Eddy strøm

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Virvelstrøm er en strøm , der induceres i en forlænget elektrisk leder i et tidsskiftende magnetfelt eller i en bevægelig leder i et tidsmæssigt konstant, men rumligt inhomogent magnetfelt. Navnet blev valgt, fordi induktionsstrømlinerne er uafhængige som hvirvler.

beskrivelse

Hvis en metalskive falder i en lige linje gennem et magnetfelt, der er vinkelret på den, inducerer dette hvirvelstrømme i disken, som igen genererer to magnetfelter, der bremser disken. ( I : konventionel strømretning)

Virvelstrømme genererer igen et magnetfelt, der ifølge Lenz's regel modvirker ændringen i feltet. Som et resultat forskydes strømmen fra lederens centrum ved høje frekvenser og store tværsnit ( hudeffekt ).

Hvis lederen har en endelig elektrisk modstand, varmes den op. I tilfælde af et magnetfelt, der ændrer sig over tid, svarer disse virvelstrømstab til et faseskift mellem strøm og spænding i spændingsspolen, der afviger fra 90 °, eller en bremsekraft i tilfælde af relativ bevægelse mellem felt og leder. Kraften skaleres lineært, effekttabet skaleres lige med frekvensen eller hastigheden, så langt hudeffekten er ubetydelig. Især forsvinder kraften, når den relative hastighed mellem felt og leder bliver nul.

En nøjagtig beregning af den aktuelle fordeling og de virkende kræfter kræver løsning af Maxwells ligninger for applikationsorienterede geometrier ved hjælp af numeriske metoder .

Anvendelser og modforanstaltninger

Amplitude og fase af hvirvelstrømmene

Virvelstrømstest bruges til ikke-destruktiv materialetest og materialekarakterisering og er baseret på måling af amplitude og fase af hvirvelstrømme.

Skærmeffekten af ikke-ferromagnetiske metalhuse mod skiftevis magnetiske felter er baseret på hvirvelstrømme i huset, hvis magnetfelt delvis kompenserer for felterne. Mængden af ​​afskærmningseffekten registreres med afskærmningsdæmpningsmængden . Det er godt, når hvirvelstrømmene er let dæmpet af elektrisk modstand.

Dæmpning af strømme fører til et faseskift i forhold til det genererende felt. I den skraverede polmotor genererer en kortslutning, der snor sig omkring den skraverede pol , et forsinket felt hen over hovedfeltet og sammen med det et roterende felt. I tilfælde af kontaktorer og trækmagneter, der drives med vekselstrøm, forhindrer en kortslutningsvikling omkring en del af ankeret, at trækkraften periodisk bliver til nul. Strengt taget er strømmen i kortslutningsviklingen ikke en hvirvelstrøm, da dens vej er forudbestemt af lederens form.

Force effekt

Tving effekter af magnetiske felter genereret af hvirvelstrømme ved hjælp af eksemplet på en metalplade, der bevæger sig hen over feltlinjerne i et eksternt magnetfelt

Et hurtigt stigende inhomogent magnetfelt afviser lukkede gode ledere. Dette bruges til magnetdannelse og elektromagnetisk pulssvejsning og med Gauss -riflen .

Bremsekraften mellem en bevægelig, lukket leder og et magnetfelt bruges i virvelstrømsbremser i jernbanekøretøjer , fritfaldstårne, cykelergometre og til at dæmpe mekaniske vibrationer i scanning af tunnelmikroskoper og bevægelsesspole- målemekanismer .

Selvom magnetfeltet bevæger sig i forhold til lederen, skabes der en kraft, og lederen kan bevæges. Også her er kraften proportional med differentialhastigheden. I asynkrone motorer , der også kan udformes som lineære motorer , genereres det roterende eller bevægelige felt elektromagnetisk. I mekaniske hastighedsmålere og omdrejningstællere afbøjer en roterende permanentmagnet en aluminiumskive mod en fjederkraft.

Virvelstrømsudskillere fungerer på en lignende måde, hvormed ikke-jernholdige metaller som kobberkabler og aluminiumsdåser eller folier adskilles fra affald ved frekvenser på op til flere kilohertz . I modsætning til magnetiske separatorer , som tiltrækker ferromagnetiske dele, i hvirvelstrømsbremser proces umagnetiske men magnetiserbare partikler frastødes af den hurtigt roterende magnetfelt. [1]

I Ferraris elmålere har virvelstrømme både en drivende og en dæmpende effekt: et magnetisk rejsefelt dannet af mængderne af strøm og spænding, der skal måles, driver en aluminiumskive, hvis rotation stærkt dæmpes af en permanent magnet.

opvarmning

Virvelstrømme i jernblokken (ovenfor) og i laminerede plader (herunder)

Induktiv opvarmning af metal (f.eks. I smelteovne, køkkengrej på induktionskogeplader , emner til induktiv hærdning eller termisk krympning) anvender et skiftevis magnetfelt. Ved fremstilling af elektronrør opvarmes en lille kop eller ring induktivt gennem glaspæren for at fordampe getteren indeni. Det er nødvendigt, at metalltruget, der skal opvarmes, inklusive dets indhold, er mindst fladt, er tilstrækkeligt elektrisk ledende i det område, der skal opvarmes og er let tilgængeligt fra andre, især flade metalbeslag i røret.

Tabene forbundet med opvarmningen er ofte en uønsket bivirkning ved brug af skiftevis magnetiske felter. Som en foranstaltning mod hvirvelstrømstab (for andre se under jerntab ) er jernkerner i transformere og elektriske motorer ikke fremstillet solide, men snarere " laminerede ". Pakkerne med hovedsageligt emaljeisolerede el- ark er orienteret parallelt med magnetfeltlinjerne , så de mulige store virvelstrømbaner afbrydes (se illustration); kun mindre hvirvelstrømme kan udvikle sig i de enkelte ark, men deres effekttab er lavt. Ved høje frekvenser, ferritter eller pulver kerner anvendes til transformatorer og drosler.

Ledere til højtydende olietransformatorer er udformet som snoede ledere (Röbel wire) med et tværsnit bestående af to tilstødende stakke isolerede flade ledninger (reducerer hvirvelstrømstab i kobberet), som kontinuerligt stables, transponeres, dvs. snoet successivt, hvilket skaber fleksibilitet til vikling . [2] Magnetviklingerne i fejlstrøm- og ledningsafbrydere består undertiden også af bundter af isolerede individuelle ledere.

For at undgå strømforskydning ( hudeffekt ) består ledere til højfrekvente vekselstrømme af sammenflettede, isolerede, parallelt forbundne individuelle ledere ( HF litz wire ).

historie

François Arago (1786–1853) foretog sine første observationer i 1824 ("roterende magnetisme"). Han fandt ud af, at med Arago-effekten sættes en magnetiseret og bevægeligt monteret stang (for eksempel en kompassnål ) i rotation af en nærliggende, roterende og ikke-magnetisk metalskive. [3] Observationen blev suppleret og forklaret af Michael Faraday (1791–1867). Det statiske magnetfelt i stangen fremkalder hvirvelstrømme i den roterende skive, hvilket igen genererer et magnetfelt, der interagerer med stangens og sætter det i gang.

Emil Lenz etablerede Lenz -reglen i 1834.

Den franske Léon Foucault (1819–1868) krediteres for at have opdaget hvirvelstrømme i 1855.

Som et resultat var det muligt at arbejde specifikt for at undgå uønskede hvirvelstrømme og at bruge hvirvelstrømme til materialeanalyse.

Hvirvelstrømme blev første gang brugt i 1879 af David Edward Hughes til metallurgiske tests som grundlag for sortering af materiale.

Se også

litteratur

  • Heinrich Kaden: Eddy -strømme og afskærmning inden for kommunikationsteknologi. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-32569-7 .

Weblinks

Commons : Eddy Current - samling af billeder, videoer og lydfiler
Wiktionary: eddy current - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. Christian Neubauer, Barbara Stoifl, Maria Tesar, Peter Thaler: sortering og genbrug af plastaffald i Østrig: status 2019 , side 95, Federal Miljøagentur, Wien / Østrig. I: Umweltbundesamt.at
  2. Kobber i elektroteknik - kabler og ledninger , Deutsches Kupferinstitut eV, Düsseldorf, marts 2000, s. 36. Hentet 6. september 2015. (PDF; 635 kB).
  3. ^ Kranier i stjernerne: Arago finder ny fysik med et kompas (1824). I: Kranier i stjernerne. 24. marts 2018, adgang til 30. marts 2021 .