Dòng điện xoáy là gì?

04/08/23

Chuyên mục: Kiến Thức Chung

Một trong những nguyên lý điện từ chi phối hoạt động của động cơ điện là định luật Faraday, định luật này nói rằng khi từ trường của cuộn dây bị thay đổi cho dù bằng cách di chuyển nam châm và cuộn dây so với nhau hay bằng cách thay đổi từ trường một điện áp, hoặc sức điện động (EMF), sẽ được tạo ra.

Một định luật cơ bản khác của điện từ học đó là định luật Lenz được xây dựng dựa trên định luật Faraday để xây dựng từ thông không đổi.

Định luật Lenz giải thích rằng cực của EMF cảm ứng sao cho dòng điện mà nó tạo ra (theo định luật Ohm) sẽ có một từ trường có hướng chống lại sự thay đổi tạo ra nó.

Nói cách khác, từ trường cảm ứng ngược hướng với từ trường ban đầu. (Lưu ý dấu âm trong phương trình EMF, bên dưới.)

EMF

E:Sức điện động EMF
:Từ thông
N:Số vòng quay của cuộn dây
t:thời gian(s)

Các dòng điện được tạo ra theo định luật Faraday được gọi là dòng điện xoáy, bởi vì chúng tuần hoàn trong vật dẫn tương tự như dòng xoáy trong một vùng nước.

Độ lớn của dòng điện xoáy liên quan trực tiếp đến cường độ của từ trường, tốc độ thay đổi của từ thông và diện tích của cuộn dây, đồng thời có mối quan hệ nghịch đảo với điện trở suất của vật dẫn.

Khi dòng điện xoáy chạy qua dây dẫn, nhiệt được tạo ra, được gọi là quá trình tạo nhiệt Joule. Lượng gia nhiệt Joule tỷ lệ với bình phương giá trị của dòng điện, do đó, ngay cả một sự giảm nhỏ trong dòng điện xoáy cũng có thể có ảnh hưởng đáng kể đến lượng nhiệt sinh ra.

Một trong những cách hiệu quả nhất để giảm dòng điện xoáy trong động cơ là sử dụng các lớp mỏng (các tấm kim loại mỏng được cách điện với nhau), có diện tích bề mặt nhỏ hơn và điện trở cao hơn so với lõi rắn. Điều này làm giảm cường độ của các dòng điện xoáy có thể hình thành, và giảm lượng nhiệt Joule sinh ra.

giảm lượng nhiệt Joule sinh ra

Công suất bị mất do quá trình sinh nhiệt Joule được gọi là tổn thất dòng điện xoáy, có thể được tìm thấy bằng phương trình:

Pe: Tổn thất dòng điện xoáy(W)
ke:Hệ số dòng xoáy
Bmax: Mật độ thông lượng
f: Tần số đảo chiều từ trên mỗi giây(Hz)
t: độ dày của dây dẫn (m) * đây là lý do tại sao các lớp mỏng được sử dụng thay vì lõi rắn.
V: Thể tích của dây dẫn(m3)

Lưu ý rằng lượng tổn thất dòng điện xoáy tỷ lệ với bình phương của tần số đảo chiều từ, và do đó, tỷ lệ với bình phương của tốc độ động cơ.

Đây là lý do tại sao mô-men xoắn được tạo ra bởi động cơ điện giảm khi tốc độ tăng - vì sự nóng lên do tổn thất dòng điện xoáy (cũng như các tổn thất khác, chẳng hạn như tổn thất do trễ).

Động cơ có số cực lớn, chẳng hạn như động cơ bước, chịu tổn thất dòng điện xoáy cao do tần số đảo chiều từ cao của chúng.

Tổn thất dòng điện xoáy và tổn hao do trễ được phân loại là tổn hao lõi (còn được gọi là tổn thất từ tính) vì chúng phụ thuộc vào các đường dẫn từ thông qua lõi sắt của động cơ.