kez Fransız fizikçi D. F. Arago'nun eserlerinde bahsedildi. Üzerinde dönen mıknatıslanmış bir işaretçinin bulunduğu bakır bir diskin tuhaf davranışına dikkat çekti. Görünürde hiçbir sebep yokken, okun dönüşüyle ​​birlikte disk de dönmeye başladı. O dönemde (1824) bu davranışı henüz açıklayamadıkları için olaya “Arago fenomeni” adı verildi. Birkaç yıl sonra başka bir bilim adamı M. Faraday, keşfettiği yasayı Arago fenomenine uyguladı. elektromanyetik indüksiyon, bu durumda diskin hareketinin söz konusu yasa açısından kolaylıkla açıklanabileceği sonucuna varmıştır. Önerilen açıklamaya göre, dönen bir manyetik alan iletkenin (bakır disk) atomlarına etki eder ve yapıdaki yüklü (polarize) parçacıkların yönlendirilmiş hareketinin ortaya çıkmasına neden olur. Elektrik akımının özelliklerinden biri de iletkenin etrafında daima bir manyetik alanın bulunmasıdır. Girdap akımlarının da kendilerini üreten ana alanla etkileşime giren kendi alanlarını yarattıklarını tahmin etmek zor değil. "Girdap" kelimesi, bu tür akımların bir iletken içinde yayılma şeklini karakterize eder: yönleri döngüseldir. Arago ve Faraday'ın çalışmalarına dayanarak, girdap akımları fizikçi Foucault tarafından ciddi bir şekilde incelenmiştir. Bu nedenle aldığı isim.

Bu akımlar jeneratörlerin ürettiği endüksiyon akımlarından pek farklı değildir. Bir girdap manyetik alanı (alternatif, dönen) ve yakınlarda bir iletken varsa, elektromanyetik alanların etkisi nedeniyle içinde akımlar indüklenir. İletken ne kadar büyük ve masif olursa, oluşturulan akımların etkin değeri de o kadar yüksek olur. Üstelik girdap akımları her zaman akıştaki değişikliklere direnen bir manyetik alan yaratır. Temel akım arttıkça ters yönlü EMF artar ve azaldığında tam tersine girdap akımları alanı ana akışı destekler. Yukarıdakiler Lenz yasasından kaynaklanmaktadır.

Diğer durumlarda girdap akımlarının bazı özellikleri talep edilmektedir. Örneğin, indüksiyonlu çelik eritme fırınlarının çalışması, özel bir jeneratör tarafından indüklenen girdap akımlarının etkisiyle büyük bir iletkenin ısıtılmasına dayanır. Ayrıca metalin yapısında gözle görülmeyen kusurların varlığının tespitinde de kullanılırlar.

Girdap akımları nelerdir

Girdap akımları en çok bilinenlerden biri olarak kabul edilir. inanılmaz fenomen, elektrik mühendisliğinde bulunur. İnsanlığın bunu kullanmayı öğrenmesi şaşırtıcı olumsuz yönler girdap akımlarının iyi yöndeki eylemi.

Girdap akımlarının keşfinin tarihi

1824 yılında Fransız fizikçi Daniel Arago, bir eksen üzerinde manyetik bir iğnenin altına yerleştirilmiş bakır bir disk üzerinde girdap akımlarının etkisini ilk kez gözlemledi. İğne döndüğünde, diskte girdap akımları indüklenerek hareket etmesine neden oldu. Bu olguya, keşfedicisinin onuruna "Arago etkisi" adı verilmiştir.

Eddy Current araştırması devam etti Fransız fizikçi Jean Foucault. Bunların doğasını ve çalışma prensibini ayrıntılı olarak anlattı ve ayrıca statik bir manyetik alanda döndürülen iletken bir ferromıknatısın ısınması olgusunu gözlemledi. Akımlar yeni doğa araştırmacının ismi de verilmiştir.

Girdap akımlarının doğası

Foucault akımları, bir iletken alternatif bir manyetik alana maruz kaldığında veya bir iletken statik bir manyetik alanda hareket ettiğinde meydana gelebilir. Girdap akımlarının doğası, doğrusal tellerden bir elektrik akımı geçtiğinde ortaya çıkan endüksiyon akımlarına benzer. Girdap akımlarının yönü bir daire şeklinde ve onlara neden olan kuvvetin tersi yönünde kapalıdır.

Foucault'nun insanın ekonomik faaliyetindeki akımları

Foucault akımlarının tezahürünün en basit örneği günlük yaşam- sargı transformatörünün manyetik devresi üzerindeki etkileri. İndüklenen akımların etkisi nedeniyle, güçlü ısınmaya katkıda bulunan düşük frekanslı titreşim (transformatör vızıltısı) ortaya çıkar. Bu durumda enerji israf edilir ve tesisatın verimliliği düşer. Önemli kayıpları önlemek için transformatör çekirdekleri tek parça yapılmaz, düşük elektrik iletkenliğine sahip ince elektrik çeliği şeritlerinden birleştirilir. Şeritler birbirleri arasında elektrik verniği veya bir ölçek tabakası ile yalıtılmıştır. Ferrit elementlerin ortaya çıkışı, küçük boyutlu manyetik çekirdeklerin tek parça halinde üretilmesini mümkün kıldı.

Girdap akımlarının etkisi endüstri ve makine mühendisliğinde kullanılmaktadır. Manyetik kaldırma trenleri, frenleme için Foucault akımlarını kullanır ve yüksek hassasiyetli aletler, girdap akımlarının hareketine dayalı bir işaretçi sönümleme sistemine sahiptir. İndüksiyon fırınları metalurjide yaygın olarak kullanılmaktadır ve benzer tesislere göre çok çeşitli avantajlara sahiptir. İndüksiyon ocağında ısıtılacak metal, havasız alan, tamamen gazdan arındırmayı başarıyor. Tesisatların yüksek verimliliği nedeniyle demirli metallerin indüksiyonla eritilmesi metalurjide de yaygınlaşmıştır.

Foucault akımları nelerdir, bunların yararlı kullanımları ve hangi durumlarda onlarla uğraşmanız gerekir?

Girdap akımları veya Foucault akımları (J.B.L. Foucault'nun onuruna), iletkenlere giren akım değiştiğinde iletkenlerde ortaya çıkan girdap endüksiyon akımlarıdır. manyetik akı.

Faydalı Kullanım
....Bu özellik galvanometrelerin, sismografların vb. hareketli parçalarını sönümlemek için kullanılır.
Foucault akımlarının termal etkisi indüksiyon fırınlarında kullanılır - yüksek güçlü, yüksek frekanslı bir jeneratör tarafından çalıştırılan bir bobine iletken bir gövde yerleştirilir ve içinde girdap akımları ortaya çıkar ve onu eriyene kadar ısıtır.
Foucault akımlarının yardımıyla vakum tesislerinin metal parçaları ısıtılarak gazdan arındırılır.

Yuri Masalyga

Akım bir iletkenden geçtiğinde, akan akıma dik bir manyetik alan oluşturulur (gimlet kuralı). Bu alan Foucault akımlarını üretir. Yeterli akım gücü ve iletken kalınlığı ile Foucault akımları önemli hale gelir ve iletkenin ısınmasına neden olur. Bu nedenle teller çok çekirdekli yapılır ve transformatörlerin manyetik çekirdekleri ayrı yalıtımlı plakalardan birleştirilir - bu aşırı ısınmayı önler.

Kirill Gribkov

Girdap akımları (Foucault akımları), alternatif bir manyetik alan tarafından oluşturulan bir girdap elektrik alanının etkisi altında ortaya çıkan büyük iletkenlerde kapalı endüksiyon akımlarıdır. Girdap akımları, oluştukları iletkenin ısınması nedeniyle elektrik kaybına yol açar; Bu kayıpları azaltmak için makinelerin ve alternatif akım cihazlarının manyetik devreleri yalıtımlı çelik levhalardan yapılmıştır.

Sergey x

Girdap akımları, Foucault akımları, metallerin eritilmesi ve yüzey sertleştirilmesi için kullanılır ve bunların kuvvet etkisi, cihazların ve aparatların hareketli parçalarının titreşim sönümleyicilerinde, endüksiyon frenlerinde (büyük bir metal diskin elektromıknatıs alanında döndüğü) kullanılır. , vesaire.

Kalıcı mıknatıslı motorlar çeşitli yüksek teknoloji uygulamalarında kullanılmaktadır ancak bazı tasarım sınırlamaları vardır. Böyle bir örnek duyarlılıktır. yüksek sıcaklıklar akan akımlardan ve özellikle girdap akımlarından ısının salınmasından kaynaklanabilecek olan. Sürüm 5.3 yazılım COMSOL® girdap akımı kaybı işlevselliğini içerir kalıcı mıknatıslar bu tür motorlar. Mühendisler bu sonuçları, sabit mıknatıslı motorların performansını tam olarak anlamak ve performanslarını optimize etmenin yollarını belirlemek için kullanabilirler.

Sabit mıknatıslı motorların ileri teknoloji cihazlarda kullanımı.

Enerji Tasarrufu - ortak hedef Dünya çapındaki tüm üreticilerin çabaladığı şey. Örneğin ulaştırma sektörünü ele alalım. Daha geçen yıl Çin, önemli miktarda enerji tasarrufu sağlayan yeni bir yüksek hızlı metro sistemini tanıttı. Bu arada, Finlandiya'nın faaliyet gösteren en eski feribotunun orijinal dizel motorları yeni elektrikli motorlarla değiştirildi. Ve ünlü lüks otomobil markası Londra sokaklarında ilk kez tamamen elektrikli bir otomobili tanıttı.

Bu örnekler taşımacılığın daha yeşil bir geleceğe doğru evrimini göstermektedir. Ayrıca bu örneklerin birleştiği nokta, bu amaçla sabit mıknatıslı (PM) motorların kullanılmasıdır. Rotorda sargı yerine mıknatıs bulunan bu tip motorlar genellikle yüksek teknoloji uygulamalarında kullanım alanı bulur. Bunlardan en önemlisi elektrikli ve hibrit araçlarda kullanılmasıdır.

Elektrikli araçlar, sabit mıknatıslı motorların uygulamalarından biridir. Resim Mariodo'nun izniyle. Wikimedia Commons'tan Creative Commons 2.0 lisansı altında mevcuttur.

PM motorları verimlilikleri nedeniyle oldukça değerlidir ancak aynı zamanda tasarımlarında bazı sınırlamalar da vardır. Örneğin kalıcı mıknatıslar yüksek sıcaklıklara karşı çok hassastır. Akımlar, özellikle de girdap akımları, akarken ısının oluşmasına neden olduğunda bu tür sıcaklıklara ulaşılabilir. Çelik/demir rotor bölümlerinin lamine edilmesi bu alanlardaki girdap akımı kayıplarının azaltılmasına yardımcı olsa da, üretim sınırlamaları süreci zorlaştırmaktadır. Bu nedenle kalıcı mıknatısların ısınması oldukça önemli olabilir.

Hadi yenisine bakalım eğitim modeli, 5.3 sürümünde mevcut COMSOL Çoklu Fizik®, PM motorlardaki girdap akımı kayıplarını dikkate alır

COMSOL Multiphysics® kullanarak sabit mıknatıslı bir motordaki girdap akımı kayıplarını simüle edin.

Modelimizin geometrisiyle başlayalım. Bu örnekte kullanıyoruz 3D modeli PM'li 18 kutuplu motor. Aynı anda hesaplama maliyetlerini azaltmak ve modelin tüm 3 boyutlu geometrisini hesaba katmak için, boylamasına ve ayna simetrilerini kullanarak bir kutbu modelleyeceğiz.

Aşağıda tüm motorun çalışmasını gösteren bir animasyon görebilirsiniz. Bir rotoru ve bir demir statoru gösterir ( gri), stator sargısı (bakırdan yapılmış) ve kalıcı mıknatıslar (radyal mıknatıslanmaya bağlı olarak mavi ve kırmızı).

Kalıcı mıknatıslı motor tasarımı.

Rotorun iletken kısmını modellemek için Ampère yasa düğümünü kullanıyoruz. Rotor ve statorun iletken olmayan kısımları için, skaler manyetik potansiyele göre Manyetik akı koruma düğümünü kullanırız.

Yerleşik Dönen Makine fizik arayüzünü kullanarak motor dönüşünü simüle etmek kolaydır. Modelde, stator koordinat sistemine göre dönen, hava boşluğu bölümü ile birlikte rotorun yerleştirildiği merkezi üst kutbu dikkate alıyoruz. Rotor ve stator iki parça olduğundan, bu durumda geometriyi tamamlarken bir Montajın gerekli olduğunu lütfen unutmayın. ayrı parçalar halinde tasarımlar.

Mıknatıslardaki girdap akımı kayıplarının zaman içindeki değerini hesaplamak ve daha fazla kullanmak için ek bir değişken sunuyoruz. Bu modelde gerekli olmamasına rağmen değişken daha sonraki ısı transferi analizlerinde zaman ortalamalı ve dağıtılmış kaynak sıcaklık. Termal süreçlerin oluşturulması, girdap akımlarının yön değişiminden ve bunların neden olduğu kayıplardan çok daha uzun sürdüğünden, daha yüksek hesaplama verimliliği için elektromekanik ve termal hesaplamaların ayrılması gerekir.

Simülasyon sonuçlarının analizi.

İlk şekildeki simülasyon sonuçlarına dayanarak, motor dururken manyetik indüksiyonun dağılımını görebiliriz. durağan durum, başka bir deyişle, grafik şunu gösteriyor: başlangıç ​​koşulları Durağan olmayan araştırmalar için. Başlangıç ​​durumunda bobin akımı sıfıra eşit. Sağdaki şekil, motor bir sektör döndükten sonra manyetik indüksiyonun dağılımını göstermektedir. Daha iyi netlik sağlamak için şekilde hava ve bobin alanlarını hariç tutabilirsiniz.

Sol: Sabit bir başlangıç ​​durumunda manyetik indüksiyonun dağılımı. Sağ: Bir sektörü döndürdükten sonra motordaki manyetik indüksiyonun dağılımı.

Aşağıdaki grafikte mıknatıslardaki girdap akımı kayıplarının zamanla nasıl değiştiğini görebiliriz. Sağdaki animasyon, stator bir sektörü döndürürken girdap akımı kayıplarındaki değişimi göstermektedir. Eddy akımları oklarla gösterilmiştir.

Sol: Girdap akımı kaybının zamana karşı grafiği. Sağ: Bir sektör dönerken girdap akımı kaybı yoğunluğundaki değişiklik.

Yukarıdaki örnekler, kalıcı mıknatıslardaki girdap akımı kayıplarını hesaba katarak PM motorlarının özelliklerinin daha eksiksiz bir resmini vermektedir. Bu bilgi PM motorların tasarımını ve dolayısıyla kullanıldıkları teknolojiyi geliştirmek için faydalı olacaktır.

56. Girdap akımları (Foucault akımları). Onların uygulaması.

Girdap akımları veya Foucault'nun akımları(onuruna J. B. L. Foucault) - ortaya çıkan girdap endüksiyon akımları iletkenler onlara nüfuz edende bir değişiklik olduğunda manyetik akı.

Girdap akımları ilk kez Fransız bir bilim adamı tarafından keşfedildi DF Arago(1786-1853) tarafından 1824 yılında dönen bir manyetik iğnenin altındaki bir eksen üzerinde bulunan bakır bir diskin içinde bulunmuştur. Girdap akımları nedeniyle disk dönmeye başladı. Arago fenomeni olarak adlandırılan bu fenomen birkaç yıl sonra açıklandı. M. Faraday onun tarafından keşfedilen elektromanyetik indüksiyon yasası açısından: dönen bir manyetik alan, bakır diskte manyetik iğne ile etkileşime giren akımları (girdap akımları) indükler. Eddy akımları Fransız bir fizikçi tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir. Foucault(1819-1868) ve onun adını almıştır. Girdap akımları ile manyetik alanda döndürülen metal gövdelerin ısıtılması olgusunu keşfetti.

Foucault akımları alternatif akımların etkisi altında ortaya çıkar. elektromanyetik alan ve fiziksel yapıları gereği doğrusal tellerde ortaya çıkan endüksiyon akımlarından farklı değildirler. Girdaplıdırlar, yani halkalar halinde kapalıdırlar. Masif bir iletkenin elektrik direnci düşüktür, dolayısıyla Foucault akımları çok yüksek kuvvete ulaşır. Buna göre Lenz'in kuralıİletkenin içinde kendilerine neden olan nedene direnecek bir yön ve yol seçerler. Bu nedenle, güçlü bir manyetik alanda hareket eden iyi iletkenler, Foucault akımlarının manyetik alanla etkileşimi nedeniyle güçlü bir engelleme yaşarlar. Bu özellik şunun için kullanılır: sönümleme galvanometrelerin, sismografların vb. hareketli parçaları

Foucault akımlarının termal etkisi, indüksiyon fırınları- yüksek güçlü, yüksek frekanslı bir jeneratör tarafından çalıştırılan bir bobine iletken bir gövde yerleştirilir ve içinde girdap akımları ortaya çıkar ve onu eriyene kadar ısıtır.

Foucault akımları yardımıyla vakum tesislerinin metal kısımları ısıtılır. gaz giderme.

Çoğu durumda Foucault akımları istenmeyebilir. Onlarla mücadele etmek için özel önlemler alınır: çekirdeklerin ısınmasından kaynaklanan enerji kayıplarını önlemek için transformatörler Bu çekirdekler, yalıtım katmanlarıyla ayrılmış ince plakalardan oluşur. Dış görünüş ferritler bu iletkenlerin katı olarak üretilmesini mümkün kıldı.

57. Kendi kendine indüksiyon- devreden akan akım değiştiğinde iletken bir devrede indüklenen emf'nin ortaya çıkması olgusu. Devredeki akım değiştiğinde, manyetik indüksiyon akısı bu devrenin sınırladığı yüzey boyunca değişir ve bunun sonucunda uyarılır. Kendinden kaynaklı emk. EMF'nin yönü, akım arttığında öyle olacak ki emk devreleri akımın artmasını, akım azaldığında ise akımın azalmasını engeller. EMF'nin büyüklüğü, I akımının değişim hızı ve L devresinin endüktansı ile orantılıdır:

EMF kaynağına sahip bir elektrik devresinde kendi kendine indüksiyon olgusu nedeniyle, devre kapatıldığında akım anında değil, bir süre sonra kurulur. Devre açıldığında da benzer işlemler meydana gelir ve kendi kendine endüktif emf'nin değeri, kaynak emf'yi önemli ölçüde aşabilir. Çoğu zaman günlük yaşamda bu, araba ateşleme bobinlerinde kullanılır. 12V besleme voltajıyla tipik kendi kendine endüksiyon voltajı 7-25kV'dir.

İletken devredeki akım gücünde herhangi bir değişiklik olduğunda, kendi kendine endüktif bir emf meydana gelir ve bunun sonucunda devrede ek akımlar ortaya çıkar. kendi kendine indüksiyonun ekstra akımları. Lenz kuralına göre ekstra kendi kendine indüksiyon akımları her zaman devredeki akımdaki değişiklikleri önleyecek şekilde yönlendirilir; kaynağın yarattığı akımın tersi yönündedir. Akım kaynağı kapatıldığında ekstra akımlar zayıflama akımıyla aynı yönde olur. Sonuç olarak devrede endüktansın varlığı devrede akımın kaybolmasını veya oluşmasını yavaşlatır.

Bir arabanın veya çeşitli elektrikli cihazların içindeki metal parçalar, manyetik alanda hareket etme ve birbirleriyle kesişme özelliğine sahiptir. elektrik hatları. Bu sayede kendi kendine indüksiyon oluşur. Anormal Foucault girdap akımlarını, hava akışlarını, bunların tanımını, uygulamasını, etkisini ve bir transformatördeki girdap akımı kayıplarının nasıl azaltılacağını değerlendirmeyi öneriyoruz.

Faraday yasası, manyetik akıdaki bir değişikliğin boş uzayda bile indüklenen bir elektrik alanı ürettiğini belirtir.

Bu boşluğa bir metal plaka yerleştirilirse, indüklenen elektrik alanı metalin içinden bir elektrik akımının geçmesine neden olur. Bu indüklenen akımlara girdap akımları denir.

Foucault akımları, indüksiyonu çeşitli iletken kısımlarda gerçekleştirilen akışlardır. elektrikli ev aletleri Foucault kaçak akımları özellikle su veya gazların geçişi açısından tehlikelidir çünkü. prensip olarak bunların yönü kontrol edilemez.

Değişen bir manyetik alan tarafından indüklenen karşı akımlar yaratılırsa, girdap akımları manyetik alana dik olacak ve alan düzgünse hareketleri bir daire şeklinde olacaktır. Bunlar tetiklendi elektrik alanları elektrostatik elektrik alanlarından çok farklı puan ücretleri.

Girdap akımlarının pratik uygulaması

Girdap akımları, özellikle akımın çok yüksek olması durumunda, mekanik dengenin salınım kolu gibi istenmeyen enerjiyi dağıtmak için endüstride faydalıdır. Desteğin ucundaki mıknatıs, desteğin ucuna iliştirilmiş metal bir plakada girdap akımları oluşturuyor, örneğin ansys.

Fiziğin öğrettiği gibi girdap akışları, transit tren motorlarında etkili bir frenleme kuvveti olarak da kullanılabilir. Trenin rayların yakınında bulunan elektromanyetik cihazlar ve mekanizmalar, girdap akımları oluşturacak şekilde özel olarak yapılandırılmıştır. Akıntının hareketi sayesinde sistemin düzgün bir şekilde inmesi sağlanır ve tren durur.

Dönen akımlar alet transformatörlerinde ve insanlar için zararlıdır. Akıyı arttırmak için transformatörde metal bir çekirdek kullanılır. Maalesef armatürde veya çekirdekte oluşan girdap akımları enerji kaybını artırabilir. Enerji ileten ve yalıtkan malzemelerden oluşan alternatif katmanlardan oluşan bir metal çekirdek inşa edilerek, indüklenen döngülerin boyutu azaltılır, böylece enerji kaybı azalır. Transformatörün çalışma sırasında ürettiği gürültü tam olarak bu tasarım çözümünün bir sonucudur.

Video: Foucault girdap akımları

Bir diğer ilginç kullanım girdap dalgaları - elektrik sayaçlarında veya tıpta kullanımları. Her tezgahın altında sürekli dönen ince bir alüminyum disk bulunur. Bu disk manyetik bir alanda hareket eder, dolayısıyla orada her zaman girdap akımları vardır, bunun amacı diskin hareketini yavaşlatmaktır. Bu sayede sensör doğru ve dalgalanma olmadan çalışır.

Girdaplar ve cilt etkisi

Çok güçlü girdap akımlarının ortaya çıkması durumunda (yüksek frekanslı akımla), gövdelerdeki akım yoğunluğu yüzeylerine göre önemli ölçüde daha az olur. Bu sözde cilt etkisidir, yöntemleri, özellikle girdap akımları için geliştirilen ve aşırı koşullar altında test edilen teller ve borular için özel kaplamalar oluşturmak için kullanılır.

Bu, EMF ve transformatör kurulumlarını inceleyen bilim adamı Eckert tarafından kanıtlandı.

Eddy akımı ilkeleri

Bakır tel bobin, girdap akımı indüksiyonunu yeniden üretmek için yaygın bir yöntemdir. klima bobinin içinden geçmek bobinin içinde ve çevresinde bir manyetik alan oluşturur. Manyetik alanlar telin etrafında çizgiler oluşturur ve daha büyük halkalar oluşturacak şekilde birleşir. Akım bir döngüde artarsa, manyetik alan yakınlardaki tel döngülerin bir kısmı veya tamamı boyunca genişleyecektir. Bu, bitişik histerezis döngülerinde bir voltajı indükler ve elektriksel olarak iletken malzemede bir elektron akışına veya girdap akımlarına neden olur. Duvar kalınlığındaki değişiklikler, çatlaklar ve diğer süreksizlikler de dahil olmak üzere malzemedeki herhangi bir kusur, girdap akımlarının akışını değiştirebilir.

Ohm kanunu

Ohm kanunu bunlardan biridir temel formüller belirlemek elektrik akışı. Gerilimin dirence bölümü (ohm), amper cinsinden elektrik akımını belirler. Akımları hesaplamak için bir formül olmadığı unutulmamalıdır; manyetik alan hesaplama örneklerini kullanmak gerekir.

İndüktans

Bobinden geçen alternatif akım, bobinin içinde ve çevresinde manyetik bir alan oluşturur. Akım arttıkça bobin, bobinin yanında bulunan iletken malzemede sirkülasyon (eddy) akımlarını indükler. Girdap akımlarının genliği ve fazı, bobin yüküne ve direncine bağlı olarak değişecektir. Yüzeyde veya yüzeyin altında elektriksel olarak iletken malzemede bir süreksizlik meydana gelirse girdap akımlarının akışı kesilecektir. Kurulumu ve kontrolü için farklı kanal frekanslarına sahip özel cihazlar bulunmaktadır.

Manyetik alanlar

Fotoğraf girdabın nasıl olduğunu gösteriyor elektrik akımları bobinde bir manyetik alan oluşturur. Bobinler sırasıyla elektriksel olarak iletken malzemede girdap akımları oluşturur ve ayrıca kendi manyetik alanlarını da yaratır.

Kusur tespiti

Bobin üzerindeki voltajın değiştirilmesi malzemeyi etkileyecektir; girdap akımlarının taranması ve incelenmesi, yüzey ve yüzey altı süreksizliklerini ölçen bir cihazın üretilmesine olanak sağlar. Hangi eksikliklerin bulunabileceğini çeşitli faktörler etkileyecektir:

1. Malzemenin iletkenliğinin girdap akımlarının yolu üzerinde önemli bir etkisi vardır;
2. İletken bir malzemenin geçirgenliği, mıknatıslanma yeteneğinden dolayı da büyük bir etkiye sahiptir. Düz yüzey taranması düzensiz olandan çok daha kolaydır.
3. Penetrasyon derinliği çok büyük değer girdap akımı kontrolünde. Bir yüzey çatlağını tespit etmek, bir alt yüzey kusurunu tespit etmekten çok daha kolaydır.
4. Aynı durum yüzey alanı için de geçerlidir. Nasıl daha küçük alan– Girdap akımlarının oluşumu ne kadar hızlı gerçekleşirse.

Kusur dedektörüyle bir konturun algılanması

Belirli yüzey ve kontur türleri için üretilmiş yüzlerce standart ve özel prob bulunmaktadır. Metalin kenarları, oyukları, konturları ve kalınlığı bir testin başarısına veya başarısızlığına katkıda bulunur. İletken malzemenin yüzeyine çok yakın yerleştirilen bir bobin, en iyi şans kırılmaları tespit etmek. Karmaşık devreler için, bobin özel bir bloğa yerleştirilir ve bağlantı parçalarına bağlanır, bu da akımın içinden geçmesine ve durumunun izlenmesine izin verir. Birçok cihazın uyum sağlaması için özel prob ve bobin kalıpları gerekir. düzensiz şekil detaylar. Bobin ayrıca parçanın tasarımına uyacak özel (evrensel) bir şekle de sahip olabilir.

Girdap akımlarının azaltılması

İndüktörlerin girdap akımlarını azaltmak için bu mekanizmalardaki direncin arttırılması gerekmektedir. Özellikle sıvılaştırılmış tel ve yalıtımlı tellerin kullanılması tavsiye edilir.