Вихревые токи

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Номинальное напряжение ТТ должно быть не меньше номинального напряжения сети, в которой он устанавливается. Обычно изоляция ТТ находится под воздействием фазного напряжения. Однако в энергосистемах с изолированной нейтралью при заземлении одной фазы ТТ оказывается под линейным напряжением. Наибольший возможный ток продолжительного режима работы установки высокого напряжения должен быть возможно ближе к номинальному первичному току ТТ для получения наименьшей погрешности. ТТ с вторичным током 1 А желательно применять при удаленном расположении ТТ от аппаратов релейной защиты, так как в этом случае можно допустить большее сопротивление проводников, соединяющих его с нагрузкой. Класс точности ТТ выбирается в соответствии с его назначением. ТТ с меньшей погрешностью (классы 0,5 и 1) используются для измерений. Для релейной защиты выбираются ТТ, имеющие необходимую номинальную предельную кратность.

После выбора ТТ по указанным параметрам проводится проверка его динамической и термической стойкости. Для этого необходимо знать ударный ток в месте установки ТТ и действующее значение установившегося тока КЗ. Эти величины должны быть меньше токов динамической и термической стойкости выбранного ТТ.

ТТ на малые номинальные токи хотя и имеют достаточную кратность по динамической и термической стойкости, но в абсолютных величинах эта стойкость может быть недостаточной. Поэтому часто приходится выбирать ТТ на номинальный ток, превышающий ток контролируемой установки. При этом, как правило, увеличивается погрешность, так как номинальный ток установки получается меньше номинального тока ТТ.

Для ТТ цепей релейной защиты необходимо, чтобы номинальная предельная кратность была выше отношения тока КЗ к номинальному. ТТ дифференциальной защиты должны иметь одинаковую номинальную предельную кратность.

При выборе ТТ необходимо учитывать, что его реальной нагрузкой являются не только обмотки измерительных приборов и реле, но и сопротивления соединительных проводов.

В электрических аппаратах, приборах и машинах металлические детали иногда движутся в магнитном поле или неподвижные металлические детали пересекаются силовыми линиями меняющегося по величине магнитного поля. В этих металлических деталях индуктируется ЭДС самоиндукции.

Под действием этих э. д. с. в массе металлической детали протекают вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов. Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.

Пусть имеется сердечник из металлического материала. Поместим на этот сердечник катушку, по которой пропустим переменный ток. Вокруг катушки окажется переменный магнитный ток, пересекающий сердечник. При этом в сердечнике станет наводиться индуцированная ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает в сердечнике токи, называемые вихревыми. Эти вихревые токи нагревают сердечник. Так как электрическое сопротивление сердечника невелико, то наводимые в сердечниках индуцированные токи могут оказываться достаточно большими, а нагрев сердечника - значительным.

Возниконвение токов Фуко (вихревых токов)

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф. Араго (1786 - 1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции.

Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он назвал явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Способы уменьшения токов Фуко

Мощность, затрачиваемая на нагрев сердечника вихревыми токами, бесполезно снижает КПД технических устройств электромагнитного типа.

Чтобы уменьшить мощность вихревых токов, увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, для этого сердечники набирают из отдельных тонких (0,1- 0,5 мм) пластин, изолированных друг от друга с помощью специального лака или окалины. В материал сердечника вводят специальные добавки, также увеличивающие его электрическое сопротивление.

Шихтованный магнитопровод трансформатора

Сердечники некоторых катушек (бобин) набирают из кусков отожженной железной проволоки. Полоски железа располагают параллельно линиям магнитного потока. Вихревые же токи, протекающие в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, ограничиваются изолирующими прокладками. Для магнитопроводов приборов и устройств, работающих на высокой частоте, применяют магнетодиэлектрики. Чтобы снизить вихревые токи в проводах, последние изготавливают в виде жгута из отдельных жил, изолированных друг от друга.

Лицендрат - это система переплетенных медных проводов, в которой каждая жила излирована от соседних. Лицендрат предназначен для использования на высокочастотных токах для предотвращения возникновения паразитных токов и токов Фуко.

Применение токов Фуко

Полезное применение вихревые токи нашли в устройстве магнитного тормоза диска электрического счетчика. Вращаясь, диск пересекает магнитные силовые линии постоянного магнита. В плоскости диска возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, создают свои магнитные потоки в виде трубочек вокруг вихревого тока. Взаимодействуя с основным полем магнита, эти потоки тормозят диск.

В ряде случаев, применяя вихревые токи, можно использовать технологические операции, которые невозможно применить без токов высокой частоты. Например, при изготовления вакуумных приборов и устройств из баллона необходимо тщательно откачать воздух и иные газы. Однако в металлической арматуре, находящейся внутри баллона, имеются остатки газа, которые можно удалить только после заваривания баллона. Для полного обезгаживания арматуры вакуумный прибор помещают в поле высокочастотного генератора, в результате действия вихревых токов арматура нагревается до сотен градусов, остатки газа при этом нейтрализуются.

Вихревые токи находят полезное применение также при индукционной плавке металлов и поверхностной закалке токами высокой частоты.

Дата добавления: 2015-04-24