Een overzicht van Eddy Currents | 5+ belangrijke applicaties

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.

Wervelstroom
Wervelstroom, afbeelding door - ChetvornoWervelstromen door magneetCC0 1.0

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:

Een overzicht van Eddy Currents | 5+ belangrijke applicaties

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.

wervelstromen in een plaat met en zonder lamellen
wervelstromen in een plaat met en zonder laminering, Image Credit - ChetvornoGelamineerde kernwervelstromen 2CC0 1.0

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 vrij zwaar en kunnen ze met hoge snelheden rijden, daarom moet het remsysteem van treinen zeer krachtig en soepel zijn. Wervelstromen maken dit mogelijk. Sterke elektromagneten kunnen wervelstromen in de rails veroorzaken. Omdat er geen wrijving is, 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 wervelstroomtoepassing, lees het artikel op wervelstroom testen, wervelstroomsensor als wervelstroomrem.

Over Amrit Shaw

Een overzicht van Eddy Currents | 5+ belangrijke applicatiesMaak verbinding met onze ex-auteur: LinkedIn(https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X