フーコー電流から保護するにはどの方法がより効果的ですか? 風子流の有益な効果と有害な効果。

30.09.2019

一般に受け入れられているように、「フーコー電流とは、交流磁場の中にある巨大な導体に生じる電流です。フーコー流には渦の性質があります。通常の誘導電流が薄い閉じた導体に沿って流れる場合、渦電流は巨大な導体の厚さの内側に閉じられます。同時に、それらはもはや通常の誘導電流と変わりませんが」。レンツの法則によれば、これらの電流は、それを引き起こした原因を打ち消すような方向に向けられます。「したがって、強い磁場の中を移動する導体は、フーコー電流と磁場との相互作用により強い抑制を受けます。磁場» . 「フーコー電流は交流磁場を遮蔽し、交流磁場が導体に深く浸透しないようにします。ただし、フーコー電流はオーム抵抗により永久に存在できないため、静磁場をシールドすることはできません。静磁場は導体を自由に貫通します。ただし、磁場の変化が速くなると、導体に浸透する深さが浅くなります。抵抗損失が小さい良好な導体では、非常に中程度の周波数で磁界侵入深さの減少が顕著になります。」。これはフーコー電流の消磁効果によるものと考えられています。それ「それは、コアの中央部でより顕著であり、その表面ではあまり顕著ではありません。なぜなら、コアの中央部の領域は、表面に近い領域よりも大きな渦電流によって覆われているからです。」。確立されているように、超電導体では導体抵抗がないため、この効果は直流であっても固有のものです。「外部の一定磁場に置かれた超伝導体が冷却されると、超伝導状態への移行の瞬間に、磁場はその体積から完全に移動します。これは、超伝導体と、抵抗がゼロに低下しても体積内の磁場誘導は変化しないはずの理想伝導体とを区別するものです。」 .

内で理論物理学、フーコー流の渦の性質、したがって渦の性質の一般的な認識に基づいています。電界、それらの説明はマクスウェル方程式の帰納対に基づいています。

導体の自由電荷の密度 ρ がゼロに等しいと仮定し、電流密度と電界強度の標準的な関係を仮定します。

フーコー電流と表皮効果を記述する磁場強度の方程式が得られます。

同時に「オームの法則による渦電流の強さは、

ここでΦ メートル– 電流回路に結合する磁束、R– 渦電流回路の抵抗。この抵抗を計算するのは困難です。しかし、導体の導電率が高く、寸法が大きくなるほど、導体が小さくなるのは明らかです。」 .

したがって、フーコー電流からの損失を計算するには、通常、固有の損失が鉄の種類、鉄板の厚さ、誘導磁場の周波数、およびこの磁場の最大誘導に依存する近似式が使用されます。

ご覧のとおり、フーコー電流の性質は導体の導電率のみに関連しており、その構造は金属の導電率の事実によってのみ決定され、それは強磁性材料、パラ磁性材料、反磁性材料のいずれでも同じです。これらの電流の方向は、誘導交流磁場とは反対ですが、示された物質自体は外部磁場では基本的に異なる動作をします。知られているように、反磁性体は外部磁場の方向と反対の方向を向いた独自の磁場を生成し、パラ磁性体と強磁性体は外部磁場の方向を向いた磁場を生成します。反磁性体には、特に不活性ガス、分子状水素および窒素、亜鉛、銅、金、ビスマス、パラフィンなどが含まれます。空気。強磁性材料には、特に鉄、ニッケル、コバルトが含まれます。しかし、この違いはフーコーの流れの本質に大きな影響を与えるとは考えられていない。

実施された実験でもこの違いは明らかではありません。それらのほとんどは、不均一な磁場中での導電体の落下を制動したり、金属振り子の振動を減衰したりすることに帰着します。実験用と思われる「銅またはアルミニウムのプレートは抵抗率が低いため、これらのプレートを使用することをお勧めします。その結果、彼らの現在の力はより大きくなり、その効果はより明確に現れるでしょう。」 .

フーコー電流を使った 2 番目の実験は、導電体と誘電体の両方の誘導加熱 (特に木材の乾燥) に関連しています。このプロセスの理論は、マクスウェルの方程式と誘導電場の渦の性質に基づいた同じ基礎を持っています。標準ベースの使用により、モデリングの基礎となる重点も決まります。また、強磁性体の透磁率の温度変化は考慮されていますが、強磁性体の場合に限って言えば、磁石の種類によるフーコー電流の大きな違いはありません。アルミニウムの誘導加熱に特化した研究では、現象学的基礎もまた、励磁場と反対方向に場を励起する渦電流の標準的な表現に還元され、プロセスのモデル化はこれに基づいています。

同時に、工業的に生産された家庭用電磁調理器の場合、主な動作条件は使用される調理器具の強磁性材料です。他の材料では、たとえ非強磁性鋼であっても、炉は機能しません。これは、プロセス自体の科学的発展と技術的利用が豊富であるにもかかわらず、既存の渦電流モデルでは考慮されていない特定のニュアンスを示しています。

渦電流の特性を研究するために、図に示すように、互いに直交する巻線を備えた特別なヘッドが開発されました。 1.

米。 1. 渦電流を研究するためのヘッドの図と全体図 (a)、およびコア内の瞬時渦電流の図 ( 私 2) と表紙の 4 ( 私 3) 標準コンセプトの観点から見たこのヘッド (b) 一次巻線の瞬間電流私 1 ; 1 – 強磁性材料製のコア (変圧器鉄 E330)、2 – ワイヤ ø0.23 を 110 回巻いた一次単列単線巻線、3 – ワイヤ ø0.23 を 110 回巻いた二次単列単列巻線、4 – カバー研究中の材料で作られたプレートの寸法は 15x15x6 mm

両方のヘッド巻線は、相互の直角度を調整するために可動フッ素樹脂フレームに巻かれました。研究中のパッドのサイズは、さらなる研究から明らかになる目的のために、巻き線のないスペースよりわずかに大きくなるように選択されました。コアとライニングで発生する誘導電流を、これらの電流の逆渦の性質に関する現代の考え方の観点から図に示します。 1b. この構造からわかるように、非対称ライニングが適用される場合、二次巻線の巻線に対するこれらの電流の相互直角性により、二次巻線に電流は基本的に発生できません。

実験の電気回路を図に示します。 2.

米。 2. 実験の電気図。

実験は周波数 20 kHz、入力信号の振幅 2 V、オシロスコープの同期は外部で行われ、ヘッドの一次巻線に供給される信号に従って実行されました。

4 つの素材がライニングとして使用され、ヘッドの隅に非対称に取り付けられました。銅 - 反磁性、アルミニウム - 常磁性、変圧器鉄、フェライト - 強磁性です。オーバーレイの種類を図に示します。 3.

米。 3. 研究で使用されたオーバーレイの種類。

すべてのオーバーレイは複数のレイヤーで構成されています。銅パッドには 8 層、アルミニウム - 4 層、鉄 - 20 層、フェライト - 2 層が含まれていました。これらはすべてステルス接着剤で接着されました。各パッドに貼り付けられたポジションインジケーターは中央に設定されました。ヘッドの目盛りも一次巻線の中央に垂直に設定しました。全体図取り付けは図に示されています。 4.

米。 4. 設置の全体図: 1 – オシロスコープ、2 – 測定ヘッド、3 – 信号発生器、4 – 強力な出力段、5 – 出力段用の電源

まず第一に、二次巻線における誘導の事実そのものが、さまざまな材料で作られたライニングを非対称に適用して調査されました。すでに述べたように、同期はヘッドの一次巻線への入力電圧を使用して実行されました。実験の結果を図に示します。 5.

a) 銅

b) アルミニウム

c) 鉄

d) フェライト

米。 5. オシログラム誘導起電力ヘッドの二次巻線（下のオシログラム）は、ヘッドのライニングの材質と位置に応じて異なります。

オシログラムからわかるように、銅とアルミニウムの場合、誘導起電力は誘導電流に対して逆位相です (右の写真)。この位置のフェライトは同相動作を示します。鉄の偏差はさらに明確になります。さらに、パッドを右隅から左隅に移動すると、起電力の位相が 180°変化することがわかります。位相の違いは、一方では強磁性体、他方では常磁性体と反磁性体では誘導起電力の発生の性質が異なることを示しています。

誘導起電力の軌跡を明らかにするために、すべてのパッドがプレートで構成されていることが使用されました。この 2 番目の実験では、パッドを測定ヘッドの同じ角に、ヘッドの平面に沿って横切って配置しました。結果を図に示します。 6.

a) 銅

b) アルミニウム

c) 鉄

d) フェライト

米。 6. 研究対象の材料で作られたパッドが測定ヘッドに対して回転したときの誘導電流の性質

オシログラムから、銅とアルミニウムのパッドが回転すると、信号が大幅に減衰することがわかります。これは、渦電流に対する大きな抵抗が生じていることを示しています。フェライトでは信号はほとんど変化せず、これは信号が存在しないことを示します。誘導電流、銅とアルミニウムの特徴ですが、強磁性体の特徴である 2 番目のタイプの電流があります。この電流は励磁電流と同位相です。鉄板では、端に回すと振幅が変化し、フーコー電流が減少する端で増加するだけでなく、信号の位相も変化します。これは、信号の結果の位相が元の成分の振幅に依存する場合にのみ発生します。これは、三角関数で簡単に示すことができます。実際、結果の信号の元の成分が厳密に約 180° シフトされ、異なる振幅を持つと仮定すると、次のようになります。

パッドに電流が流れる条件の変化により振幅が変化すると、結果として生じる信号の振幅も変化することは明らかです。あΞ、およびその結果として得られる位相 φ Ξ。電流の説明された性質は、図に示された構造に示されています。 7.

a) パラ磁性体と反磁性体の誘導電流

b) フェライトの誘導電流

c) 鉄の誘導電流

米。 7. 電子励磁回路 つまりとオリエンテーション IC電流

パラ磁性体と反磁性体の場合、パッドの端の位置 (右側) により、単一の電流ではなく、 つまり各プレートに電流が生成されますが、この電流はパッドと誘導導体との接触面積全体によってではなく、プレートの厚さによって制限された部分によってのみ誘導されます。これは、プレートが平面から端まで回転すると、この誘導電流によって二次巻線にもより小さな電流が誘導されることを意味します。

フェライトの場合は状況が変わります。現在 ICフェライトの分子流によって形成されます。フェライト内の電子電流は、その高い電流のために実質的に存在しません。電気抵抗、分子電流はフェライトの向きにはほとんど依存せず、その結果、回転によって二次巻線の電流の振幅は実質的に変化しません。

鉄には両方の電流が存在するため、電流の変化は つまりに示すようにリードします一般的な場合この電流は電流を補償するため、信号の振幅と位相の両方が変化します。 IC.

ところで、これらの電流の競合作用は、反磁性と反磁性の誤った物理的解釈にもつながります。これは、誘起磁場に対抗する磁場を作成するために、反磁性材料内の原子の軌道を回転させるいくつかの特別な方法を想定しています。上記の実験が示したように、磁石間の違いは誘導電流の比のみに帰着します。反磁性体では つまりを超える IC、その結果、対向フィールドが形成されます。パラ磁性体と強磁性体では、電流の比率が逆転するため、外部誘導磁場の方向に磁場が形成されます。この特徴は、常磁性材料および反磁性材料の相対透磁率の不正確な測定にもつながります。実際、これらの物質の透磁率を測定する場合、電流の補償効果を考慮して測定されます。 つまり。実際の透磁率を測定するには、μ = 1 の絶縁性化合物によって結合された物質の微細分散相を測定する必要があります。この特徴は、電磁気学における多くのパラドックスの原因でもあります。

二次巻線の誘導電流の減少は、ライニングプレートと誘導導体との接触面積の減少によるものであるという事実にも注意する必要があります。繰り返しますが、以前の実験と同様に、誘導電流は神話上の磁場によって励起されるのではなく、導体の相対位置の特定の変化、または誘導導体内の電流と電子流の変化によって励起されることがわかりました。 つまり導体とパッド材料の接触面積に比例します。実際、パッド内には非渦電流が形成されます。電流は接触領域のみで発生し、その後、弱い誘導相互作用の領域でパッド本体を通って閉じられます。その結果、電流回路は図のように表すことができます。 8.

米。 8. 常磁性材料および反磁性材料におけるフーコー電流の等価図

このスキームによれば、常磁性材料および反磁性材料に誘導される電場は渦ではありません。他のすべての現象と同様に、それは潜在的なままですが、材料内で励起された電流自体は導体の本体を通って閉じられ、円形であるかのような錯覚を生み出します。

上記は次の 2 つの実験によって確認されます。最初のものでは、電子流の反対方向が確立されます。 つまり分子流と配向性 IC。上記の最初の実験でわかるように、パッドが測定ヘッドの隅から隅に移動すると、二次巻線の起電力の位相は常に 180° (またはそれに近い) 変化しました。ヘッドの両隅に異なる素材を取り付けたらどうなるでしょうか? 図では、図 9 は、この操作の結果を示しています。左側の写真は、パッドの 1 つを取り付けたときの二次巻線の起電力を示しています。右側の写真では、両方のオーバーレイが写真のキャプションに示されています。

a) 銅とアルミニウム

b) 鉄（平ら）とフェライト

c) 鉄（端部）とフェライト

d) フェライトと銅

e) フェライトとアルミニウム

1824 年、フランスの物理学者ダニエルアラゴは、1 つの軸上の磁針の下に置かれた銅製のディスク上の渦電流の影響を初めて観察しました。針が回転すると、ディスク内に渦電流が誘導され、ディスクが動きます。この現象は発見者の名をとって「アラゴ効果」と呼ばれています。

渦電流の研究はフランスの物理学者ジャン・フーコーによって継続されました。彼はその性質と動作原理を詳細に説明し、静磁場中で回転する強磁性体が加熱される現象も観察しました。新しい性質の海流にも研究者の名前が付けられました。

渦電流の性質

フーコー電流は、導体が交流磁場にさらされたとき、または導体が静磁場内で移動したときに発生する可能性があります。渦電流の性質は、直線状のワイヤに電流が流れるときに発生する誘導電流に似ています。渦電流の方向は円形に閉じられ、渦電流を引き起こす力の逆になります。

人間の経済活動におけるフーコーの流れ

日常生活におけるフーコー電流の最も単純な例は、巻線変圧器の磁気回路に対するフーコー電流の影響です。誘導電流の影響により低周波振動（トランスのハム音）が発生し、強い発熱を引き起こします。この場合、エネルギーが無駄になり、設置効率が低下します。重大な損失を防ぐために、変圧器のコアは一体的に作られるのではなく、導電率の低い電気鋼の薄いストリップから組み立てられます。ストリップは、電気ワニスまたはスケール層で相互に絶縁されています。フェライト素子の出現により、小型の磁気コアを一体で製造できるようになりました。

渦電流の効果は、産業および機械工学全体で使用されます。磁気浮上列車はブレーキにフーコー電流を使用し、高精度の機器には渦電流の作用に基づいた指針減衰システムが搭載されています。誘導炉は冶金学で広く使用されており、同様の設備に比べてさまざまな利点があります。誘導炉では、加熱された金属を空気のない空間に置くことができ、完全な脱気を実現します。鉄金属の高周波溶解は、設備の効率が高いため、冶金分野でも広く普及しています。

永久磁石モーターはさまざまなハイテク用途で使用されていますが、設計上の制限がいくつかあります。そのような例の 1 つは、電流、特に渦電流を流すことによって発生する熱によって引き起こされる可能性がある高温に対する敏感性です。バージョン5.3 ソフトウェア COMSOL® には、このようなモーターの永久磁石における渦電流損失を考慮する機能が含まれています。エンジニアはこれらの結果を使用して、永久磁石モーターの性能を完全に理解し、性能を最適化する方法を特定できます。

ハイテク機器における永久磁石モーターの使用。

省エネ - 共通の目標、世界中のすべてのメーカーが目指しています。たとえば、運輸部門を考えてみましょう。ちょうど昨年、中国は大幅なエネルギー節約を実現する新しい高速地下鉄システムを発表した。一方、フィンランドで運航されている最古のフェリーは、オリジナルのディーゼルエンジンを新しい電気エンジンに置き換えました。そして、ロンドンの路上で、有名な高級車ブランドが初めて完全電気自動車を発表しました。

これらの例は、より環境に優しい未来に向けた輸送の進化を示しています。また、これらの例は、この目的のために永久磁石 (PM) モーターを使用しているという事実によって統一されています。ローター内に巻線の代わりに磁石を備えたこのタイプのモーターは、通常、ハイテク用途で使用されます。最も重要なのは、電気自動車やハイブリッド自動車での使用です。

電気自動車は永久磁石モーターの応用分野の 1 つです。画像提供：マリオド。ウィキメディアコモンズのクリエイティブコモンズ 2.0 ライセンスに基づいて利用できます。

PM モーターはその効率により高く評価されていますが、同時にその設計にはいくつかの制限があります。たとえば、永久磁石は高温に非常に敏感です。電流、特に渦電流が流れるときに熱が発生すると、そのような温度に達することがあります。スチール/鉄のローターセクションを積層すると、これらの領域での渦電流損失を減らすことができますが、製造上の制限によりプロセスが困難になります。したがって、永久磁石の加熱は非常に重要になる可能性があります。

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.3 で利用可能な、PM モーターの渦電流損失を考慮した新しいチュートリアルモデルを見てみましょう。

COMSOL Multiphysics® を使用して永久磁石モーターの渦電流損失をシミュレーションします。

モデルのジオメトリから始めましょう。この例では、 3Dモデル PM付き18極モーター。計算コストを削減し、モデルの 3D ジオメトリ全体を同時に考慮するために、縦対称と鏡映対称を使用して 1 つの極をモデル化します。

以下でエンジン全体の動作のアニメーションを確認できます。ローターと鉄製のステーターが示されています ( グレー）、固定子巻線（銅製）、永久磁石（径方向の磁化に応じて青と赤）。

永久磁石モーター設計。

ローターの導電部分をモデル化するには、アンペールの法則ノードを使用します。ローターとステーターの非導電部分については、スカラー磁気ポテンシャルに対する磁束保存節点を使用します。

内蔵の Rotating Machinery 物理インターフェイスを使用すると、モーターの回転を簡単にシミュレートできます。モデルでは、ローターがエアギャップセクションとともに配置され、ステーター座標系に対して回転する中央上部の極を考慮します。この場合、ローターとステーターが 2 つあるため、ジオメトリを完成させるときにアセンブリが必要になることに注意してください。別々の部分でデザイン。

時間の経過に伴う磁石の渦電流損失の値を計算してさらに使用するために、追加の変数を導入します。このモデルには必須ではありませんが、この変数は時間平均された分散熱源として後続の熱伝達解析で使用できます。熱プロセスの確立には、渦電流の方向の変化や渦電流によって生じる損失よりもはるかに長い時間がかかるため、計算効率を高めるために電気機械計算と熱計算を分離する必要があります。

シミュレーション結果の分析。

最初の図のシミュレーション結果に基づいて、停止時のモーター内の磁気誘導の分布がわかります。定常状態、言い換えれば、グラフは非定常解析の初期条件を示しています。初期状態のコイル電流ゼロに等しい。右図はモーターが1セクター回転した後の磁気誘導の分布を示しています。わかりやすくするために、図内の空気とコイルの領域を除外できます。

左: 定常初期状態における磁気誘導の分布。右: 1 セクター回転後のモーター内の磁気誘導の分布。

以下のグラフでは、磁石の渦電流損失が時間の経過とともにどのように変化するかがわかります。右側のアニメーションは、ステーターが 1 つのセクターを回転するときの渦電流損失の変化を示しています。渦電流は矢印で示されています。

左: 渦電流損失を時間に対してプロットしたもの。右：1セクター回転時の渦電流損失密度の変化。

上記の例は、永久磁石の渦電流損失を考慮した、PM モーターの特性のより完全な全体像を示しています。この情報は、PM モーターの設計、ひいてはそれらが使用される技術の改善に役立ちます。

電場はどこでも人を取り囲んでいます。生産工程、そして日常生活。ほとんどの人は、人生の中で渦電流のような現象に遭遇することにさえ気づきません。これらの電流には、正と負の両方が存在する可能性があります。悪影響人の人生に影響を与えるものですが、どちらが有益か有害かという明確な答えはありません。

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渦流を明確に説明したフランスの物理学者ジャンヌ・フーコー

したがって、この現象のおかげで、誘導電気ストーブとオーブン、またはボタンを押すとライトが点灯します。しかし同時に、これらの流れの影響により、コイルと導体でエネルギーが失われるため、エネルギーを節約するために追加の技術的措置を使用する必要があります。たとえば、この技術は変圧器に応用できます。その核心（コア）は、大量小さくて平らなチャージプレートは、ワニスを使用して互いにしっかりと接続されています。多くの場合、コアはさらにヘアピンで覆われます。その主な目的は、渦電流を減らすことです。で現代世界この現象はフーコー電流と呼ばれるようになりました。

発見の歴史

渦流の最初の概念は、1824 年にフランス生まれの物理学者 D.F. によって言及されました。アルゴ (1786-1853) は、銅の円盤上で磁化された針を回転させて一連の実験を行いました。ある時点で、彼は何の影響も与えずに円盤が矢印とともに回転し始めたことに気づきました。物理学者はこの現象を正確に説明できませんでしたが、「アルゴ現象」と呼ばれました。

しばらくして、マクスウェル・ファラデーは、同じく発見した電磁誘導の知識に基づく仮説の観点から渦電流を考察し、回転する矢から放射される電場は原子の構造に直接影響を与えると結論付けました。銅のディスクは、荷電粒子の指向性運動の形成に寄与します。電流は銅ディスクの周囲に電磁場の形成を促進します。

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渦電流の概念

フランスの物理学者ジャンヌ・フーコー (1819-1868) は渦電流をより徹底的に研究し、彼の著作でも詳しく説明しました。その後、この動作は彼の名にちなんで現在の名前が付けられました。今日– フーコー電流。これらの電流は、発電機によって生成される誘導電流に似ています。導体のすぐ近くに永久的または一時的な渦磁場が存在すると、必然的にフーコー電流が形成されます。導体が大きくなるほど、流れる電流の強度も強くなります。

渦電流パワー

周期的電流と非定常電流は、磁場が同じではなく、回転力に応じて交互に変化する場合にのみ導体に現れます。したがって、渦流の強さは導体の周囲の磁場の変化に直接比例します。

フーコーの流れは少し異なる原理で動作します。それらは導体自体の中に直接配置され、閉じた輪郭を形成し、その外観を生じさせた磁場と直接相互作用します。ロシアの物理学者エミリウス・クリスティアーノヴィチ・レンツ（1804-1865）は、渦電流を研究して、渦電流の磁場は渦電流の発生源である磁場の変化を許さないという結論に達しました。誘導電流と渦流の力は同じベクトル方向に進みます。

渦流の強さを弱めるためのオプション

さまざまな技術デバイスの効率を高めるには、渦電流を大幅に削減する必要があります。これには、磁気回路の電気抵抗を増加する必要があります。フーコー電流の有害な影響を軽減する方法は、電気機器の種類に直接依存します。

直流機の電機子コアや磁気ワイヤー組み立てプロセス中、交流電流を流すデバイスは、厚さが 0.1 ～ 0.5 mm のプレス加工された電磁鋼板で作られた特別なプレートを使用して相互に慎重に絶縁され、特別なワニスまたはスケールで「焼き付け」されます。プレートは磁束に対して平行に配置する必要があります。

コア部品の鋳造中に、電気抵抗の強度を高めるシリコンなどの特殊な成分がその組成に追加されます。

別のケースでは、コアを組み立てるときに、特別な熱処理を受けた鉄線が使用され、磁場に対して厳密に平行に配置されます。特殊な絶縁ガスケットも追加で使用できます。

このコアアセンブリにより、渦流の強度が大幅に減少し、効率が向上します。

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渦流の力の低減

動作周波数の高い機器の磁性ワイヤは、渦流の力を軽減するために、ワイヤ同士を慎重に絶縁してスパイラル（束）状に配置し、それぞれを特殊な絶縁材で覆っています。この分離方法はライセンスレートと呼ばれます。現在、フーコーの流れを減らすために使用されています。

電気エネルギーを長距離伝送する過程では、各芯が個別に絶縁された特殊な多芯ケーブルが使用され、電力損失が大幅に低減され、生産性が向上します。

フーコー電流の応用

さまざまな時代の多くの科学者がそう信じ、そして今でも信じています。マイナスの影響渦流からはポジティブ以上のものが生まれます。しかしそれにもかかわらず、人類はフーコーの流れを人生のさまざまな分野で良い方向に利用することを学びました。

工業および機械工学の分野で最も広く使用されています。したがって、この現象に基づいて、溶融金属を汲み上げて硬化するためのポンプを作成することができ、冶金産業や工業産業では、異なる原理で動作する同様のシステムよりも数倍優れた誘導炉が使用されています。この現象を利用することでのみ、さまざまな金属を溶かしたり固めたりすることができます。渦流は制動に寄与し、これがなければ誘導ブレーキの金属ディスクの回転速度を低下させます。高速列車磁気サスペンションについて。また、現代のコンピューティングデバイスやデバイス、空気やその他のガスの完全なポンピングが必要な真空装置は、フーコー渦流なしでは機能しません。現代の変圧器の動作原理は、渦流を設計に使用することでのみ可能になります。さらに、フーコー電流に基づいて動作する装置は、大幅な効率と優れた性能を備えています。

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渦流で作動する誘導電動機

したがって、フーコー電流などの作用は、今日では有用で、簡単に説明され、かなり理解できる現象であり、金属やその他の導体の電磁誘導の影響下で発生する渦流を表します。現代の科学者の多くは、フーコーの渦電流は電気工学における驚くべき現象によるものだと考えています。現代社会私は、必要に応じてエネルギーを有利に利用し、必要なパワーをもたらし、必要に応じてエネルギーを減らし、結果として生じるエネルギーを正しい方向に向けることを学びました。ジャンヌ・フーコーは知性と才能に恵まれた人物で、渦流の現象を説明したことに加えて、他にも多くの重要な発見をしました。そのうちの 1 つは、渦電流の影響による磁束の中で回転する金属物体の加熱です。彼はこの事実についてわかりやすく、かなり理解できる説明をした最初の人でした。

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教育科学省

ロシア連邦

連邦州予算の高等専門教育機関

「クルガン州立大学」

要約「物理学」をテーマとしたトピック: 「フーコーの流れとその応用」

完了者: グループ T-10915 の学生ログノバ M.V.

教師ボロンツォフ B.S.

クルガン 2016

はじめに 3

1. 朱鷺風子 4

2.つむじと表皮効果 7

3. フーコー電流の実践 8

4.式の導出 10

4.1. オームの法則による渦電流の強さ 10

4.2. フーコー電流による損失の計算式 10

結論 11

参考文献12

導入

誘導電流は、線形回路、つまり、長さに比べて横方向の寸法が無視できる導体でのみ発生する可能性があります。誘導電流は大量の導体でも発生します。この場合、導体は閉回路に含まれる必要はない。誘導電流の閉回路が導体自体の厚みの中に形成されます。このような誘導電流は次のように呼ばれます。 渦巻きまたは電流フーコー.

渦電流、またはフーコー電流 (J. B. L. フーコーに敬意を表して) は、物体が位置する磁場の時間の変化、または磁場中での物体の動きによって導体に発生する渦誘導電流です。磁場が発生し、身体またはその一部を通る磁束が変化します。

磁束の変化が速いほど、フーコー電流の大きさは大きくなります。

土岐風子

渦電流は、1824 年にフランスの科学者 D. F. アラゴ (1786 ～ 1853 年) によって、回転する磁針の下の軸上に置かれた銅製の円盤の中で初めて発見されました。渦電流により、円盤は回転を始めました。アラゴ現象と呼ばれるこの現象は、数年後に M. 彼によって発見された電磁誘導の法則の立場からのファラデー: 回転磁場が銅ディスク内に渦電流を誘導し、これが磁針と相互作用します。渦電流はフランスの物理学者フーコー (1819-1868) によって詳細に研究され、彼の名にちなんで名付けられました。彼は、磁場中で回転する金属体が渦電流によって加熱される現象を発見しました。

フーコー電流は交流電磁場の影響下で発生し、その物理的性質上、直線ワイヤで発生する誘導電流と何ら変わりません。

しかし、正確に定義された経路に沿って流れるワイヤ内の電流とは異なり、渦電流は導電性塊内で直接閉じられ、渦状の回路を形成します。これらの電流回路は、それらを生成する磁束と相互作用します。巨大な導体の電気抵抗は低いため、フーコー電流は非常に高い強度に達します。レンツの法則によれば、渦電流の磁場は、渦電流を誘導する磁束の変化を打ち消すように方向付けられます。

米。 1

したがって、強い磁場内を移動する良導体は、フーコー電流と磁場との相互作用により強い抑制を受けます。

たとえば、銅板を平衡位置から傾けて解放し、速度 υ で磁石ストリップ間の空間に進入すると、銅板は磁界に入った瞬間に事実上停止します (図 1)。。

動きの減速はプレート内の渦電流の励起に関連しており、磁気誘導ベクトルの磁束の変化が妨げられます。プレートの抵抗は有限であるため、誘導電流は徐々に消え、プレートは磁場内でゆっくりと動きます。電磁石がオフになると、銅板は振り子に特有の通常の振動を実行します。

渦電流は、磁気コアの断面全体にわたる磁束の不均一な分布にもつながります。これは、磁気コアの断面の中心では、断面のこの部分が最も多くの渦で覆われているため、主流に向かう渦電流の磁化力が最大になるという事実によって説明されます。電流回路。この磁気回路の中間部分からの磁束の「ずれ」は、交流の周波数が高くなるほど、また強磁性体の透磁率が大きくなるほど、より鋭く表現されます。高周波では、流れはコアの薄い表面層のみを通過します。これにより、見かけの（断面全体で平均した）透磁率が低下します。強磁性体から高周波で変化する磁束が変位する現象は電気表皮効果に似ており、磁気表皮効果と呼ばれます。

ジュールレンツの法則に従って、渦電流は発生する導体を加熱します。したがって、渦電流は磁気回路（トランスやACコイルのコア、機械の磁気回路）でエネルギー損失（渦電流損失）を引き起こします。

渦電流（および磁気回路の有害な加熱）によるエネルギー損失を軽減し、強磁性体からの磁束の「変位」の影響を軽減するために、機械や交流機器の磁気回路は強磁性材料の固体ではなく作られています（電気鋼）、しかし互いに隔離された別個のプレートから。渦電流の方向に対して垂直に配置されたプレートへのこの分割により、渦電流経路の可能な輪郭が制限され、これらの電流の大きさが大幅に減少します。非常に高い周波数では、磁気回路に強磁性体を使用することは現実的ではありません。このような場合、それらは磁気誘電体で作られており、これらの材料の抵抗が非常に高いため渦電流は実際には発生しません。

導電体が磁場内で移動すると、誘導された渦電流により、物体と磁場との顕著な機械的相互作用が引き起こされます。この原理は、たとえば、永久磁石の磁場内でアルミニウムのディスクが回転する、電気エネルギーメーターの可動システムのブレーキに基づいています。回転磁界を備えた交流機械では、固体金属ローターが磁界内で発生する渦電流により磁界によって運ばれます。渦電流と交流磁場の相互作用は、溶融金属を汲み上げるためのさまざまなタイプのポンプの基礎です。

渦電流は、それが流れる導体自体にも発生します。交流これにより、導体の断面全体に電流が不均一に分布します。導体内の電流が増加する瞬間、誘導渦電流は一次電流に沿って導体の表面に、また導体の軸に沿って電流に向かって流れます。その結果、導体の内部の電流は減少し、表面では増加します。海流高周波実際には導体の表面近くの薄い層を流れますが、導体の内部には電流はありません。この現象は電気的表皮効果と呼ばれます。渦電流によるエネルギー損失を軽減するために、太いゲージの AC ワイヤは互いに絶縁された別々のより線から作られます。