Wat zijn wervelstromen en welke maatregelen worden genomen om deze te verminderen
Korte definitie
Wervelstromen zijn stromen die in geleiders stromen onder invloed van een wisselend magnetisch veld. Niet noodzakelijkerwijs moet het veld veranderen, het lichaam kan in een magnetisch veld bewegen, toch zal er een stroom in gaan stromen.
Het is onmogelijk om het echte traject van de stromen te vinden om er rekening mee te houden, de stroom stroomt waar het het pad met de minste weerstand vindt. Wervelstromen stromen altijd in een gesloten lus. De belangrijkste voorwaarden voor het optreden ervan zijn dat het onderwerp zich in een wisselend magnetisch veld bevindt of in het veld beweegt.
Ontdekkingsverhaal
In 1824 kwam de wetenschapper D.F. Arago heeft een experiment uitgevoerd. Hij monteerde een koperen schijf op één as en plaatste er een magnetische naald boven. Terwijl de magnetische naald draait, begint de schijf te bewegen. Dus observeerde voor het eerst het fenomeen wervelstromen. De schijf begon te draaien omdat er door de stroom van stromingen een magnetisch veld verscheen, dat samenwerkte met de pijl. Het werd genoemd, terwijl het fenomeen van Arago.
Na een paar jaar legde M. Faraday, die de wet van elektromagnetische inductie ontdekte, dit fenomeen op deze manier uit: een bewegend magnetisch veld veroorzaakt een stroom in de schijf (zoals in een gesloten lus) en interageert met het pijlveld.
Waarom is de tweede naam Foucault-stromingen? Omdat de natuurkundige Foucault het fenomeen wervelstromen in detail heeft onderzocht. Tijdens zijn onderzoek deed hij een geweldige ontdekking. Het bestond erin dat lichamen onder invloed van wervelstromen opwarmen. We hebben de theorie behandeld, nu zullen we praten over waar Foucault-stromen worden gebruikt en welke problemen veroorzaken.
De onderstaande video geeft een meer gedetailleerde definitie van dit fenomeen:
Schade door wervelstromen
Als je het ontwerp van een 50 Hz netwerktransformator overweegt, heb je waarschijnlijk gemerkt dat de kern is gemaakt van dunne vellen, hoewel het lijkt alsof het gemakkelijker was om een solide gegoten structuur te maken.
Feit is dat ze op deze manier worstelen met wervelstromen. Foucault zorgde voor de verwarming van de lichamen waarin ze stromen. Omdat de werking van de transformator is gebaseerd op de principes van interactie van variabele magnetische velden, zijn wervelstromen onvermijdelijk.
Elke verwarming van lichamen is het vrijkomen van energie in de vorm van warmte. In dit geval zullen kernverliezen optreden. Hoe gevaarlijk is dit? In een elektrische installatie leidt sterke verwarming tot vernietiging van de isolatie van de wikkelingen en het falen van de machine. Wervelstromen zijn afhankelijk van de magnetische eigenschappen van de kern.
Hoe verliezen te verminderen
Energieverlies in het magnetische circuit is niet nuttig, hoe moet je er dan mee omgaan? Om hun grootte te verkleinen, wordt de kern gerekruteerd uit dunne platen van elektrisch staal - dit is een soort preventieve maatregel om zwerfstromen te verminderen. Dergelijke verliezen worden beschreven door de formule waarmee het mogelijk is om te berekenen:
Zoals u weet: hoe kleiner de doorsnede van de geleider, hoe groter de weerstand en hoe groter de weerstand, hoe lager de stroom. De platen zijn van elkaar geïsoleerd door schaal of een vernislaag. De kernen van grote transformatoren worden samengetrokken door een geïsoleerde tapeind. Dit vermindert kernverlies, d.w.z. dit zijn de belangrijkste manieren om Foucault-stromen te verminderen.
Wat zijn de gevolgen van de invloed van dit fenomeen? Het magnetische veld dat ontstaat als gevolg van de stroom van Foucault-stromen, verzwakt het veld waardoor ze zijn ontstaan. Dat wil zeggen, wervelstromen verminderen de sterkte van elektromagneten. Hetzelfde geldt voor het ontwerp van onderdelen van elektromotoren en generator: rotor en stator.
Praktische toepassing
Nu over de nuttige toepassingen van Foucault-stromen. Door de uitvinding van inductiestaalovens werd een enorme bijdrage geleverd aan de metallurgie. Ze zijn zo gerangschikt dat de gesmolten metaalmassa in een spoel wordt geplaatst waar een hoogfrequente stroom doorheen stroomt. Het magnetische veld veroorzaakt grote stromen in het metaal totdat het volledig is gesmolten.
Opmerking van de auteur!De ontwikkeling van inductieovens heeft de milieuvriendelijkheid van de metaalproductie aanzienlijk vergroot en het idee van smeltmethoden veranderd. Ik werk in een metallurgische fabriek, waar ze tien jaar geleden een nieuwe hightech werkplaats met dergelijke installaties lanceerden, en een paar jaar na de ontwikkeling van nieuwe apparatuur werd de klassieke open haard gesloten. Dit geeft de productiviteit aan van deze methode om metalen te verwarmen. Wervelstromen worden ook gebruikt voor oppervlakteharden van metaal.
Visuele toepassing in de praktijk:
Naast metallurgie worden ze gebruikt bij de vervaardiging van vacuümapparaten. Het probleem is de volledige verwijdering van gassen voordat de kolf wordt afgesloten. Met behulp van Foucault-stromen worden de elektroden van de lamp verwarmd tot hoge temperaturen, waardoor het gas wordt gedeactiveerd.
Dankzij de toepassing van dit fenomeen vind je in de keuken inductiekookplaten waarop voedsel wordt gekookt. Zoals je kunt zien, hebben wervelstromen hun voor- en nadelen.
De stromen van Foucault zijn zowel heilzaam als schadelijk. In sommige gevallen brengt hun invloed geen elektrische problemen met zich mee. Een pijpleiding die in de buurt van kabellijnen wordt gelegd, vervalt bijvoorbeeld sneller zonder duidelijke redenen van derden. Tegelijkertijd hebben inductieverwarmingsapparaten zich behoorlijk goed laten zien, vooral omdat een dergelijk apparaat voor huishoudelijk gebruik zelf kan worden gemonteerd. We hopen dat u nu weet wat de wervelstromen van Foucault zijn en welke toepassing ze hebben gevonden in de productie en in het dagelijks leven.
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden ...
