Motors za kudumu za sumaku hutumiwa katika matumizi mbalimbali ya teknolojia ya juu, lakini zina vikwazo vya kubuni. Mfano mmoja kama huo ni usikivu kwa joto la juu, ambayo inaweza kusababishwa na kutolewa kwa joto kutoka kwa mikondo inayozunguka, na hasa, mikondo ya eddy. Toleo la 5.3 programu COMSOL® inajumuisha kipengele cha kuhesabu hasara za sasa za eddy katika sumaku za kudumu za injini kama hizo. Wahandisi wanaweza kutumia matokeo haya kuelewa kikamilifu utendaji wa injini za sumaku za kudumu na kutambua njia za kuboresha utendakazi wao.
Matumizi ya motors za sumaku za kudumu katika vifaa vya hali ya juu.
Kuokoa nishati ni lengo la kawaida ambalo wazalishaji wote duniani kote wanajitahidi. Kwa mfano, fikiria sekta ya usafiri. Mwaka jana tu, China ilizindua mfumo mpya wa treni ya chini ya ardhi ya mwendo kasi ambayo inatoa uokoaji mkubwa wa nishati. Wakati huo huo, feri kongwe zaidi inayofanya kazi nchini Ufini imebadilishwa zile zake za awali injini za dizeli kwa mpya za umeme. Na katika mitaa ya London, chapa maarufu ya gari la kifahari iliwasilisha kwa mara ya kwanza gari la umeme.
Mifano hii inaonyesha mageuzi ya usafiri kuelekea mustakabali wa kijani kibichi. Pia, mifano hii imeunganishwa na ukweli kwamba kwa kusudi hili hutumia motors za sumaku za kudumu (PM). Aina hizi za motors, zilizo na sumaku badala ya vilima kwenye rotor, kawaida hupata matumizi katika matumizi ya hali ya juu. Muhimu zaidi ni matumizi yao katika magari ya umeme na mseto.
Magari ya umeme ni mojawapo ya matumizi ya motors za kudumu za sumaku. Picha kwa hisani ya Mariodo Inapatikana chini ya leseni ya Creative Commons 2.0 kutoka Wikimedia Commons.
Motors za PM zinathaminiwa sana kutokana na ufanisi wao, lakini wakati huo huo kuna vikwazo fulani katika muundo wao. Kwa mfano, sumaku za kudumu ni nyeti sana kwa joto la juu. Halijoto kama hizo zinaweza kufikiwa wakati mikondo, hasa mikondo ya eddy, inaposababisha joto kuzalishwa inapotiririka. Ingawa sehemu za rota za chuma/chuma husaidia kupunguza upotevu wa sasa wa eddy katika maeneo haya, vikwazo vya utengenezaji hufanya mchakato kuwa mgumu. Kwa hivyo, inapokanzwa kwa sumaku za kudumu inaweza kuwa muhimu sana.
Hebu tuangalie mpya mfano wa mafunzo, inapatikana katika toleo la 5.3 la COMSOL Multiphysics®, ambayo inazingatia upotevu wa sasa wa eddy katika motors za PM
Iga hasara za sasa za eddy katika motor ya kudumu ya sumaku kwa kutumia COMSOL Multiphysics®.
Wacha tuanze na jiometri ya mfano wetu. Katika mfano huu tunatumia mfano wa 3D wa motor 18-pole PM. Ili kupunguza wakati huo huo gharama za hesabu na kuzingatia jiometri nzima ya 3D ya mfano, tutatoa mfano wa pole moja kwa kutumia ulinganifu wa longitudinal na kioo.
Unaweza kuona uhuishaji wa injini nzima inayoendesha hapa chini. Inaonyesha rotor na stator ya chuma ( kijivu), vilima vya stator (vilivyotengenezwa kwa shaba) na sumaku za kudumu (bluu na nyekundu kulingana na magnetization ya radial).
Ubunifu wa motor ya sumaku ya kudumu.
Ili kuunda sehemu ya conductive ya rotor, tunatumia node ya sheria ya Ampere. Kwa sehemu zisizo za uendeshaji za rotor na stator, tunatumia node ya uhifadhi ya Magnetic flux kuhusiana na uwezo wa sumaku wa scalar.
Kwa kutumia kiolesura cha fizikia cha Mitambo ya Kuzungusha iliyojengewa ndani, ni rahisi kuiga mzunguko wa gari. Katika mfano, tunazingatia pole ya kati ya juu, ambayo rotor iko pamoja na sehemu ya pengo la hewa, inayozunguka jamaa na mfumo wa kuratibu wa stator. Tafadhali kumbuka kuwa katika kwa kesi hii Mkutano unahitajika wakati wa kukamilisha jiometri, kwani rotor na stator ni mbili katika sehemu tofauti miundo.
Ili kuhesabu na kutumia zaidi thamani ya hasara za sasa za eddy kwenye sumaku kwa wakati, tunaanzisha kigezo cha ziada. Ingawa haihitajiki kwa muundo huu, kigezo kinaweza kutumika katika uchanganuzi unaofuata wa uhamishaji joto kama chanzo cha joto kilichokadiriwa na kusambazwa kwa wakati. Kwa kuwa michakato ya joto huchukua muda mrefu kuanzisha kuliko mabadiliko ya mwelekeo wa mikondo ya eddy na hasara zinazosababishwa nao, ni muhimu kutenganisha mahesabu ya electromechanical na joto kwa ufanisi mkubwa wa hesabu.
Uchambuzi wa matokeo ya uigaji.
Kulingana na matokeo ya kuiga katika takwimu ya kwanza, tunaweza kuona usambazaji wa introduktionsutbildning magnetic katika motor katika kusimama. hali ya kusimama, kwa maneno mengine, grafu inaonyesha masharti ya awali kwa utafiti usio wa stationary. Sasa coil katika hali ya awali ni sifuri. Takwimu ya kulia inaonyesha usambazaji wa induction ya sumaku baada ya motor kugeuka sekta moja. Kwa uwazi bora, unaweza kuwatenga maeneo ya hewa na coils katika takwimu.
Kushoto: Usambazaji wa induction ya sumaku katika hali ya awali tulivu. Kulia: Usambazaji wa induction ya sumaku kwenye gari baada ya kugeuza sekta moja.
Katika grafu hapa chini tunaweza kuona jinsi upotevu wa sasa wa eddy kwenye sumaku unavyobadilika kwa wakati. Uhuishaji ulio upande wa kulia unaonyesha mabadiliko katika hasara za sasa za eddy kadri stator inavyozungusha sekta moja. Mikondo ya Eddy inaonyeshwa kwa mishale.
Kushoto: Eddy hasara ya sasa iliyopangwa dhidi ya wakati. Kulia: Badilisha katika msongamano wa upotevu wa sasa wa eddy unapozungushwa na sekta moja.
Mifano hapo juu inatoa picha kamili zaidi ya sifa za motors za PM, kwa kuzingatia hasara za sasa za eddy katika sumaku za kudumu. Taarifa hii itakuwa muhimu kwa kuboresha muundo wa motors za PM na kwa hiyo teknolojia ambayo hutumiwa.
Wacha tuweke coil ya waya kwenye uwanja wa sumaku unaobadilishana. Coil imefungwa, na hakuna galvanometer katika mzunguko, ambayo inaweza kuonyesha uwepo wa induction sasa katika mzunguko wetu. Lakini sasa inaweza kugunduliwa kwa sababu kondakta itawaka moto wakati sasa inapita ndani yake. Ikiwa, bila kubadilisha vipimo vilivyobaki vya coil, tunaongeza tu unene wa waya ambayo mzunguko unafanywa, basi iliyosababishwa emf($\varepsilon_i\sim \frac(\Delta Ф)(\Delta t)$) haitabadilika, kwa kuwa kiwango cha mabadiliko ya flux magnetic itabaki sawa. Hata hivyo, upinzani wa coil ($R\sim \frac(1)(S)$) utapungua. Matokeo yake, sasa induction itaongezeka ($ I_i $). Nguvu ambayo hutolewa katika mzunguko kwa namna ya joto ni sawa na $ I_i\varepsilon_i $, kwa hiyo, joto la kondakta litaongezeka. Na kwa hiyo, uzoefu unaonyesha kwamba kipande cha chuma, kinapowekwa kwenye uwanja wa magnetic, huwaka, ambayo inaonyesha tukio la mikondo iliyosababishwa katika waendeshaji mkubwa wakati flux ya magnetic inabadilika. Mikondo kama hiyo inaitwa mikondo ya eddy au mikondo ya Foucault.
Ufafanuzi wa mikondo ya Foucault
Ufafanuzi
Tokami Fuko inayoitwa vortex induction volumetric mikondo ya umeme, ambayo inaonekana katika waendeshaji wakati waendeshaji wamewekwa kwenye uwanja wa magnetic mbadala.
Mali ya mikondo ya Foucault
Kwa asili yao, mikondo ya eddy sio tofauti na mikondo ya induction inayotokea kwenye waya.
Mwelekeo na nguvu za mikondo ya Foucault hutegemea sura ya kondakta wa chuma, mwelekeo wa flux ya magnetic mbadala, mali ya chuma, na kiwango cha mabadiliko ya flux magnetic. Usambazaji wa mikondo ya Foucault katika chuma inaweza kuwa ngumu sana.
Katika waendeshaji ambao ni kubwa katika mwelekeo wa perpendicular kwa mwelekeo wa sasa wa induction, mikondo ya eddy inaweza kuwa kubwa sana, ambayo inaongoza kwa ongezeko kubwa la joto la mwili.
Sifa za mikondo ya eddy ili kupasha joto kondakta hutumiwa ndani tanuu za induction kwa kuyeyusha metali.
Mikondo ya Foucault, kama mikondo mingine ya induction, inatii sheria ya Lenz, ambayo ni kwamba, wana mwelekeo ambao mwingiliano wao na msingi. shamba la sumaku huzuia harakati zinazosababisha induction.
Mifano ya matatizo na ufumbuzi
Mfano 1
Zoezi. Je, "magnetic damping", ambayo hutumiwa katika vyombo vya kupima umeme?
Suluhisho. Fikiria jaribio lifuatalo. Tunapachika sindano ya sumaku nyepesi kutoka kwa uzi (Mchoro 1).
Ikiwa mshale huu umesalia yenyewe, iko katika nafasi ya usawa iliyowekwa katika mwelekeo kutoka kaskazini hadi kusini. Wakati inapotoka kwenye nafasi yake ya usawa, itazunguka kwa muda mrefu ikiwa msuguano katika kusimamishwa ni mdogo. Hebu tuweke sahani kubwa ya shaba ya molekuli muhimu chini ya mshale kwa umbali mfupi kutoka kwake. Uchafu wa oscillations ya mshale katika kesi hii utatokea haraka sana, baada ya kufanya swings moja au mbili mshale utafikia nafasi ya usawa. Sababu ni kwamba wakati sindano ya sumaku inaposonga, mikondo ya Foucault inaingizwa kwenye kondakta wa shaba, mwingiliano ambao na uwanja wa sumaku, kwa mujibu wa sheria ya Lenz, huzuia harakati ya sumaku. Nishati ya kinetic, ambayo iliwasilishwa kwa sindano ya sumaku wakati wa kushinikiza, shukrani kwa mikondo ya eddy, inageuka kuwa nishati ya ndani ya shaba, na kuongeza joto lake. Jambo hili linaitwa "kutuliza sumaku".
Mfano 2
Zoezi. Sarafu ya chuma huanguka kati ya nguzo za sumaku-umeme. Mara ya kwanza sumaku imezimwa, mara ya pili sumaku imewashwa. Je, sarafu itaanguka kwa kasi ndogo katika hali gani?
Suluhisho. Ikiwa kuna uwanja wa sumaku kati ya miti ya sumaku-umeme, basi sarafu itaanguka polepole, kana kwamba inasonga kwenye kioevu cha viscous, na sio ndani. hewa ya anga. Sarafu inapunguzwa kasi na nguvu zinazofanya kazi kutoka kwa uga wa sumaku kwenye mikondo ya eddy inayoingizwa kwenye sarafu inapoanguka kwenye uwanja wa sumaku. Kasi ya harakati zake itakuwa chini sana kuliko wakati uwanja wa sumaku umezimwa.
Jibu. Kasi ya kuanguka ni polepole wakati sumaku imewashwa.
Upepo wa kibadilishaji kiotomatiki cha maabara (LATR) hujeruhiwa kwenye msingi wa chuma wenye umbo la toroid ya mstatili (Mtini.). Ili kulinda dhidi ya mikondo ya eddy ya Foucault, msingi hutengenezwa kwa sahani nyembamba za chuma zilizowekwa na safu ya kuhami ya varnish. Msingi kama huo unaweza kufanywa kwa njia tofauti:
a) kukusanya kutoka kwa pete nyembamba zilizowekwa kwenye stack moja juu ya nyingine;
b) kukunja ukanda mwembamba mrefu wa upana h;
c) kukusanyika kutoka kwa sahani za mstatili za ukubwa l×h, kuziweka kando ya radii ya silinda.
Jaribio.
Unaweza kuona tukio la mikondo ya Foucault kwa kutumia usanidi ufuatao. Pendulum, inayojumuisha kipande cha chuma kilichosimamishwa kwenye uzi kati ya miti ya sumaku-umeme, iliyoondolewa kutoka kwa nafasi ya usawa kwa kukosekana kwa sasa katika sumaku-umeme, hufanya dhaifu. oscillations damped. Wakati sasa imewashwa, oscillations hufa karibu mara moja, na harakati ya pendulum mpaka inapoacha inafanana na harakati katika kati ya viscous. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba mikondo ya Foucault inayotokea wakati pendulum inakwenda kwenye uwanja wa magnetic ina mwelekeo huo kwamba nguvu zinazofanya juu yao kutoka kwenye shamba la magnetic huzuia harakati ya pendulum. 
Ikiwa sekta imara ya pendulum inabadilishwa na kuchana na meno ya muda mrefu, basi msisimko wa mikondo ya Foucault itakuwa vigumu sana. Pendulum itazunguka kwenye uwanja wa sumaku na karibu hakuna unyevu. Uzoefu huu unaelezea kwa nini cores za sumaku-umeme na muafaka wa transfoma hazifanywa kutoka kwa kipande kigumu cha chuma, lakini kutoka kwa karatasi nyingi zilizowekwa juu ya kila mmoja. Matokeo yake mikondo ya Foucault wanasisimua dhaifu na ushawishi mbaya wa joto la Joule unaozalishwa nao hupunguzwa sana.
Nadharia.
Toki Fuko− mikondo ya induction inayotokea katika kondakta kubwa
katika uwanja unaobadilishana wa sumaku huitwa mikondo ya Foucault. Wakati mwingine wanacheza jukumu la faida, na wakati mwingine wana jukumu mbaya.
Mikondo ya Foucault ina jukumu muhimu katika rotor motor asynchronous, inayoendeshwa na uwanja wa magnetic unaozunguka, tangu utekelezaji sana wa kanuni ya uendeshaji wa motor asynchronous inahitaji tukio la mikondo ya Foucault. Kwa kuwa mikondo ya upitishaji, mikondo ya Foucault hutawanya sehemu ya nishati ili kutoa joto la Joule. Hasara hii ya nishati katika rotor ya motor induction haina maana, lakini unapaswa kuvumilia, tu kuepuka overheating nyingi ya rotor. Lakini wakati huo huo, katika cores za sumaku-umeme za motor asynchronous, kawaida hutengenezwa na ferromagnets ambazo ni conductors, mikondo ya Foucault pia hutokea, ambayo haina umuhimu kwa kanuni ya uendeshaji wa sumaku-umeme, lakini. joto cores hizi, na hivyo kuzorota sifa zao. Lazima zishughulikiwe kama sababu mbaya. Mapambano yapo katika ukweli kwamba cores hufanywa kwa sahani nyembamba, zimetenganishwa kutoka kwa kila mmoja na tabaka za insulator, na zimewekwa ili mikondo ya Foucault ielekezwe kwenye sahani. Kutokana na hili, kwa unene mdogo wa kutosha wa sahani, mikondo ya Foucault haiwezi kuendeleza na kuwa na wiani usio na maana wa kiasi.
Joto la Joule linalozalishwa na mikondo ya Foucault hutumiwa kwa manufaa katika michakato ya joto au hata kuyeyuka kwa metali, wakati hii inageuka kuwa faida zaidi au inafaa ikilinganishwa na mbinu nyingine za joto. Ikiwa unapasha joto chuma na mikondo sana masafa ya juu, basi kutokana na athari ya ngozi, tu safu ya uso ya conductor ni joto.
(b, c) Kipande kigumu cha chuma, iko katika uwanja wa magnetic mbadala, ni conductor upinzani, kama matokeo ambayo nguvu ya mikondo ya induction ndani yake hufikia maadili makubwa.
Kwa kuwa emf iliyosababishwa ni sawa na kiwango cha mabadiliko katika mtiririko wa induction ya sumaku, ukubwa wa mikondo ya Foucault ni kubwa zaidi, kasi ya shamba la magnetic ambayo conductor iliyotolewa inabadilishwa. Kwa hiyo, tukio la mikondo ya Foucault ni rahisi kuchunguza ikiwa kondakta huingizwa kwenye cavity ya solenoid, kwa njia ya upepo ambayo sasa inayobadilika kwa kasi hupitishwa, na kusababisha uwanja wa magnetic ambao pia hubadilika kwa kasi kwa ukubwa. Katika kesi hiyo, mikondo ya Foucault katika miili mikubwa, inayoendesha vizuri hufikia nguvu ambayo joto linalozalishwa linatosha joto la mwili. Njia hii hutumiwa sana katika teknolojia ya utupu kwa kupokanzwa ndani ya kifaa cha pumped. sehemu za chuma kwa ajili ya kuwasafisha. Njia hiyo hiyo hutumiwa kwa kuyeyusha metali chini ya utupu.
Katika vipande nene kabisa, yaani kuwa na saizi kubwa katika mwelekeo, perpendicular kwa mwelekeo wa sasa wa induction, mikondo ya eddy kutokana na upinzani mdogo inaweza kuwa kubwa sana na kusababisha joto muhimu sana. Ikiwa, kwa mfano, unaweka ndani ya coil msingi mkubwa wa chuma na kupitisha sasa mbadala kwa njia ya coil, ambayo hubadilisha mwelekeo wake na nguvu mara 100 kwa pili, kufikia sifuri na kuongezeka tena, basi msingi huu utakuwa joto sana. Kupokanzwa huku husababishwa na mikondo ya induction (eddy) inayotokana na mabadiliko yanayoendelea katika mtiririko wa sumaku unaopita kwenye msingi. Ikiwa msingi huu umetengenezwa na waya nyembamba tofauti, zimetengwa kutoka kwa kila mmoja na safu ya varnish au oksidi, basi upinzani wa msingi katika mwelekeo wa perpendicular kwa mhimili wake, yaani, upinzani wa mikondo ya eddy, itaongezeka, na inapokanzwa itapungua kwa kiasi kikubwa. Mbinu hii - kugawanya vipande vikali vya chuma kwenye tabaka nyembamba zilizotengwa kutoka kwa kila mmoja - hutumiwa mara kwa mara kwa wote mashine za umeme kupunguza joto lao kwa mikondo ya induction inayotokea kwenye uwanja wa sumaku unaobadilishana. Kwa upande mwingine, mikondo ya Foucault wakati mwingine hutumiwa katika kinachojulikana kama tanuu za kuingiza joto kwa nguvu au hata kuyeyuka metali.
Transfoma.
Hata hivyo, katika hali nyingi joto linalosababishwa na mikondo ya Foucault ni hatari. Matukio hayo ni pamoja na kupokanzwa kwa cores ya transformer na, kwa ujumla, cores za chuma za kila aina ya windings kwa njia ambayo sasa mbadala inapita. Ili kuepuka inapokanzwa vile, cores hufanywa layered, kutenganisha tabaka kutoka kwa kila mmoja na safu nyembamba ya insulation iko perpendicular mwelekeo wa mikondo ya Foucault.
Kuonekana kwa feri (vifaa vya sumaku na upinzani wa juu wa umeme) hufanywa uwezekano wa uzalishaji cores imara.
(c) Katika transfoma ya chini ya nguvu, mzunguko wa magnetic umekusanyika kutoka kwa sahani P-, Sh- Na KUHUSU- umbo (Mchoro a, b, c). 
Mishipa ya sumaku iliyojeruhiwa kutoka kwa ukanda mwembamba wa chuma cha umeme au kutoka kwa aloi maalum za chuma-nikeli kama vile permalloy hutumiwa sana. Wanaweza kutumika kwa fimbo, silaha, toroidal na transfoma ya awamu ya tatu (d, e, f, g).
Athari ya ngozi.
Mikondo ya Foucault pia inaweza kutokea katika kondakta yenyewe kwa njia ambayo sasa mbadala inapita. Kuonekana kwa mikondo hiyo husababisha athari maalum ya uso (pia huitwa athari ya ngozi kutoka neno la Kiingereza ngozi, ambayo ina maana ya ngozi). Ikiwa sasa mbadala inapita kupitia kondakta wa silinda, basi wakati ambapo sasa inaongezeka, mikondo ya induction ya Foucault itaelekezwa kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu. 
Mikondo hii inaelekezwa kwenye uso wa kondakta kwa mwelekeo wa sasa wa umeme wa msingi, na kwenye mhimili wa kondakta - kuelekea sasa. Matokeo yake, sasa ndani ya conductor itapungua na kuongezeka karibu na uso. Kwa hiyo, kutokana na tukio la mikondo ya uingizaji wa Foucault, sasa itasambazwa bila usawa juu ya sehemu ya msalaba wa kondakta.
Kwa mikondo inayobadilika kwa kasi, wiani wa sasa karibu na mhimili wa kondakta ni kivitendo sawa na sifuri, na sasa yote inapita kwenye uso wa kondakta. Matokeo yake, shamba la magnetic ndani ya conductor inakuwa sawa na sifuri. Jambo hili husababisha kuongezeka kwa upinzani wa kondakta, kwani sasa haina mtiririko kupitia sehemu za ndani za kondakta. Kwa kuwa sehemu hizi za ndani zinageuka kuwa hazina maana, ili kuokoa chuma, waya za mikondo ya kubadilishana haraka hufanywa mashimo. Mikondo ya Foucault pia husababisha kupungua kwa mgawo wa kujitegemea wa kondakta. Hii inaweza kuonyeshwa kwa kutumia mfano wa conductor cylindrical.
Kwa sababu ya athari ya ngozi, haina maana kufanya makondakta katika nyaya za juu-frequency imara. Ili kupunguza upinzani, unahitaji kuongeza uso wao, na sio sehemu yao ya msalaba, yaani, kufanya waendeshaji wa umbo la tube. Katika tanuu za umeme, hali hii hutumiwa kwa kupoza zilizopo za coil, kwa njia ambayo mkondo wa mzunguko wa juu unapita, kwa msaada wa maji yanayozunguka ndani ya zilizopo.
Jenereta.
Jenereta kawaida huendeshwa na mitambo ya maji yenye kasi ya chini kiasi au injini mwako wa ndani. Wakati wa kufanya kazi na turbine za mvuke zinazozunguka kwa mzunguko 1500 − 3000
mapinduzi kwa dakika, muundo tofauti wa rotor (inductor) hutumiwa. Rotor haina protrusions, lakini ni silinda laini, uso wa nje ambayo vilima huwekwa kwenye grooves. Kwa kasi ya juu ya mzunguko, hii ni faida zaidi, kwa sababu protrusions kwenye rotor huunda vortices ya hewa na kuongeza hasara za mitambo.
Sura ya vipande vya pole kwenye protrusions ya rotor ni mahesabu maalum ili EMF iliyosababishwa katika mabadiliko ya vilima kwa muda kulingana na sheria ya sine, yaani, ili sura ya voltage na sasa iliyotolewa na jenereta ni sinusoidal.
Stator ya jenereta - sehemu yake ya stationary - ni pete ya chuma kwenye grooves ambayo vilima vya silaha vimewekwa. Ili kupunguza hasara kutokana na mikondo ya Foucault, pete hii haifanyiki bila kuendelea, lakini inajumuisha mtu binafsi. karatasi nyembamba chuma kutengwa kutoka kwa kila mmoja
rafiki.
WIZARA YA ELIMU NA SAYANSI
SHIRIKISHO LA URUSI
BAJETI YA SERIKALI TAASISI YA ELIMU YA ELIMU YA JUU YA TAALUMA.
"Chuo Kikuu cha Jimbo la KURGAN"
Muhtasari Juu ya mada "Fizikia" Mada: "Mikondo ya Foucault na matumizi yake"
Imekamilishwa na: Mwanafunzi wa kikundi T-10915 Logunova M.V.
Mwalimu Vorontsov B.S.
Kurgan 2016
Utangulizi 3
1. Toki Fuko 4
2. Misulisuko na athari ya ngozi 7
3. Utumiaji kivitendo wa mikondo ya Foucault 8
4. Utoaji wa fomula 10
4.1. Eddy nguvu ya sasa kulingana na sheria ya Ohm 10
4.2. Fomula za kukokotoa hasara kutokana na mikondo ya Foucault 10
Hitimisho 11
Marejeleo 12
Utangulizi
Uingizaji wa sasa unaweza kutokea sio tu katika mizunguko ya mstari, yaani, katika waendeshaji ambao vipimo vyao vya transverse havijali ikilinganishwa na urefu wao. Sasa induction pia hutokea katika conductors kubwa. Katika kesi hiyo, conductor si lazima kuingizwa katika mzunguko wa kufungwa. Mzunguko uliofungwa wa sasa wa induction huundwa katika unene wa kondakta yenyewe. Mikondo hiyo iliyosababishwa inaitwa vortex au mikondoFoucault.
Mikondo ya Eddy, au mikondo ya Foucault (kwa heshima ya J. B. L. Foucault) ni mikondo ya induction ya eddy ambayo hujitokeza kwa waendeshaji ama kwa sababu ya mabadiliko ya wakati wa uwanja wa sumaku ambao mwili unapatikana, au kwa sababu ya harakati ya mwili kwenye sumaku. shamba, na kusababisha mabadiliko katika mtiririko wa sumaku kupitia mwili au sehemu yake yoyote.
Kasi ya mabadiliko ya sumaku, ndivyo ukubwa wa mikondo ya Foucault inavyoongezeka.
Toki Fuko
Mikondo ya Eddy iligunduliwa kwanza na mwanasayansi wa Kifaransa D. F. Arago (1786-1853) mwaka wa 1824 katika diski ya shaba iko kwenye mhimili chini ya sindano ya magnetic inayozunguka. Kwa sababu ya mikondo ya eddy, diski ilianza kuzunguka. Jambo hili, linaloitwa jambo la Arago, lilielezewa miaka kadhaa baadaye na M. Faradays kutoka nafasi ya sheria aligundua induction ya sumakuumeme: Uga wa sumaku unaozunguka hushawishi mikondo ya eddy kwenye diski ya shaba, ambayo huingiliana na sindano ya sumaku. Mikondo ya Eddy ilisomwa kwa undani na mwanafizikia wa Ufaransa Foucault (1819-1868) na jina lake baada yake. Aligundua hali ya kupokanzwa miili ya chuma inayozungushwa kwenye uwanja wa sumaku na mikondo ya eddy.
Mikondo ya Foucault hutokea chini ya ushawishi wa kubadilisha uwanja wa sumakuumeme na kwa asili yao ya kimwili hawana tofauti na mikondo ya induction inayotokana na waya za mstari.
Lakini, tofauti na sasa ya umeme katika waya, inapita kwenye njia zilizoainishwa kwa usahihi, mikondo ya eddy imefungwa moja kwa moja kwenye misa inayoendesha, na kutengeneza mizunguko kama vortex. Mizunguko hii ya sasa inaingiliana na flux ya sumaku ambayo ilizizalisha. Upinzani wa umeme wa kondakta mkubwa ni mdogo, hivyo mikondo ya Foucault hufikia nguvu kubwa sana. Kwa mujibu wa sheria ya Lenz, uga wa sumaku wa mikondo ya eddy huelekezwa ili kukabiliana na mabadiliko ya mtiririko wa sumaku unaosababisha mikondo hii ya eddy.
|
Mchele. 1 |
Kwa mfano, ikiwa sahani ya shaba imeinama kutoka kwa nafasi yake ya usawa na kutolewa ili iingie kwa kasi υ kwenye nafasi kati ya vipande vya sumaku, basi sahani itasimama kivitendo wakati inapoingia kwenye uwanja wa sumaku (Mchoro 1) .
Kupungua kwa mwendo kunahusishwa na msisimko wa mikondo ya eddy kwenye sahani, ambayo huzuia mtiririko wa vector ya induction ya sumaku kubadilika. Kwa kuwa sahani ina upinzani wa mwisho, mikondo ya induction hatua kwa hatua hufa na sahani huenda polepole kwenye uwanja wa magnetic. Ikiwa sumaku-umeme imezimwa, sahani ya shaba itafanya oscillations ya kawaida tabia ya pendulum.
Mikondo ya Eddy pia husababisha usambazaji usio sawa wa flux ya sumaku juu ya sehemu ya msalaba wa msingi wa sumaku. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katikati ya sehemu ya msalaba wa msingi wa magnetic, nguvu ya magnetizing ya mikondo ya eddy iliyoelekezwa kuelekea mtiririko mkuu ni kubwa zaidi, kwani sehemu hii ya sehemu ya msalaba inafunikwa na idadi kubwa ya eddy. mizunguko ya sasa. "Uhamisho" huu wa flux kutoka sehemu ya kati ya mzunguko wa sumaku unaonyeshwa kwa kasi zaidi, juu ya mzunguko. mkondo wa kubadilisha na upenyezaji mkubwa wa sumaku wa ferromagnet. Katika masafa ya juu, mtiririko hupita tu kwenye safu nyembamba ya uso wa msingi. Hii husababisha kupungua kwa upenyezaji wa sumaku unaoonekana (wastani juu ya sehemu ya msalaba). Jambo la kuhama kwa flux ya sumaku inayobadilika na mzunguko wa juu kutoka kwa ferromagnet ni sawa na athari ya ngozi ya umeme na inaitwa athari ya ngozi ya sumaku.
Kwa mujibu wa sheria ya Joule-Lenz, mikondo ya eddy huwasha moto waendeshaji ambamo hujitokeza. Kwa hiyo, mikondo ya eddy inaongoza kwa hasara za nishati (hasara za sasa za eddy) katika nyaya za magnetic (katika cores ya transfoma na coils AC, katika nyaya magnetic ya mashine).
Ili kupunguza upotezaji wa nishati kwa sababu ya mikondo ya eddy (na inapokanzwa vibaya kwa mizunguko ya sumaku) na kupunguza athari ya "kuhamishwa" kwa flux ya sumaku kutoka kwa ferromagnets, mizunguko ya sumaku ya mashine na vifaa vya kubadilishana vya sasa hufanywa sio kutoka kwa kipande kigumu cha nyenzo za ferromagnetic. chuma cha umeme), lakini kutoka kwa sahani tofauti zilizotengwa kutoka kwa kila mmoja. Mgawanyiko huu katika sahani ziko perpendicular kwa mwelekeo wa mikondo ya eddy hupunguza mipaka ya uwezekano wa njia za sasa za eddy, ambayo hupunguza sana ukubwa wa mikondo hii. Katika masafa ya juu sana, matumizi ya ferromagnets kwa nyaya za magnetic haiwezekani; katika kesi hizi, zinafanywa kutoka kwa magnetodielectrics, ambayo mikondo ya eddy kivitendo haitoke kutokana na upinzani mkubwa sana wa vifaa hivi.
Mwili unaoendesha unaposogea kwenye uwanja wa sumaku, mikondo ya eddy inayosababishwa husababisha mwingiliano unaoonekana wa kimitambo wa mwili na shamba. Kanuni hii inategemea, kwa mfano, juu ya kusimama kwa mfumo wa kusonga katika mita za nishati ya umeme, ambayo disk ya alumini inazunguka kwenye uwanja wa sumaku ya kudumu. Katika mashine za sasa zinazobadilishana na shamba linalozunguka, rotor ya chuma imara inachukuliwa na shamba kutokana na mikondo ya eddy inayotokea ndani yake. Mwingiliano wa sasa wa eddy na uwanja wa sumaku unaobadilishana ni msingi wa aina anuwai za pampu za kusukuma chuma kilichoyeyuka.
Mikondo ya Eddy pia hutokea katika kondakta yenyewe, kwa njia ambayo mtiririko wa sasa unaobadilishana, ambayo inaongoza kwa usambazaji usio sawa wa sasa juu ya sehemu ya msalaba wa kondakta. Wakati wa kuongezeka kwa sasa kwenye kondakta, mikondo ya eddy ya induction inaelekezwa kwenye uso wa kondakta kando ya mkondo wa umeme wa msingi, na kwenye mhimili wa kondakta - kuelekea sasa. Matokeo yake, sasa ndani ya conductor itapungua, na kwa uso itaongezeka. Mikondo ya masafa ya juu hutiririka ndani safu nyembamba karibu na uso wa conductor, lakini ndani ya conductor hakuna sasa. Jambo hili linaitwa athari ya ngozi ya umeme. Ili kupunguza upotezaji wa nishati kwa sababu ya mikondo ya eddy, waya za AC za kipimo kikubwa hufanywa kutoka kwa nyuzi tofauti zilizowekwa maboksi kutoka kwa kila mmoja.
Katika vifaa vya umeme, vyombo na mashine, sehemu za chuma wakati mwingine husogea kwenye uwanja wa sumaku au sehemu za chuma zilizosimama huingiliana mistari ya nguvu kubadilisha nguvu ya shamba la sumaku. Sehemu hizi za chuma zinaingizwa.
Chini ya ushawishi wa haya e. d.s uvujaji katika wingi wa sehemu ya chuma mikondo ya eddy (mikondo ya Foucault), ambayo hufunga kwa wingi, na kutengeneza mizunguko ya sasa ya eddy.
Mikondo ya Eddy (pia mikondo ya Foucault) ni mikondo ya umeme inayotokea kama matokeo ya kuingizwa kwa sumakuumeme katika njia ya kupitishia (kawaida chuma) wakati mtiririko wa sumaku unaoipenya unabadilika.
Mikondo ya Eddy huzalisha fluxes yao wenyewe ya magnetic, ambayo inakabiliana na flux ya magnetic ya coil na kuidhoofisha. Pia husababisha joto la msingi, ambayo ni kupoteza nishati.
Hebu kuwe na msingi wa nyenzo za chuma. Wacha tuweke coil kwenye msingi huu na tuipitishe. Karibu na coil kutakuwa na mbadala ya sasa ya magnetic inayovuka msingi. Katika kesi hiyo, EMF iliyosababishwa itaingizwa katika msingi, ambayo, kwa upande wake, husababisha mikondo inayoitwa mikondo ya eddy katika msingi. Mikondo hii ya eddy inapasha joto msingi. Kwa kuwa upinzani wa umeme wa msingi ni mdogo, mikondo inayotokana na cores inaweza kuwa kubwa kabisa, na inapokanzwa kwa msingi inaweza kuwa muhimu.
Mikondo ya Eddy iligunduliwa kwanza na mwanasayansi wa Ufaransa D.F. Arago (1786 - 1853) mnamo 1824 kwenye diski ya shaba iko kwenye mhimili chini ya sindano ya sumaku inayozunguka. Kwa sababu ya mikondo ya eddy, diski ilianza kuzunguka. Jambo hili, linaloitwa jambo la Arago, lilielezwa miaka kadhaa baadaye na M. Faraday kutoka kwa mtazamo wa kile alichogundua.
Mikondo ya Eddy ilisomwa kwa undani na mwanafizikia wa Ufaransa Foucault (1819-1868) na jina lake baada yake. Aliita hali ya kupokanzwa kwa miili ya chuma iliyozungushwa katika mikondo ya eddy ya uwanja wa sumaku.
Kwa mfano, takwimu inaonyesha mikondo ya eddy iliyochochewa katika msingi mkubwa uliowekwa kwenye koili inayozunguka mkondo unaopishana. Uga unaopishana wa sumaku hushawishi mikondo inayofunga kando ya njia zilizo kwenye ndege zinazoelekea upande wa shamba.
Mikondo ya Eddy: a - katika msingi mkubwa, b - katika msingi wa sahani
Njia za kupunguza mikondo ya Foucault
Nguvu inayotumika inapokanzwa msingi kwa mikondo ya eddy inapunguza ufanisi bila sababu vifaa vya kiufundi aina ya sumakuumeme.
Ili kupunguza nguvu ya mikondo ya eddy, upinzani wa umeme wa mzunguko wa sumaku huongezeka; kwa hili, cores hukusanywa kutoka kwa sahani tofauti nyembamba (0.1-0.5 mm), zimetengwa kutoka kwa kila mmoja kwa kutumia varnish maalum au kiwango.
Viini vya sumaku vya mashine zote na vifaa vya sasa vinavyopishana na viini vya silaha za mashine mkondo wa moja kwa moja wamekusanyika kutoka sahani maboksi kutoka kwa kila mmoja na varnish au uso yasiyo ya conductive filamu (phosphated), mhuri kutoka karatasi chuma umeme. Ndege ya sahani lazima iwe sawa na mwelekeo wa flux ya magnetic.
Kwa mgawanyiko kama huo wa sehemu ya msalaba wa msingi wa sumaku, mikondo ya eddy imedhoofika sana, kwani mikondo ya sumaku inayoingiliana na mtaro wa sasa wa eddy hupunguzwa, na kwa hivyo, chafu inayosababishwa na fluxes hizi pia hupunguzwa. d.s., kuunda mikondo ya eddy.
Viungio maalum pia huletwa kwenye nyenzo za msingi, ambazo pia huongeza.Kwa ongezeko upinzani wa umeme chuma cha umeme cha ferromagnetic kinatayarishwa na kiongeza cha silicon.
Viini vya koili (bobbins) hutengenezwa kutoka kwa vipande vya waya wa chuma uliofungwa. Vipande vya chuma vinawekwa sawa na mistari ya magnetic flux. Mikondo ya Eddy inapita katika ndege perpendicular kwa mwelekeo wa flux magnetic ni mdogo na gaskets kuhami. Magnetodielectrics hutumiwa kwa mizunguko ya sumaku ya vifaa na vifaa vinavyofanya kazi kwa masafa ya juu. Ili kupunguza mikondo ya eddy katika waya, mwisho huo hufanywa kwa namna ya kifungu cha waendeshaji binafsi, maboksi kutoka kwa kila mmoja.
Utumiaji wa mikondo ya Foucault
Mikondo ya Eddy imepata matumizi muhimu katika kifaa cha kuvunja diski ya sumaku mita ya umeme. Inazunguka, diski inavuka. Mikondo ya Eddy hutokea kwenye ndege ya diski, ambayo, kwa upande wake, huunda fluxes zao za magnetic kwa namna ya zilizopo karibu na sasa ya eddy. Kuingiliana na shamba kuu la sumaku, mtiririko huu hupunguza diski.
Katika baadhi ya matukio, kwa kutumia mikondo ya eddy, inawezekana kutumia shughuli za kiteknolojia ambazo haziwezi kutumika bila mikondo ya juu-frequency. Kwa mfano, wakati wa kutengeneza vyombo na vifaa vya utupu, ni muhimu kusukuma kwa uangalifu hewa na gesi zingine kutoka kwa silinda. Hata hivyo, katika fittings za chuma, iko ndani ya silinda, kuna mabaki ya gesi ambayo yanaweza kuondolewa tu baada ya kutengeneza silinda. Ili kufuta kabisa fittings, kifaa cha utupu kinawekwa kwenye uwanja wa jenereta ya mzunguko wa juu; kama matokeo ya hatua ya mikondo ya eddy, fittings huwashwa hadi mamia ya digrii, na gesi iliyobaki haipatikani.
Mikondo ya Eddy hupatikana maombi muhimu pia wakati wa ugumu wa uso na mikondo ya juu ya mzunguko.
Matumizi ya mikondo ya eddy katika ugumu wa induction ya metali