Вихрові струми
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Вихрові струми

Вихрові струми, струми Фуко, замкнуті електричні струми в масивному провіднику, які виникають при зміні пронизливого його магнітного потоку. Ст т. є індукційними струмами (див. Індукція електромагнітна ) і утворюються в провідному телі або унаслідок зміни в часі магнітного поля, в якому знаходиться тіло ( мал. 1 ), або унаслідок руху тіла в магнітному полі, магнітного потоку, що приводить до зміни, через тіло або яку-небудь його частина ( мал. 2 ). Величина Ст т. тим більше, чим швидше міняється магнітний потік.

загрузка...

  На відміну від електричного струму в дротах, поточного по точно певних дорогах, Ст т. замикаються безпосередньо в провідній масі, утворюючи віхреобразниє контури. Ці контури струму взаємодіють з породжувачем їх магнітним потоком. Згідно Лінь правилу, магнітне поле Ст т. направлене так, щоб протидіяти зміні магнітного потоку, що індукує ці Ст т.

  Ст т. приводять до нерівномірного розподілу магнітного потоку по перетину магнітопровода . Це пояснюється тим, що в центрі перетину магнітопровода сила Ст т., що намагнічує направлена назустріч основному потоку, є найбільшою, оскільки ця частина перетину охоплюється найбільшим числом контурів Ст т. Таке «витіснення» потоку з середини перетину магнітопровода виражене тим різкіше, чим вище частота змінного струму і чим більше магнітна проникність феромагнетика. При високих частотах потік проходіт лише в тонкому поверхневому шарі сердечника. Це викликає зменшення магнітної проникності, що здається (середньою по перетину). Явище витіснення з феромагнетика магнітного потоку, що змінюється з великою частотою, аналогічно електричному скін-ефекту і званому магнітним скін-ефектом.

  Відповідно до Джоуля — Лінь законом Ст т. нагрівають провідники, в яких вони виникли. Тому Ст т. приводять до втрат енергії (втрати на Ст т.) в магнітопроводах (у сердечниках трансформаторів і котушок змінного струму, в магнітних ланцюгах машин).

  Для зменшення втрат енергії на Ст т. (і шкідливого нагріву магнітопроводів) і зменшення ефекту «витіснення» магнітного потоку з феромагнетиків магнітопроводи машин і апаратів змінного струму роблять не з суцільного шматка феромагнетика (електротехнічній сталі), а з окремих пластин, ізольованих один від одного (наприклад, спеціальним лаком). Таке ділення на пластини, розташовані перпендикулярно напряму Ст т., обмежує можливі контури доріг Ст т. ( мал. 3 ), що сильно зменшує величину цих струмів. При дуже високих частотах вживання феромагнетиків для магнітопроводів недоцільно; у цих випадках їх роблять з магнітодіелектриків у яких Ст т. практично не виникають із-за дуже великого опору цих матеріалів.

  При русі провідного тіла в магнітному полі індуковані Ст т. обумовлюють помітну механічну взаємодію тіла з полем. На цьому принципі засновано, наприклад, гальмування рухливої системи в лічильниках електричної енергії, в яких алюмінієвий диск обертається в полі постійного магніта ( мал. 2 ). У машинах змінного струму з полем, що обертається, суцільний металевий ротор захоплюється полем із-за Ст т., що виникають в нім Взаємодія Ст т. із змінним магнітним полем лежить в основі різних типів насосів для перекачування розплавленого металу.

  До тієї ж групи механічних ефектів, викликаних Ст т., відноситься виштовхування неферомагнітних металевих тіл з поля котушки змінного струму.

  Ст т. виникають і в самому провіднику, по якому тече змінний струм, що приводить до нерівномірного розподілу струму по перетину провідника. У моменти збільшення струму в провіднику індукційні Ст т. направлені в поверхні провідника по первинному електричному струму, а в осі провідника — назустріч струму ( мал. 4 ). В результаті усередині провідника струм зменшиться, а в поверхні збільшиться. Струми високої частоти практично течуть в тонкому шарі в поверхні провідника, усередині ж провідника струму немає. Це явище називається електричним скін-ефектом. Щоб зменшити втрати енергії на Ст т., дроти великого перетину для змінного струму роблять з окремих жил, ізольованих один від одного.

  Ст т. застосовуються для плавки і поверхневого гарту металів, а їх силова дія використовується в заспокоювачах коливань рухливих частин приладів і апаратів, в індукційних гальмах (у яких масивний металевий диск обертається в полі електромагнітів) і т.п.

  Літ.: Нейман Л. Р., Калантаров П. Л., Теоретичні основи електротехніки, 5 видавництво, М., 1959.

Мал. 3. Зменшення контурів вихрових струмів в сердечнику з ізольованих один від одного пластин (в порівнянні з сердечником з суцільної маси металу); I — змінний струм.

Мал. 4. Виникнення електричного скін-ефекту в провіднику із змінним струмом. Стрільця вказує напрям струму I в деякий момент часу; пунктирні контури — вихрові струми.

Мал. 1. Вихрові струми (показані пунктиром) в сердечнику котушки, включеної в ланцюг змінного струму I; вказаний напрям вихрових струмів відповідає моменту збільшення магнітної індукції В, створюваною в сердечнику струмом.

Мал. 2. Вихрові струми (пунктирні замкнуті лінії ) в диску електричного лічильника; суцільна стрілка вказує напрям обертання диска.