Hier bestuderen we wervelstromen en wat wordt bedoeld met elektromagnetische demping. Maar veranderende magnetische flux induceert ook stromen in bulkstukken van geleiders, en hun stromingspatroon lijkt op dat van wervelende wervelingen in het water.
François Arago, een wiskundige en zelfs de 25e premier van Frankrijk, observeerde voor het eerst de wervelstromen in 1824. Later ontdekte een natuurkundige genaamd Foucault deze stromen, die expliciet worden aangeduid als wervelstromen.
Een eenvoudige demonstratie van wervelstroom
De oorzaak en het gevolg van wervelstromen kunnen, zoals gezegd, worden begrepen door een eenvoudig experiment. Een koperen plaat zwaait als slingers.
Deze veroorzaken hindernissen in de zwaaiende beweging van de plaat, en daardoor wordt de zwaaiende beweging gedempt. Na verloop van tijd komt de plaat in het magnetische veld tot stilstand.
Dit elektromagnetische dempingseffect kan worden verminderd door het beschikbare gebied voor wervelstromen te verkleinen. Als we daarom rechthoekige sleuven en gaten in de plaat kunnen aanbrengen en omdat de magnetische momenten van de geïnduceerde stromen afhangen van het gebied dat erdoor wordt omgeven, kunnen we de elektromagnetische demping verminderen en de plaat vrijer zwaaien.
KRACHT VAN WERVELINGSSTROMEN
Het dissipatievermogen van wervelstromen kan worden uitgedrukt als:
Waar,
P verwijst naar het verloren vermogen per massa-eenheid.
Bp verwijst naar de maximale magnetische velden.
d verwijst naar de dikte.
f verwijst naar de frequentie.
k verwijst naar een constante.
ρ verwijst naar de soortelijke weerstand.
D verwijst naar de dichtheid.
Wervelstroom wordt verminderd door lamellen in de metalen kern te gebruiken. Hierdoor wordt de grootte aanzienlijk verminderd.
Omdat de dissipatie van energie in de vorm van warmte afhangt van kwadraten van de grootte van de wervelstromen, wordt het warmteverlies en vervolgens het energieverlies verminderd. Energieverliezen kunnen verder worden verminderd door dunnere laminering te gebruiken met ijzer met een zeer laag koolstofgehalte of zacht ijzer en draden met grotere doorsneden.
Hier is een eenvoudig experiment waarbij we elektromagnetische demping kunnen opmerken.
Twee holle dunne cilindrische buizen met dezelfde geometrische oriëntaties, maar de ene is gemaakt van aluminium en de andere een PVC-buis wordt verticaal geklemd. Een cilindrische magneet met een diameter die iets kleiner is dan die van de cilinderdiameters valt door beide pijpen zodanig dat ze de binnenwanden van de cilindrische pijpen niet raken. De magneet die door de PVC-buis valt, heeft evenveel tijd nodig om uit de buis te komen als bij een val van dezelfde hoogte zonder buis. De magneet in de aluminium buis heeft relatief meer tijd nodig om uit de buis te komen.
Dit komt door de wervelstromen die worden geproduceerd in de aluminium buis die de veranderende magnetische flux tegenwerken wanneer de magneet door de aluminium buis beweegt. Omdat PVC een isolator is, worden er geen wervelstromen gevormd. Dit fenomeen waarbij een vertragende kracht als gevolg van de wervelstromen de beweging van een object beperkt, staat bekend als elektromagnetische demping.
TOEPASSINGEN VAN WERVELSTROMEN
Hoewel wervelstromen bij sommige toepassingen ongewenst zijn, zijn er veel toepassingen waarbij wervelstromen noodzakelijk zijn voor hun werking. Sommigen van hen zijn magnetisch remmen in treinen, elektromagnetische demping, inductieoven, elektriciteitsmeters, levitatie, identificatie van metalen, trillings- en positiedetectie, structurele testen, enz. Sommige zijn als volgt in detail uitgelegd:
- Magnetisch remmen in treinen: zoals we weten, zijn de treinen behoorlijk zwaar en kunnen ze met grote snelheden rijden, daarom zou het remsysteem van treinen zeer krachtig en soepel moeten zijn. Wervelstromen maken dit mogelijk. Krachtig elektromagneten kan wervelstromen in de rails veroorzaken. Omdat er geen sprake is van wrijving omdat er geen mechanische verbindingen zijn; vandaar dat het remsysteem erg soepel wordt. Maar deze toepassing wordt alleen in sommige elektrisch aangedreven treinen gebruikt.
- Inductieoven: ze worden gebruikt om ijzer, staal, koper, aluminium en andere edele metalen te smelten voor lasdoeleinden, omvormingsdoeleinden of voor het maken van legeringen. In een inductieoven produceert de wervelstroom zeer hoge temperaturen die voldoende geschikt zijn om de metalen te smelten.
- Elektromagnetische demping: Weinig meetinstrumenten zoals galvanometers maken gebruik van het effect van wervelstromen om de beweging tegen te gaan. Ze hebben een vaste kern die is gemaakt van een niet-magnetisch maar metallisch materiaal waarin de wervelstromen worden gegenereerd wanneer de spoel oscilleert, die op zijn beurt de beweging van de spoel tegenwerkt en deze snel in rustpositie brengt.
- Afstotende effecten en levitatie: wanneer een veranderend magnetisch veld wordt aangelegd, induceert het wervelstromen die het gedrag vertonen van diamagnetisch-achtige afstoting waardoor een metaal of enig ander geleidend materiaal een afstotende kracht zal ondergaan.
Voor meer informatie over de wervelstroomtoepassing kunt u het artikel lezen op wervelstroom testen, wervelstroomsensor en wervelstroomrem.
Lees ook:
- Magnetisch veld versus magnetische inductie
- Is neodymium magnetisch
- Is kevlar magnetisch
- Zijn sieraden magnetisch
- Magnetisch veld en tijd
- Is pyriet magnetisch
- Is sleutel magnetisch
- Magnetisch veld en stroom
- Is zink magnetisch
- Keert het magnetische veld om?
Hallo, ik ben Amrit Shaw. Ik heb Master in Elektronica gedaan.
Ik vind het altijd leuk om nieuwe uitvindingen op het gebied van elektronica te ontdekken.
Persoonlijk ben ik van mening dat leren enthousiaster is als het met creativiteit wordt geleerd.
Daarnaast houd ik van gitaar tokkelen en reizen.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!