Вихревые токи
В электрических аппаратах, приборах и машинах металлические детали иногда движутся в магнитном поле или неподвижные металлические детали пересекаются силовыми линиями меняющегося по величине магнитного поля. В этих металлических деталях индуктируется ЭДС самоиндукции.
Под действием этих э. д. с. в массе металлической детали протекают вихревые токи (токи Фуко) , которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов.
Вихревыми токами (также токами Фуко) называются электрические токи, возникающие вследствие электромагнитной индукции в проводящей среде (обычно в металле) при изменении пронизывающего ее магнитного потока.
Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.
Пусть имеется сердечник из металлического материала. Поместим на этот сердечник катушку, по которой пропустим переменный ток. Вокруг катушки окажется переменный магнитный ток, пересекающий сердечник. При этом в сердечнике станет наводиться индуцированная ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает в сердечнике токи, называемые вихревыми. Эти вихревые токи нагревают сердечник. Так как электрическое сопротивление сердечника невелико, то наводимые в сердечниках индуцированные токи могут оказываться достаточно большими, а нагрев сердечника — значительным.
Возниконвение токов Фуко (вихревых токов)
Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф. Араго (1786 — 1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции.
Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819 — 1868) и названы его именем. Он назвал явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.
В качестве примера на рис унке показаны вихревые токи, индуктируемые в массивном сердечнике, помещенном в катушку, обтекаемую переменным током. Переменное магнитное поле индуктирует токи, которые замыкаются по путям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных направлению поля.
Вихревые токи: а — в массивном сердечнике, б — в пластинчатом сердечнике
Способы уменьшения токов Фуко
Мощность, затрачиваемая на нагрев сердечника вихревыми токами, бесполезно снижает КПД технических устройств электромагнитного типа.
Чтобы уменьшить мощность вихревых токов, увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, для этого сердечники набирают из отдельных тонких (0,1- 0,5 мм) пластин, изолированных друг от друга с помощью специального лака или окалины.
Магнитопроводы всех машин и аппаратов переменного тока и сердечники якорей машин постоянного тока собирают из изолированных друг от друга лаком или поверхностной непроводящей пленкой (фосфатированных) пластин, выштампованных из листовой электротехнической стали. Плоскость пластин должна быть параллельна направлению магнитного потока.
При таком делении сечения сердечника магнитопровода вихревые токи существенно ослабляются, так как уменьшаются магнитные потоки, которыми сцепляются контуры вихревых токов, а следовательно, понижаются и индуктируемые этими потоками э. д. с, создающие вихревые токи.
В материал сердечника также вводят специальные добавки, также увеличивающие его электрическое сопротивление. Для увеличения электрического сопротивления ферромагнетика электротехническую сталь приготовляют с присадкой кремния.
Шихтованный магнитопровод трансформатора
Сердечники некоторых катушек (бобин) набирают из кусков отожженной железной проволоки. Полоски железа располагают параллельно линиям магнитного потока. Вихревые же токи, протекающие в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, ограничиваются изолирующими прокладками. Для магнитопроводов приборов и устройств, работающих на высокой частоте, применяют магнетодиэлектрики. Чтобы снизить вихревые токи в проводах, последние изготавливают в виде жгута из отдельных жил, изолированных друг от друга.
Лицендрат — это система переплетенных медных проводов, в которой каждая жила изолирована от соседних. Лицендрат предназначен для использования на высокочастотных токах для предотвращения возникновения паразитных токов и токов Фуко.
Применение токов Фуко
В ряде случаев вихревые токи используются в технике, например для торможения вращающихся массивных деталей. Электродвижущая сила, наводимая в элементах детали при пересечении магнитного поля, вызывает в ее толще замкнутые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создают значительные противодействующие моменты.
Широко применяется также такое магнитоиндукционное торможение для успокоения движения подвижных частей электроизмерительных приборов, в частности для создания противодействующего момента и торможения подвижной части электрических счетчиков.
В этих приборах диск, укрепленный на оси счетчика, вращается в зазоре постоянного магнита. Наводимые в массе диска при этом движении вихревые токи, взаимодействуя с потоком того же магнита, создают противодействующий и тормозящий моменты.
Например, вихревые токи нашли в устройстве магнитного тормоза диска электрического счетчика. Вращаясь, диск пересекает магнитные силовые линии постоянного магнита. В плоскости диска возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, создают свои магнитные потоки в виде трубочек вокруг вихревого тока. Взаимодействуя с основным полем магнита, эти потоки тормозят диск.
В ряде случаев, применяя вихревые токи, можно использовать технологические операции, которые невозможно применить без токов высокой частоты. Например, при изготовления вакуумных приборов и устройств из баллона необходимо тщательно откачать воздух и иные газы. Однако в металлической арматуре, находящейся внутри баллона, имеются остатки газа, которые можно удалить только после заваривания баллона.
Для полного обезгаживания арматуры вакуумный прибор помещают в поле высокочастотного генератора, в результате действия вихревых токов арматура нагревается до сотен градусов, остатки газа при этом нейтрализуются.
Использование вихревых токов при индукционной закалке металлов
Примером полезного применения вихревых токов, вызываемых переменным полем, могут служить электрические индукционные печи. В них магнитное поле высокой частоты, создаваемое обмоткой, которая окружает тигель, наводит вихревые токи в металле, находящемся в тигле. Энергия вихревых токов трансформируется в тепло, плавящее металл.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
§22. Вихревые токи
Возникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток
способен индуцировать э. д. с. не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти э. д. с. являются причиной появлений индуцированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых. Например, при изменении магнитного потока, созданного катушкой 1 (рис. 56, а), в ее стальном сердечнике 2 индуцируются вихревые
Рис. 56. Возникновение вихревых токов
Рис. 57. Устройство сердечников электрических машин и аппаратов из отдельных изолированных стальных листов.
токи, замыкающиеся в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Вихревые токи возникают также в сердечниках 3 якорей и роторов электрических машин при вращении их в магнитном поле (рис. 56, б). Природа вихревых токов такая же, как и токов, индуцированных в обычных проводах или катушках. Благодаря очень малому сопротивлению массивных проводников вихревые токи даже при небольшой индуцированной э. д. с. достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих проводников.
Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.
1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных стальных листов 1 (рис. 57) толщиной 0,35—1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции 2 (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.). Благодаря этому преграждается путь распространению вихревых токов и уменьшается поперечное сечение каждого отдельного проводника, через которое протекают эти токи, что приводит к уменьшению силы тока.
2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5 % кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления. Благодаря этому достигается снижение силы вихревых токов, протекающих по сердечникам электрических машин и аппаратов.
Потери мощности от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции В магнитного поля и квадрату частоты f его изменения. При увеличении индукции и частоты изменения магнитного
Рис. 58. Расплавление металла (а), сварка и пайка (б) металлических деталей с помощью вихревых токов: 1 — тигель с металлом; 2 — высокочастотный индуктор; 3 — сжимающее усилие; 4 — свариваемые трубы; 5 — нагретый металл; 6— пластина из твердого сплава; 7 — резец
Рис. 59. Закалка металлических изделий с помощью вихревых токов: 1-шестерня; 2 – высокочастотный индуктор; 3- нагретый металл; 5 – головка рельса
поля, а также при увеличении частоты вращения роторов и якорей электрических машин эти потери резко возрастают.
Использование вихревых токов. В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, при помощи вихревых токов расплавляют металлы (рис. 58, а). Для этой цели тигель с металлом помешают в изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл. Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке (рис. 58, б), а также осуществляют поверхностный нагрев, необходимый для закалки металлических изделий (рис. 59). Ввиду того что в этих случаях требуется увеличить тепло, выделяемое вихревыми токами, т. е. получить большие вихревые токи, для индуцирования их используют магнитные поля изменяющиеся с большой скоростью. Такие поля могут быть созданы при помощи специальных индукторов, выполненных в виде одного или нескольких витков, по которым проходят переменные быстро изменяющиеся токи — так называемые токи высокой частоты.
Причина возникновения токов Фуко (в чем их вред или польза).
При прохождении тока по проводнику создаётся магнитное поле препендикулярное протекающему току (правило буравчика) . Это поле порождает токи Фуко . При достаточной силе тока и толщине проводника токи Фуко становятся значительными и вызывают нагрев проводника . Поэтому провода делают многожильными, а магнитопроводы трансформаторов набирают из отдельных изолированных пластин — это предотвращает перегрев .
Остальные ответы
ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (токи Фуко) — замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в котором они возникли; для уменьшения этих потерь магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока изготовляют из изолированных стальных пластин.
Вихревые токи, токи Фуко, применяются для плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое действие используется в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов) и т. п.
Источник: Большая Советская Энциклопедия — www.oval.ru/enc/13990.html
Как появляются- уже описано. А вот самое вредное их применение — в индукционных счетчиках электроэнергии, как написал Sergey x про массивный диск.
Вихревые токи
Ток Фуко или вихревой ток – это индукционный объемный вихревой электрический ток, который может возникать в электрических проводниках в случае изменения во времени вихревого потока действующего на них магнитного поля.
В первый раз токи Фуко были обнаружены ученым из Франции Домиником Араго в 20-x годах 19 века в диске из меди, который располагался на оси под вращающейся магнитной стрелкой. Через несколько лет Фарадей объяснил это явление благодаря открытому им закону электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в диске из меди вихревые токи, взаимодействующие с магнитной стрелкой. В середине 19 века их подробно изучил ученый-физик Фуко. Им также было открыто явление нагревания металлического тела, которое вращается магнитном поле, вихревыми токами. В 1855 году Фуко обнаружил, что сила, которая необходима для вращение медного диска, становится больше, если его заставить вращаться своим ободом между полюсами магнита.
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
!Токи Фуко. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ](https://a24.biz/assets/files/handbook/images/2e/6f/2e6f5b87acd30303bc2c063644a87a9f)
Электроны в диске из металла двигаются с листом вправо, поэтому магнитное поле оказывает на них боковую силу, благодаря силе Лоренца. Так как вектор скорости электронов v направлен вправо, а магнитное поле B вниз, то согласно правилу буравчика сила Лоренца положительных зарядов F=qvB, направлена к задней части диаграммы — рисунок выше. Ито является причиной возникновения тока I по направлению к задней части под магнитом, который вращается по частям листа вне границ магнитного поля, по часовой стрелке право и против часовой стрелки слева, опять к передней части магнита. На самом деле электроны обладают отрицательным зарядом — q меньше 0, а их движение противоположно направлению показанного обычного тока. Магнитное поле создает силу Лоренца, которая направлена назад и противоположна скорости листа из металла. При столкновении электронов с атомами металлической решетки сила передается листу, оказывая на него силу сопротивления, пропорциональную его скорости. Кинетическая энергия, потребляемая на преодоление данной силы рассеивается в виде тепла благодаря токам, которые протекают через сопротивление металла, то есть металл получает тепло под магнитом.
«Вихревые токи» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Помощь с рефератом от нейросети
Определение 2
Сила Лоренца – это сила, оказываемая электромагнитным полем на заряженную частицу.
Вихревые токи, которые появляются под действием переменного магнитного поля и по своей физической природе никак не отличающиеся от токов индукции, которые возникают во вторичных обмотках трансформаторов и проводах.
Способы уменьшения и применение вихревых токов
Мощность, которая затрачивается на нагрев сердечника вырезами токами, снижает коэффициент полезного действия устройств электромагнитного типа. Для того, чтобы уменьшить мощность токов Фуко, увеличивают сопротивление магнитопровода. С этой целью сердечники набирают из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалинами или при помощи специального лака. Магнитопроводы всех аппаратов и машин переменного тока, а также сердечники машин постоянного тока собираются из изолированных пластин, которые штампуются из листовой электротехнической стали. Плоскость данных пластин параллельна направлению магнитного потока. В данном случае вихревые токи значительно ослабляются, потому что уменьшаются магнитные потоки, которые сцепляют контуры токов Фуко, поэтому снижаются индуктированные данными потоками электродвижущие силы, создающие вихревые токи.
Еще один способ уменьшения токов Фуко заключается в вводе специальных добавок, которые увеличивают электрическое сопротивление. Для увеличения электрического сопротивления ферромагнетика электротехническая сталь изготавливается с присадкой кремния. Сердечники бобин набираются из кусков отожженной железной проволоки. Полоски из железа располагаются параллельно линиям магнитного потока. Таким образом, токи Фуко, которые протекают в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, ограничивают изолирующие прокладки. Для магнитопроводов устройств, которые работают на высокой частоте, применяются магнитные диэлектрики. Для снижения вихревых токов в проводах, их изготавливают из отдельных жил, которые изолированы друг от друга. Литцендрат представляет собой систему переплетенных медных проводов, где каждая жила изолирована от соседних. Такая система используется на высокочастотных токах с целью предотвращения возникновения токов Фуко и паразитных токов.
Токи Фуко могут быть и полезны, они используются:
- для торможения вращающихся массивных деталей,
- для успокоения движения подвижных частей электрических измерительных приборов,
- при изготовлении вакуумных устройств и приборов,
- в работе электрических индукционных печей.
Не понимаешь, как писать работу?
Попробовать ИИ
Дата последнего обновления статьи: 03.05.2023
Поделиться
- Telegram
- Вконтакте
- Одноклассники