Вихревые токи

токи Фуко, замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. В. Т. Являются индукционными токами (см. Индукция электромагнитная) и образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело (рис. 1), либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или какую-либо его часть (рис. 2). Величина В. Т. Тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток. В отличие от электрического тока в проводах, текущего по точно определённым путям, В. Т. Замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эти контуры тока взаимодействуют с породившим их магнитным потоком.

Согласно Ленца правилу (См. Ленца правило), магнитное поле В. Т. Направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего эти В. Т. В. Т. Приводят к неравномерному распределению магнитного потока по сечению Магнитопровода. Это объясняется тем, что в центре сечения магнитопровода намагничивающая сила В. Т., направленная навстречу основному потоку, является наибольшей, так как эта часть сечения охватывается наибольшим числом контуров В. Т. Такое «вытеснение» потока из середины сечения магнитопровода выражено тем резче, чем выше частота переменного тока и чем больше Магнитная проницаемость ферромагнетика. При высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверхностном слое сердечника. Это вызывает уменьшение кажущейся (средней по сечению) магнитной проницаемости.

Явление вытеснения из ферромагнетика магнитного потока, изменяющегося с большой частотой, аналогично электрическому Скин-эффекту и называемому магнитным скин-эффектом. В соответствии с Джоуля - Ленца законом В. Т. Нагревают проводники, в которых они возникли. Поэтому В. Т. Приводят к потерям энергии (потери на В. Т.) в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь энергии на В. Т. (и вредного нагрева магнитопроводов) и уменьшения эффекта «вытеснения» магнитного потока из ферромагнетиков магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а из отдельных пластин, изолированных друг от друга (например, специальным лаком).

Такое деление на пластины, расположенные перпендикулярно направлению В. Т., ограничивает возможные контуры путей В. Т. (рис. 3), что сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах применение ферромагнетиков для магнитопроводов нецелесообразно. В этих случаях их делают из магнитодиэлектриков (См. Магнитодиэлектрики), в которых В. Т. Практически не возникают из-за очень большого сопротивления этих материалов. При движении проводящего тела в магнитном поле индуцированные В. Т. Обусловливают заметное механическое взаимодействие тела с полем. На этом принципе основано, например, торможение подвижной системы в счётчиках электрической энергии, в которых алюминиевый диск вращается в поле постоянного магнита (рис.

2). В машинах переменного тока с вращающимся полем сплошной металлический ротор увлекается полем из-за возникающих в нём В. Т. Взаимодействие В. Т. С переменным магнитным полем лежит в основе различных типов насосов для перекачки расплавленного металла. К той же группе механических эффектов, вызванных В. Т., относится выталкивание неферромагнитных металлических тел из поля катушки переменного тока. В. Т. Возникают и в самом проводнике, по которому течёт переменный ток, что приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника. В моменты увеличения тока в проводнике индукционные В. Т. Направлены у поверхности проводника по первичному электрическому току, а у оси проводника — навстречу току (рис. 4). В результате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увеличится.

Токи высокой частоты практически текут в тонком слое у поверхности проводника, внутри же проводника тока нет. Это явление называется электрическим скин-эффектом. Чтобы уменьшить потери энергии на В. Т., провода большого сечения для переменного тока делают из отдельных жил, изолированных друг от друга. В. Т. Применяются для плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое действие используется в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов) и т.п. Лит. Нейман Л. Р., Калантаров П. Л., Теоретические основы электротехники, 5 изд., М., 1959. Рис. 1. Вихревые токи (показаны пунктиром) в сердечнике катушки, включенной в цепь переменного тока I.

Указанное направление вихревых токов соответствует моменту увеличения магнитной индукции В, создаваемой в сердечнике током. Рис. 2. Вихревые токи (пунктирные замкнутые линии ) в диске электрического счётчика. Сплошная стрелка указывает направление вращения диска. Рис. 3. Уменьшение контуров вихревых токов в сердечнике из изолированных друг от друга пластин (по сравнению с сердечником из сплошной массы металла). I — переменный ток. Рис. 4. Возникновение электрического скин-эффекта в проводнике с переменным током. Стрелка указывает направление тока I в некоторый момент времени. Пунктирные контуры — вихревые токи..