Вихрові струми

В електронних апаратах, пристроях і машинах залізні деталі час від часу рухаються в магнітному полі або нерухомі залізні деталі перетинаються силовими лініями мінливого за величиною магнітного поля. У цих залізних деталях индуктируется ЕРС самоіндукції.

Під дією цих е. д. з. в масі залізної деталі протікають вихрові струми (струми Фуко), які замикаються в масі, утворюючи вихрові контури струмів. Вихрові струми породжують свої власні магнітні потоки, які, за правилом Ленца, протидіють магнітному потоку котушки і послаблюють його. Крім того, вони викликають нагрів сердечника, що є нікчемною розтратою енергії.

Нехай є сердечник з залізного матеріалу. Помістимо на цей сердечник котушку, по якій припустимо змінний струм. Навколо котушки виявиться змінний магнітний струм, що перетинає сердечник. При цьому в серцевині стане наводитися индуцированная ЕРС, яка, в свою чергу, викликає в осерді струми, іменовані вихровими. Ці вихрові струми нагрівають сердечник. Тому що електричний опір сердечника невелика, то наводяться в сердечниках індуковані струми можуть надаватися досить великими, а нагрів сердечника - значущим.

У перший раз вихрові струми були виявлені французьким ученим Д.Ф. Араго (1786 - 1853) в 1824 р в мідному диску, розташованому на осі під обертається магнітною стрілкою. За рахунок вихрових струмів диск приходив в обертання. Це явище, назване явищем Араго, було пояснено пару років по тому M. Фарадеем з позицій відкритого ним закону електричної індукції.

Вихрові струми були ретельно вивчені французьким фізиком Фуко (1819-1868) і названі його ім`ям. Він назвав явище нагрівання залізних тіл, що обертаються в магнітному полі, вихровими струмами.

Методи зменшення струмів Фуко

Потужність, що витрачається на нагрів сердечника вихровими струмами, марно знижує ККД технічних пристроїв електричного типу.

Щоб зменшити потужність вихрових струмів, нарощують електричний опір муздрамтеатру, для цього сердечники набирають з окремих тонких (0,1- 0,5 мм) пластинок, ізольованих один від одного за допомогою спеціального лаку або окалини. У матеріал сердечника вводять спеціальні добавки, також збільшують його електричний опір.

Сердечники деяких котушок (бобін) набирають зі шматків відпаленого сталевого дроту. Смуги заліза розташовують паралельно лініям магнітного потоку. Вихрові ж струми, що протікають в площинах, перпендикулярних напрямку магнітного потоку, обмежуються ізолюючими прокладками. Для магнітопроводів приладів і пристроїв, що працюють на високій частоті, використовують магнетодіелектрікі. Щоб знизити вихрові струми в проводах, останні виготовляють у вигляді джгута з окремих жив, ізольованих один від одного.

Ліцендрат - це система переплетених мідних проводів, в якій будь-яка жила ізольована від сусідніх. Ліцендрат призначений для використання на високочастотних токах для запобігання появи паразитних струмів і струмів Фуко.

Застосування струмів Фуко

Корисне застосування вихрові струми відшукали в пристрої магнітного гальма диска електронного лічильника. Обертаючись, диск перетинає магнітні силові лінії незмінного магніту. У площині диска з`являються вихрові струми, які, в свою чергу, роблять свої магнітні потоки у вигляді трубочок навколо вихрового струму. Взаємодіючи з головним полем магніту, ці потоки гальмують диск.

У ряді випадків, застосовуючи вихрові струми, можна використовувати технологічні операції, які неможливо застосувати без струмів високої частоти. Наприклад, під час провадження вакуумних пристроїв і пристроїв з балона необхідно ретельно відкачати повітря та інші гази. Але в залізній арматурі, що знаходиться всередині балона, є залишки газу, які можна видалити тільки після заварювання балона. Для повного знегажування арматури вакуумний прилад поміщають в поле частотного генератора, в результаті дії вихрових струмів арматура гріється до сотень градусів, залишки газу при цьому нейтралізуються.

Вихрові струми знаходять корисне застосування також при індукційній плавці металів і поверхневому загартуванню струмами високої частоти.