Вихрові струми

Розглянемо металевий сердечник усередині котушки зі змінним струмом- (мал. 10.12, а). При зазначеному напрямку струму магнітний потік в серцевині спрямований уздовж осі сердечника вгору.

Металевий сердечник можна подумки розділити на ряд замкнутих на себе шарів, вісь яких збігається з віссю сердечника. Кожен такий шар являє собою замкнутий виток, в якому змінним потоком индуктируются е. р. с. і струм, спрямовані в площинах, перпендикулярні осі магнітного потоку.

Розглядаючи сукупність таких замкнутих контурів, можна уявити собі в тілі сердечника вихрові струми, що замикаються навколо осі магнітного потоку. Напрямок вихрових струмів визначається правило Ленца.

При збільшенні магнітного потоку вихрові струми направлені за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на сердечник зверху. Вихрові струми згідно з законом Ленца Джоуля супроводжуються виділенням тепла в серцевині. Це явище використовується на практиці для нагрівання металів (плавлення сталі, нагрівання під гарт і інших цілей).

У сердечниках електричних машин, трансформаторів і електричних апаратів теж виникають вихрові струми. Але тут вони небажані тому що збільшують загальні втрати енергії в пристроях і викликають додатковий їх нагрівання.

Для зменшення втрат енергії сердечники пристроїв змінного струму збираються з листової електротехнічної сталі (товщина

0,35 мм), листи якого ізолюються один від одного спеціальним лаком.

Зменшення вихрових струмів таким способом досягається завдяки тому, що контури, за яким у суцільному сердечнику замикаються вихрові струми, виявляються що розрізають на частини, ізольовані один від одного (мал. 10.12, б). Крім того, ослаблення вихрових струмів досягається збільшенням питомого електричного опору матеріалу сердечників. Для цього в електротехнічну сталь вводиться присадка кремнію до 4%.

Енергія магнітного поля в системі магнітно-пов'язаних контурів (котушок)

Визначимо енергію магнітного поля в системі двох магнітно-пов'язаних контурів (котушок) з струмами.

Енергія магнітного поля цієї системи накопичується в процесі встановлення струмів в обох контурах, причому в процесі накопичення певний вплив має взаємне потокозчеплення.

За законом збереження енергії, загальний запас енергії в магнітному полі не залежить від послідовності встановлення струму в контурах.

Враховуючи це, задамо певну послідовність встановлення струмів в контурах: спочатку струм збільшується від 0 до I₁ в першому контурі, а після цього - від 0 до I₂ у другому контурі.

При зміні струму в першому контурі змінюється власне потокозчеплення першого контуру від 0 до Ψ_1.1 і взаємне потокозчеплення другого контуру від 0 до Ψ_1.2..

Енергія в системі визначається тільки зміною власного потокозчеплення і при сталому струмі I₁ виражається формулою (11.13):

Енергія, яка визначається зміною взаємного потокозчеплення, дорівнює нулю, так як у другому контурі струм дорівнює нулю.

При зміні струму в другому контурі змінюються- власне потокозчеплення другого контуру від 0 до Ψ_2.2. та взаємне потокозчеплення першого контуру від 0 до Ψ_2.1..

Взаємне потокозчеплення другого контуру при цьому не змінюється , так як струм у першому Контурі вже встановився.

До запасу енергії W_1.1.M додаються енергія, яка визначається зміною власного потокозчеплення другого контуру:

і енергія, яка визначається зміною взаємного потокозчеплення першого контуру:

Остання частина енергії виражена за формулою (8.21), так як магнітне поле другого контуру взаємодіє з постійним струмом першого контуру.

Враховуючи незалежність енергії магнітного поля від послідовності встановлення струмів в контурах або беручи до уваги, що M_2.1.=M_1.2.=M , отримаємо остаточно

Знак перед виразом МI₁I₂ в рівнянні (11.14) залежить від способу включення контурів (котушок).

При згодному включення взаємне потокозчеплення збігається по напряму з власним, тому енергія взаємозв'язку входить до рівняння зі знаком плюс. При зустрічному включення взаємне потокозчеплення направлено проти власного, тому енергію взаємозв'язку тією ж формулою потрібно взяти зі знаком мінус.