4.2. Вихревые токи
Практически все электромагнитные устройства имеют магнитопровод из ферромагнитного материала. В цепях переменного тока в магнитопроводе создается переменный магнитный поток и, как следствие, возникают вихревые токи. Рассмотрим процесс их возникновения на примере катушки с магнитопроводом (рис. 7.6).
Выделим на магнитопроводе несколько сечений. Каждое сечение представляет собой замкнутый виток, в котором переменным потоком индуцируются Э.Д.С. и ток, направленные в плоскостях, перпендикулярных оси магнитного потока. Такие токи замыкаются вокруг оси магнитного потока и называются вихревыми.
Направление вихревых токов определяется правилом Ленца. При увеличении магнитного потока вихревые токи направлены по часовой стрелке (если смотреть на сердечник сверху), при уменьшении – против.
В
соответствии с законом Ленца-Джоуля
вихревые токи приводят к выделению
теплоты в сердечнике. Это явление
используется на практике для нагревания
металлов (плавление стали, резка и др.).
В магнитопроводе электрических машин,
трансформаторов и электрических
аппаратов вихревые токи приводят к
потерям энергии на нагрев.
Для уменьшения потерь за счет вихревых токов магнитопроводы собирают из листовой электротехнической стали. Толщина листа достаточна малая (0,3 ÷ 1 мм). Каждый лист изолируется специальным лаком. В результате такой конструкции контуры, по которым замыкаются вихревые токи, оказываются разрезанными на части и изолированными друг от друга. Дополнительно, для уменьшения силы вихревых токов увеличивают удельное сопротивление материала сердечника. Для этого в электротехническую сталь вводится присадка кремния до четырех процентов.
ЛЕКЦИЯ 8. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
При возникновении электрического тока в проводящем контуре одна часть энергии источника питания расходуется на преодоление электрического сопротивления контура и превращается в теплоту, а другая запасается в виде энергии магнитного поля Wм.
1. Энергия магнитного поля уединенного
КОНТУРА ИЛИ КАТУШКИ С ТОКОМ
Для определения энергии магнитного поля уединенного контура с током I воспользуемся рис. 8.1 и формулами (5.14)
A = ΔФ·I
и (5.15)
.
У
чтем,
что в процессе возникновения тока в
контуре он не остается постоянным, а
увеличивается от 0
до I.
Но так как
,
то очевидно, что вместе с изменением
тока I
изменяется и потокосцепление
.
При таких условиях оба множителя в (5.14) являются переменными, поэтому с помощью этой формулы можно определить только приращение энергии dWм за некоторый бесконечно малый промежуток времени, в течение которого ток в контуре можно считать постоянным:
,
(8.1)
где i
– промежуточное значение тока между 0
и I,
принятое неизменным в течение бесконечно
малого промежутка времени;
– приращение потокосцепления за тот
же промежуток времени.
Если индуктивность контура постоянна, то зависимость между потокосцеплением и током графически изображается прямой линией (рис. 8.1).
Согласно (8.1) изменение энергии при токе I выразится заштрихованным элементом площади. Энергию при потокосцеплении и токе I можно определить суммой таких элементов, т. е. площадью прямоугольного треугольника с катетами и I:
.
Учитывая формулу (5. 15), запишем и другие выражения для определения энергии магнитного поля
[Дж].
(8.2)