Вихревые Токи. Потери электрической энергии на вихревые токи
Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля.
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: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.
Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольце.
В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и т. п., а также в некоторых конструкциях поездов для торможения.
|
|
|
Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах — в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в нём возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления.
С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок для их дегазации.
Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовление этих сердечников сплошными.
Вихретоковый контроль — один из методов неразрушающего контроля изделий из токопроводящих материалов.
Потери энергии в электродвигатели
Если электродвигатель потребляет 10 А при 120 В, то мощность, потребляемая двигателем, будет: Р=10*120= 1200 Вт, или 1,2 кВт.
Однако нельзя сказать, что этот двигатель имеет полезную мощность 1,2 кВт. Полезная мощность двигателя, измеряемая на шкиве, на конце вала всегда меньше потребляемой мощности. Разность между потребляемой и полезной мощностью теряется внутри двигателя. Отношение полезной мощности к потребляемой мощности называется коэффициентом полезного действия(КПД) и обозначается греческой буквой ῃ (эта). Посмотрим, в каких же частях двигателя происходят потери энергии.
|
|
|
Если по проводнику протекает ток, то происходит затрата энергии, и проводник нагревается. По закону Джоуля-Ленца мощность, теряемая в обмотках двигателя, определяется по формуле
Pм = I 2*R (Вт).
Эти потери называются электрическими потерями или потерями в меди двигателя. Как видно из формулы, они пропорциональны квадрату тока и сопротивлению обмотки. Очевидно, что при холостом ходе двигателя эти потери малы и быстро растут при увеличении нагрузки.
Рис.2-11. Вихревые токи в якоре. а - в массивном якоре, б - в расслоенном якоре
При вращении якоря в магнитном поле будут наводиться ЭДС не только в проводниках обмотки, но и в стальном сердечнике якоря, так как якорь пересекает линии магнитного поля. На рис. 2-11,а показано, что под северным полюсом ЭДС направлена в одну сторону, а под южным — в другую. Поэтому внутри якоря появятся токи, которые называются вихревыми токами. Ввиду того, что якорь имеет малое сопротивление, вихревые токи могут достигнуть большой величины. Они будут бесполезно нагревать якорь. Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов сердечник якоря собирается из тонких листов, изолированных один от другого слоем лака. На рис. 2-11,б показано, что при разделении длины якоря на тонкие слои вихревые токи значительно снижаются, так как ЭДС теперь наводятся на коротких участках. Другим средством снижения потерь от вихревых токов является увеличение сопротивления листов, из которых собирается якорь. Для этого в состав стали вводят добавку кремния от 1 до 3%.
|
|
|
Выделим на якоре продольную полоску и проследим ее путь при вращении якоря электродвигателя постоянного тока. Она будет пробегать то под северным, то под южным полюсом и каждый раз будет перемагничиваться. Как известно из физики, при перемагничивании имеют место потери энергии, называемые потерями от гистерезиса. Их можно уменьшить, применяя для якоря мягкую сталь с малым остаточным магнетизмом. Потери от вихревых токов и от гистерезиса называются потерями в стали якоря.
В сердечниках полюсов и в корпусе электродвигателя постоянного тока нет вихревых токов и не происходит перемагничивание, так как магнитное поле в неподвижных частях машины постоянного тока не меняется. Поэтому корпус можно сделать не из тонких листов, а из трубы.
При прохождении тока через контакт между щетками и коллектором происходит падение напряжения около 2 вольт. Если умножить падение напряжения на ток якоря, то получим потери в контакте между щетками и коллектором.
Механические потери затрачиваются на трение в подшипниках, трение щеток о коллектор и трение якоря о воздух. В микродвигателях при большой скорости вращения механические потери могут быть значительными.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 2012; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!