Меню

Плотность вихревых токов равна формула

Плотность вихревых токов равна формула

Во время перемагничивания магнитных материалов переменным магнитным полем, часть энергии магнитного поля, участвующего в процессе перемагничивания, теряется. На единицу массы определенного магнитного материала в форме тепла рассеивается определенная часть мощности, которую называют «удельные магнитные потери».

Удельные магнитные потери включают в себя динамические потери, а также потери на гистерезис. К динамическим потерям относятся потери, вызываемые вихревыми токами (индуцируемыми в материале) и магнитной вязкостью (так называемое магнитное последействие). Потери же на магнитный гистерезис объясняются необратимыми перемещениями границ доменов.

Каждому магнитному материалу соответствует своя величина потерь на гистерезис, пропорциональная частоте перемагничивающего магнитного поля, а также площади гистерезисной петли данного материала.

Для нахождения мощности потерь связанных с гистерезисом в единице массы (в Вт/кг) используется следующая формула:

Для снижения гистерезисных потерь, чаще всего прибегают к применению таких магнитных материалов, коэрцитивная сила которых мала, то есть материалов с тонкой петлей гистерезиса. Такой материал отжигают, чтобы снять напряжения внутренней структуры, уменьшить количество дислокаций и иных дефектов, а также укрупнить зерно.

Вихревые токи также вызывают необратимые потери. Они связаны с тем, что перемагничивающее магнитное поле индуцирует ток внутри перемагничиваемого материала. Потери вызываемые вихревыми токами, соответственно, зависят от электрического сопротивления перемагничиваемого материала и от конфигурации магнитопровода.

Таким образом, чем значительнее удельное сопротивление (чем хуже проводимость) магнитного материала, тем меньшими окажутся потери, вызываемые вихревыми токами.

Потери на вихревые токи пропорциональны частоте перемагничивающего магнитного поля в квадрате, поэтому в устройствах работающих на достаточно высоких частотах неприменимы магнитопроводы из материалов с высокой электрической проводимостью.

Оценить мощность потерь на вихревые токи для единицы массы магнитного материала (в Вт/кг) можно воспользовавшись формулой:

Так как количественно потери на вихревые токи зависят от квадрата частоты, то для работы в области высоких частот необходимо прежде всего принимать во внимание потери именно на вихревые токи.

Для минимизации этих потерь стараются использовать магнитопроводы с более высоким электрическим сопротивлением.

Чтобы сопротивление увеличить, сердечники набирают из множества взаимно изолированных листов ферромагнитного материала с достаточно высоким собственным удельным электрическим сопротивлением.

Порошкообразный магнитный материал прессуют с диэлектриком, дабы частички магнитного материала оказались отделены друг от друга частичками диэлектрика. Так получают магнитодиэлектрики.

Еще вариант — применение ферритов — особой ферримагнитной керамики, отличающейся высоким удельным электрическим сопротивлением, близким к сопротивлению диэлектриков и полупроводников. Фактически ферриты являются твердыми растворами оксида железа с оксидами некоторых двухвалентных металлов, что можно описать обобщенной формулой:

С уменьшением толщины листа металлического материала, соответственно уменьшаются и потери вызываемые вихревыми токами. Но одновременно растут потери связанные с гистерезисом, ибо с утончением листа размер зерна также уменьшается, а значит растет коэрцитивная сила.

Практически с ростом частоты потери на вихревые токи увеличиваются сильнее нежели потери на гистерезис, в этом можно убедиться, сравнив две первые формулы. И на определенной частоте потери на вихревые токи начинают все более преобладать над потерями на гистерезис.

Это значит, что хотя толщина листа и зависит от рабочей частоты, тем не менее для каждой частоты должна быть подобрана определенная толщина листа, с которой будут минимизированы магнитные потери в целом.

Обычно магнитным материалам свойственно запаздывание изменения собственной магнитной индукции в зависимости от длительности действия перемагничивающего поля.

Данное явление вызывает потери, связанные с магнитным последействием (или так называемой магнитной вязкостью). Это связано с инерционностью процесса перемагничивания доменов. Чем короче длительность приложенного магнитного поля — тем длительнее запаздывание, а значит и магнитные потери, вызываемые «магнитной вязкостью», больше. Этот фактор необходимо учитывать при проектировании импульсных устройств с магнитными сердечниками.

Потери мощности от магнитного последействия невозможно рассчитать прямо, но их можно найти косвенно — как разность между полными удельными магнитными потерями и суммой потерь на вихревые токи и на магнитный гистерезис:

Итак, в процессе перемагничивания наблюдается некоторое отставание магнитной индукции от напряженности перемагничивающего магнитного поля по фазе. Причиной тому опять же вихревые токи, которые по закону Ленца препятствуют изменению магнитной индукции, гистерезисные явления и магнитное последействие.

Фазовый угол запаздывания называется углом магнитных потерь δм. В характеристиках динамических свойств магнитных материалов указывается такой параметр как тангенс угла магнитных потерь tgδм.

Здесь приведена схема замещения и векторная диаграмма для тороидальной катушки с сердечником из магнитного материала, где r1- эквивалентное сопротивление всех магнитных потерь:

Видно, что тангенс угла магнитных потерь обратно пропорционален добротности катушки. Возникающую при данных условиях индукцию Bm в перемагничиваемом материале можно разложить на две составляющие: первая — совпадает по фазе с напряженностью перемагничивающего поля, вторая — отстает от нее на 90 градусов.

Первая составляющая непосредственно связана с обратимыми процессами при перемагничивании, вторая — с необратимыми. Применяемые в цепях переменного тока, магнитные материалы характеризуются в связи с этим таким параметром как комплексная магнитная проницаемость:

Ранее ЭлектроВести писали, что д ве команды американских физиков разработали стратегию производства устройств для преобразования света в электричество с помощью органических полупроводников и «освобожденных» электронов.

Источник

Вихревые токи

Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.

Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.

Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.

вихревые токи

Фото: Вихревые токи

Токи Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.

Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Читайте также:  Частота тока в автомобильном аккумуляторе

схема вихревые токиСхема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

Видео: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Вихри и скин-эффект

В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.

Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.

схема индукционного нагрева

Схема индукционного нагрева

Принципы вихревых токов

Катушка из медной проволоки является распространенным методом для воспроизведения индукции вихревых токов. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Магнитные поля образуют линии вокруг провода и соединяются, образуя более крупные петли. Если ток увеличивается в одной петле, магнитное поле будет расширяться через некоторые или все из петель проволоки, которые находятся в непосредственной близости. Это наводит напряжение в соседних петлях гистерезис, и вызывает поток электронов или вихревые токи, в электропроводящем материале. Любой дефект в материале, включая изменения в толщине стенки, трещин, и прочих разрывов, может изменить поток вихревых токов.

Закон Ома

Закон Ома является одним из самых основных формул для определения электрического потока. Напряжение, деленное на сопротивление, Ом, определяет электрический ток, в амперах. Нужно помнить, что формулы для расчета токов не существует, необходимо пользоваться примерами расчета магнитного поля.

Индуктивность

Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. С увеличением тока, катушка индуцирует циркуляцию (вихревых) потоков в проводящем материале, расположенном рядом с катушкой. Амплитуда и фаза вихревых токов будет меняться в зависимости от загрузки катушки и ее сопротивления. Если поверхность или под поверхностью возникнет разрыв в электропроводном материале, поток вихревых токов будет прерван. Для его налаживания и контроля существуют специальные приборы с разной частотой каналов.

Магнитные поля

На фото показано, как вихревые электрические токи образуют магнитное поле в катушке. Катушки, в свою очередь, образуют вихревые токи в электропроводном материале, а также создавают свои собственные магнитные поля.

Магнитное поле вихревых токов

Дефектоскопия

Изменение напряжения на катушке будет влиять на материал, сканирование и исследование вихревых токов позволяет производить прибор для измерения поверхностных и подповерхностных разрывов. Несколько факторов будут влиять на то, какие недостатки могут быть обнаружены:

  1. Проводимость материала оказывает значительное воздействие на пути следования вихревых токов;
  2. Проницаемость проводящего материала также имеет огромное влияние из-за его способности быть намагниченным. Плоскую поверхность гораздо легче сканировать, чем неровную.
  3. Глубина проникновения имеет очень большое значение в контроле вихретоков. Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта.
  4. Это же касается и площади поверхности. Чем меньше площадь – тем быстрее происходит образование вихревых токов.

Обнаружение контура дефектоскопом

Существуют сотни стандартных и специальных зондов, которые производятся для конкретных типов поверхностей и контуров. Края, канавки, контуры, и толщина металла вносят свой вклад в успех или провал испытаний. Катушка, которая расположена слишком близко к поверхности проводящего материала будет иметь наилучшие шансы на обнаружение разрывов. Для сложных контуров катушка вставляется в специальной блок и прикрепляется к арматуре, что позволяет пройти ток через неё и проконтролировать его состояние. Многие устройства требуют специальных формованных изделий зонда и катушки, чтобы приспособиться к неправильной форме детали. Катушка также может иметь специальную (универсальную) форму, чтобы соответствовать конструкции детали.

Уменьшаем вихревые токи

Для того чтобы уменьшить вихревые токи катушек индуктивности нужно увеличить сопротивление в этих механизмах. В частности рекомендуется использовать лицендрат и изолированные провода.

Источник



Вихревые токи

date image2015-03-27
views image4282

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Проанализируем данное явления с точки зрения уже известных законов. И так, в проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение зарядов (электронов). Движение зарядов возникает под действием силы, которая, вероятно, имеет электрическую природу. Мы уже знаем одну такую силу – это сила, действующая на заряд в электрическом поле (1): F = eE. Таким образом, следует, что изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению электрического поля. То есть электрические поля могут создаваться не только зарядами, но и изменяющимися магнитными полями. В этом случае силовые линии поля образуют замкнутые линии, и оно носит название вихревого. Наличие контура в этих опытах только позволяет обнаружить возникающее электрическое поле благодаря наличию свободных электронов, приходящих в движение под действием силы со стороны поля и создающих электрический ток. Само же электрическое поле существует в пространстве с изменяющимся магнитным полем независимо от наличия там второго контура. Если теперь вместо второго контура, в котором наводилась ЭДС, и возникал индукционный ток, расположить проводящий материал (объект контроля), замкнутые токи будут возникать не во втором контуре, а непосредственно в самом проводящем материале, рис. 1.5. Эти токи также носят название вихревых токов.

Характер распределения плотности вихревых токов под плоской катушкой приведен на рис. 1.6. Плотность вихревых токов максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру возбуждающей обмотки и убывает до нуля на оси обмотки и при удалении от оси на бесконечность. Плотность вихревых токов убывает с глубиной по экспоненциальному закону. За глубину проникновения вихревых токов d принимают расстояние от поверхности, на котором величина тока уменьшается в е раз
(е – число, примерно равное 2,7):

Читайте также:  Классификация электродов по роду полярности тока

где f – частота тока возбуждения, m – магнитная постоянная,
m – магнитная проницаемость вещества, s – проводимость,
r = 1/s – удельное сопротивление контролируемой детали.

Из уравнения (4) следует, что глубина проникновения вихревых токов уменьшается с ростом частоты и проводимости контролируемого материала и значительно меньше для ферромагнитных деталей, имеющих магнитную проницаемость m > 50. Сравнительные данные глубины проникновения вихревых токов для некоторых металлов приведены в таблице 1.1.

Металл Глубина проникновения (мм) при частоте
50 Гц 10 кГц 1 МГц
Сталь Медь Алюминий Латунь 1,3 9,5 12,5 19,5 0,1 0,7 0,8 1,37 0,01 0,07 0,08 0,1

Как видно из таблицы для стальных деталей при частоте
10 кГц (рабочая частота дефектоскопов типа ВД-12) глубина проникновения вихревых токов составляет 0,1 мм и, таким образом будут выявляться практически только трещины, выходящие на поверхность детали.

Рис. 1.6. Распределение вихревых токов в детали:
а – по глубине детали, б – относительно оси катушки

Источник

Вихревые токи

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ, токи Фуко, токи, возникающие в проводниках, расположенных в вихревом электрическом поле. По закону индукции скорость уменьшения магнитного потока через данную поверхность (магнитный спад) равна электрическому напряжению вдоль контура, ограничивающего эту поверхность (циркуляции вектора напряженности электрического поля). Т. о. изменение магнитного потока создает вихревое электрическое поле, не имеющее потенциала и характеризуемое замкнутыми силовыми линиями или, во всяком случае, линиями, не имеющими ни начала ни конца. Поскольку в этом вихревом поле расположены проводники электричества, в них возникает (индуктируется) ток, плотность которого j, по закону Ома, пропорциональна вектору напряженности электрического поля: j = λ∙E, где λ — удельная проводимость. С этой точки зрения токи, индуктируемые в обмотках трансформаторов и электрических машин, тоже являются вихревыми токами; однако, благодаря сравнительно малому сечению применяемых проводов и специальному их расположению, индуктируемые в этих проводах токи легко вычисляются и м. б. направлены желательным для эксплуатации образом. Поэтому принято называть вихревыми токами только такие индуктированные токи, которые замыкаются в вихревом электрическом поле. Токи, индуктируемые в обмотках электрических машин и трансформаторов, выводятся наружу, за пределы вихревого электрического поля. Это позволяет сравнительно просто рассчитывать электрическую цепь таких токов, вводя понятие ЭДС, индуктируемой в той части цепи, которая расположена в вихревом поле. Вместо действительного вихревого поля рассматривается эквивалентное ему потенциальное поле, в котором распределены ЭДС с таким расчетом, чтобы их сумма во всей цепи как раз равнялась скорости уменьшения магнитного потока. Тогда сумму ЭДС в этой цепи можно считать равной омическому падению напряжения во всей цепи.

Такой упрощенный расчет невозможен при определении вихревых токов в массивных проводах. Здесь введение ЭДС вместо рассмотрения вихревого поля только осложнило бы расчет. Поэтому для определения вихревых токов приходится интегрировать дифференциальные уравнения Максвелла в данной среде, с учетом граничных условий задачи. Там, где этот расчет оказывается слишком сложным, пользуются эмпирическими формулами и определяют соответствующие коэффициенты опытным путем.

Возникновение вихревых токов во многих случаях нежелательно, потому что они нагревают, по закону Джоуля, проводники. Кроме того они искажают магнитные поля и, по закону Ленца, ослабляют в машинах полезный магнитный поток, создавая необходимость увеличивать соответствующие ампервитки возбуждения. Можно провести аналогию между вихревыми токами и трением. С одной стороны, трением пользуются для целого ряда движений (без трения невозможна ходьба), с другой — трение создает добавочные потери энергии. Так и вихревые токи. Ими пользуются для получения во вторичных обмотках машин и трансформаторов полезных токов, но вместе с тем вихревые токи возникают во всех металлических частях машин и создают добавочные потери. Изучение вихревых токов тесно связано с изучением вытеснения тока или скин-эффекта в проводниках, т. к. в массивных телах плотность тока распределяется неравномерно, благодаря тому, что энергия электромагнитных волн поглощается по мере проникновения в толщу тела.

Потери в листовой стали . В железе трансформаторов и электрических машин пульсирует магнитный поток. Чтобы уменьшить потери от вихревых токов, применяют пакеты, сложенные из тонких листов динамной стали, оклеенных для изоляции бумагой. Магнитные линии проходят параллельно поверхности листов, например, в направлении вектора В (фиг. 1).

Тогда возникает вихревое электрическое поле в направлении, перпендикулярном В, причем плотность электрического тока возрастает при перемещении от середины листа к его поверхности. На фиг. 1 стрелками изображены значения по величине и по направлению плотности тока в различных точках линии аb. Потери на теплоту Джоуля в 1 см 3 измеряются мощностью ϱ∙j 2 . Следовательно, для уменьшения этих потерь надо выбирать как можно более тонкие листы. На практике берут листы толщиной Δ в 1 мм, 0,5 мм и 0,35 мм и выражают мощность V, поглощаемую вихревыми токами в 1 кг листовой стали, формулой:

где f — частота, В — индукция и σ — опытный множитель, зависящий от электрического сопротивления материала, от толщины листов и от формы кривой, по которой изменяется индукция. Так, например, при толщине листа Δ = 0,5 мм, для обыкновенной динамной стали σ = 5,6, а для стали с примесью кремния σ = 1,2.

При толщине Δ = 0,35 мм, σ соответственно = 3,2 и 0,6. При больших частотах или при толстых листах формула (1) нуждается в поправке, потому что вихревые токи деформируют поле, и тогда индукция распространяется по величине и по фазе неравномерно в толще листа. Вводим приведенную толщину листа ξ = α∙Δ, где

Так, например, при μ = 3000, ϱ = 0,15 Ом∙мм 2 /мин, Δ = 0,5 мм,, f = 50 сек -1 имеем ξ = 0,99. Отношение индукции В в любой точке на расстоянии х см от средней плоскости листа к индукции Bs на поверхности определяется по следующей формуле:

На фиг. 2 изображены значения B/Bs в зависимости от х при различных значениях ξ. Горизонтальные линии изображают соответствующие значения отношения Bm/Bs, где Вm — среднее значение индукции по толщине листа.

При той же самой средней индукции потери от вихревых токов увеличиваются при больших частотах в отношении

Уже при ξ > 3 можно считать km ≈ 3/ξ, так что потери в единице объема выразятся формулой:

При тех же частотах удобнее относить потери не к единице объема, а к единице поверхности. Тогда, если распределить потери на обе поверхности листа,

V не зависит от толщины листа, потому что почти все вихревые токи вытеснены на поверхность листа. В этом случае формула (5) применима и к массивному железному цилиндру, в котором пульсирует магнитный поток в осевом направлении.

Читайте также:  Дроссель сварочного трансформатора постоянного тока

Приведенные формулы нуждаются еще в поправке, потому что на самом деле проницаемость μ зависит от индукции, но эту поправку весьма трудно вычислить. Обыкновенно берут некоторое среднее значение для μ. Вторую поправку следует ввести, если колебания индукции происходят не по закону синуса. Тогда кривую колебаний разлагают на отдельные гармонические колебания и вычисляют потери для каждой гармоники в отдельности.

В якоре электрических машин нельзя считать магнитное поле однородным. При расчете вихревых токов следует принимать во внимание искривление линий индукции и линий тока. В этом случае потери в якоре от вихревых токов определяются по формуле:

Здесь М — масса железа якоря, V — потери, определяемые по формуле (1), где f — частота перемагничивания и В — средняя индукция в якоре. Наконец, поправочный множитель kw зависит от числа полюсов р и от отношения r/τ – радиальной толщине потока к полюсному делению. На фиг. 3 указаны значения kw (вычисленные Рихтером).

Аналогично вычисляются потери от вихревых токов в зубцах якоря, в полюсных башмаках и т. п. В проводах, расположенных в пазах электрических машин, тоже появляются вихревые токи, связанные с вытеснением тока на поверхность проводников. Это обстоятельство также создает увеличение потерь в проводах.

Вихревые токи при коммутации . При перемене режима вихревые токи тоже играют большую роль. Рассмотрим, например, простой случай выключения или включения электромагнита с массивным сердечником. Решение таких задач рассматривается в электродинамике. Можно, однако, физически представить себе, что каждое изменение магнитного потока создает вихревые токи, охватывающие этот поток. Явление выключения электромагнита можно рассматривать следующим образом. Магнитное поле в сердечнике, которое до выключения было постоянным в пространстве и во времени, распадается на ряд отдельных полей, распределенных волнообразно в пространстве, причем каждое поле исчезает со своим коэффициентом затухания. Мы предполагаем, что электромагнит состоит из двух стержней, ярма и притягиваемого якоря. Тогда, если δ будет приведенная полная длина воздушного зазора, и Δ будет активная длина магнитных линий в железе, то, применяя дифференциальные уравнения Максвелла и пренебрегая токами смещения, мы получим для магнитной индукции дифференциальное уравнение:

Возьмем для упрощения магнитный стержень прямоугольного сечения. Тогда уравнение (6) принимает вид:

и может быть проинтегрировано так:

где множитель затухания

здесь n и m могут иметь любые целые значения, а Вn,m зависит от граничных условий; так, например, если до выключения поле В было постоянным в пространстве и во времени, то

Высшие гармоники Вn,m очень быстро уменьшаются с возрастанием порядкового номера, и мы должны учитывать главным образом основную волну; ее амплитуда на 62% больше первоначального постоянного поля В. Фиг. 4 показывает распределение индукции в магнитном стержне для различных моментов времени.

Мы видим, что в середине магнита поле остается дольше всего. При включении, наоборот, поле только постепенно проникает внутрь магнита, как видно из фиг. 5, дающей распределение индукции в магнитном стержне для различных моментов времени.

Полезные применения . Вихревые токи применяются для торможения, когда, например, электромагнит помещают против скользящей или вращающейся ферромагнитной детали. Т. о. выполняют электромагнитное успокоение измерительных приборов, электромагнитное торможение двигателей. Вихревые токи применяются также в металлургических печах большой частоты, для нагревания руды. Наконец, вихревые токи применяются и в двигателях, например, в предложенном К. И. Шенфером асинхронном двигателе, якорь которого состоит из массивного железного цилиндра.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 — 1928 г.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Плотность — вихревой ток

Плотность вихревых токов уменьшается в металлическом экране от поверхности в глубь него. [2]

Плотность вихревых токов имеет неравномерное распределение в объекте контроля. Плотность максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру контура возбуждающей катушки, и убывает до нуля на оси катушки при увеличении расстояния г. С увеличением глубины объекта контроля плотность вихревых токов также убывает. На рис. 8.2 приведены разрез объекта контроля по оси возбуждающей катушки и соответствующая эпюра распределения плотности вихревых токов в зависимости от удаления г от оси катушки. [4]

Плотность вихревых токов зависит от частоты и силы тока, протекающего по катушке преобразователя, электрической проводимости и магнитной проницаемости материала изделия, взаимного расположения преобразователя и изделия, а также от расстояния между преобразователем и поверхностью изделия. [5]

Плотность вихревых токов имеет неравномерное распределение в объекте контроля. Плотность максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру контура возбуждающей катушки, и убывает до нуля на оси катушки при увеличении расстояния г. С увеличением глубины объекта контроля плотность вихревых токов также убывает. На рис. 8.2 приведены разрез объекта контроля по оси возбуждающей катушки и соответствующая эпюра распределения плотности вихревых токов в зависимости от удаления г от оси катушки. [7]

Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических и электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного расположения измерительного вихревого преобразователя и объекта. Синусоидальный ток, действующий в катушках преобразователя, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. [8]

Вследствие скин-эффекта плотность вихревых токов убывает по мере удаления от поверхности. Чем выше частота возбуждающего поля, тем интенсивнее убывает плотность вихревых токов по мере удаления от поверхности изделия. [10]

Вихретоковая дефектоскопия основана на изменении распределения плотности вихревых токов в объектах из электропроводящих материалов под влиянием дефектов и позволяет обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты в металлах и сплавах. [12]

На рис. 8 — 3 показано распределение плотности вихревых токов S — / оууА в зубцовом делении ротора при Ьк 0 03 м, 63б 0 0235 м, / IK 0 023 м, Тк1 75 — 107 См / м, 7зб 0 4 — 10 См / м, Цзб ЮО Ц0, ш 628 с-1. [13]

При установке за немагнитной нажимной плитой экрана уменьшается плотность вихревого тока на нижней кромке нажимной плиты ( рис. 5 — 10), так как в плите с экраном изменение направления тока происходит на меньшем расстоянии по оси у от кромки плиты по сравнению с плитой без экрана. Таким образом, электромагнитный экран, устанавливаемый за немагнитной нажимной плитой, в основном снижает вихревые токи в самой нажимной плите, что приводит к уменьшению ее нагрева. [14]

Источник