19.2 Вихрові струми. Втрати в сталі

Згідно правилу Ленца у провіднику виникають індуковані струми. Якщо провідник рухається у магнітному полі, то ці індуковані струми виявляються короткозамкненими у речовині провідника. Ці струми називають вихрові (кільцеві) чи струмами Фуко - в ім’я французького вченого, який їх відкрив та вивчив. Вони у свою чергу створюють магнітне поле, яке протидіє руху провідника. Наприклад, якщо в обмотці котушки з масивним стальним осердям проходе змінний струм, то в осерді наводяться вихрові струми, які замикаються у площині, яка перпендикулярна вектору магнітної індукції. Також, вихрові струми виникають при обертанні в магнітному полі якоря електричної машини.

Внаслідок вихрових струмів виділяється велика кількість тепла, що приводе до нагріву сталі й втрат електроенергії. Також вони чинять розмагнічення, створюючи МРС, яка направлена назустріч основної МРС (правило Ленца). Тобто в електричних машинах та апаратах ці струми небажані - вони викликають додаткові втрати й приводять до зниження ККД.

При суцільному осерді площа перетину шляхів замикання струмів велика, отже їх опір малий і струми можуть досягти великих значень. Для їх зменшення осердя електричних машин та апаратів виготовляють не суцільним, а збирають з тонких пластин (товщиною 0,2 ÷ 0,5 мм ), ізольованих один від одного лаком. Щоб вихрові струми були мінімальні, поверхні листів осердя розміщують паралельно магнітним лініям. Таке виконання магнітопровода дає значне збільшення опору шляхів замикання струмів й приводить до їх зменшення.

Також, для виготовлення осердя використовують спеціальний сорт сталі з великим питомим опором - леговане залізо, яке містить до 4,8% кремнію. Домішок кремнію не змінює магнітних властивостей заліза, але збільшує його питомий опір, внаслідок чого зменшуються вихрові струми й втрати електроенергії.

Питома потужність втрат у сталі від вихрових струмів, як й втрати від гістерезису, залежить від матеріалу, максимальної магнітної індукції та від кількості циклів перемагнічування у секунду (частоти перемагнічування). Позначається - .

Теплова дія вихрових струмів знайшла й корисне використання: в електрометалургії - індукційні печі для отримання високоякісних сплавів; також для закалювання деталей, інструментів й для сушки матеріалів, нагріву рідин та газів у металевих сосудах. В цих приладах деталь яку нагрівають поміщують у змінне магнітне поле, яке породжується струмом у котушці-індукторі.

Якщо маятник з суцільного куска алюмінію чи міді привести до руху між полюсами електромагніта, то при відключеному струмі в котушці магніту, маятник качається. При ввімкненні струму виникають вихрові струми й маятник зупиняється. Тобто, вихрові струми викликають гальмування. Якщо в маятнику зробити смуги, то струми Фуко зменшуються й маятник зупиняється за більший час. Чим більше смуг, тим менше вихрові струми й гальмування маятника. Цю властивість вихрових струмів використовують для приладів заспокоювачів стрілок гальванометрів й в індукційних лічильниках електроенергії для гальмування обертів алюмінієвого диску лічильника.

Втрати в магнітопроводі від гістерезису та вихрових струмів називають втратами в сталі - .

Для визначення втрат у сталі на практиці використовують довідники, в яких вже вказана питома потужність загальних втрат у сталі (від гістерезису та вихрових струмів) в залежності від значення амплітуди магнітної індукції та марки сталі:

де - маса сталі магнітопроводу, кг