7. Вихревые токи

В озникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать э. д. с. не только в проводах или витках ка­тушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти э. д. с. яв­ляются причиной появлений индуктированных токов, которые дейст­вуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых. Например, при из­менении магнитного потока, созданного катушкой 1 (рис. 59, а), в ее стальном сердечнике 2 индуктируются вихревые токи, замыкающиеся в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Вихревые токи возникают также в сердечниках 3 якорей и роторов электрических машин при вращении их в магнитном поле (рис. 59, б). Природа вихревых токов такая же, как и токов, индуктированных в обычных проводах или катушках. Благодаря очень малому сопротивлению массивных проводников вихревые токи даже при небольшой индуктированной э. д. с. достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих проводников.

Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В элек­трических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелатель­ны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, соз­дают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают со­гласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных листов электротехнической стали 1 толщиной 0,35—1,0 мм, изолированныходин от другого слоем изоляции 2 (лаковой пленкой, окалиной, обра­зующейся при отжиге листов, и пр.). Благодаря этому преграждается путь распространению вихревых токов (рис. 60) и уменьшается поперечное сечение каждого отдельного проводника, через которое протекают эти токи, что приводит к уменьшению силы тока.

2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5% кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления. Бла­годаря этому достигается снижение силы вихревых токов, протекающих по сердечникам электрических машин и аппаратов.

Потери мощности от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции В магнитного поля и квадрату частоты f его изменения. При увеличении индукции и частоты изменения магнитного поля, а также при увеличении частоты вращения роторов и якорей электрических машин эти потери резко возрастают.

Использование вихревых токов. В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, при помощи вихревых токов расплавляют металлы (рис. 61, а). Для этой цели тигель с ме­таллом помещают в изменяющееся магнитное поле, которое индукти­рует вихревые токи, расплавляющие металл. Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке (рис. 61, б), а также осуществляют поверхностный нагрев, не­обходимый для закалки металлических изделий (рис. 62). Ввиду того, что в этих случаях требуется увеличить тепло, выделяемое вихревы­ми токами, т. е. получить большие вихревые токи, для индуктирова­ния их используют магнитные поля, изменяющиеся с большой ско­ростью. Такие поля могут быть созданы при помощи специальных индукторов, выполненных в виде одного или нескольких витков, по которым проходят переменные быстроизменяющиеся токи — так на­зываемые токи высокой частоты.