Wervelstroom

Wervelstromen, foucaultstromen of foucaultse stromen (Engels: Eddy currents) zijn elektrische stromen die bedoeld of onbedoeld geïnduceerd worden in een geleider die zich in een veranderlijk magnetisch veld bevindt.

Wervelstromen (I, rood) geïnduceerd in een metalen plaat (C) naar rechts beweegt door een stationaire magneet (N). Het magnetisch veld (B, groen) is gericht naar beneden. De stromen genereren hun eigen magnetisch veld (blauwe pijlen), dat een weerstandskracht produceert, die zich die tegen de beweging verzet
Wanneer de schijf naar beneden valt worden in een gebied van de schijf wervelstromen geïnduceerd, die een magnetisch veld veroorzaken. Deze remmen de beweging tot een eenparige snelheid.

Wervelstromen zijn een natuurkundig verschijnsel dat optreedt wanneer bijvoorbeeld in een metalen plaat (niet per se ferromagnetisch) zich een veranderlijk magnetisch veld bevindt. Dit kan een wisselend veld van een elektrische spoel zijn, maar ook een beweging waarbij de veldlijnen doorsneden worden door de plaat. Wanneer een geleider magnetische veldlijnen snijdt dan wordt er in die geleider een stroom geïnduceerd. Deze stroom is door de geleidende plaat kortgesloten.

Het verschijnsel werd in 1855 ontdekt door de Franse natuurkundige Léon Foucault.

Toepassingen
  • Een inductiekookplaat induceert wervelstromen in de panbodem. Deze stromen worden door de elektrische weerstand van de panbodem omgezet in warmte.
  • Onbedoeld treden wervelstromen op in de transformatorkern van transformatoren en elektrische machines. Tezamen met hysteresisverschijnselen dragen ze bij tot de zogenaamde ijzerverliezen. Deze zijn gelijk aan de transformatorverliezen bij nullast. (De koperverliezen kunnen worden bepaald met de kortsluitproef.) Al deze verliezen warmen het apparaat alleen maar op en er moet noodgedwongen geïnvesteerd worden in maatregelen voor koeling. Ter bestrijding van ijzerverliezen door wervelstromen wordt gebruikgemaakt van een gestapeld ijzerpakket met isolatielagen en van gelegeerd ijzer dat minder elektrisch geleidend is.
  • Het principe van wervelstromen wordt bewust als contactloze aandrijving en rem gebruikt in een kilowattuurmeter. Het veranderend magnetisch veld induceert wervelstromen op de aluminium plaat. Het zijn elektrische wilde (wervelende) stromen en een stroom door een geleider (de schijf) doet een lorentzkracht ontstaan die de schijf doet draaien. Bij een kWh-meter wordt in de aluminium draaischijf door twee elektromagneten twee magnetische velden toegevoegd. Een dat recht evenredig is met de verbruikte stroom en een dat recht evenredig is met de verbruikte spanning. Deze velden induceren wervelstromen die de schijf doen draaien. Hoe meer energie verbruikt wordt, hoe krachtiger de schijf wordt aangedreven. Om het systeem af te remmen wanneer geen elektriciteit verbruikt wordt, plaatst men ook een permanente magneet waartussen de aluminium schijf draait. Daardoor wordt bij de draaiing in de schijf een constante wervelstroom opgewekt. Deze produceert een remmende lorentzkracht. De schijf draait nu op een snelheid proportioneel met het aandrijvend koppel.
  • Bij een mechanische snelheidsmeter van een voertuig draait een magneet, door het voorwiel aangedreven, in een aluminium cilindertje. Dit cilindertje is met een asje verbonden met een wijzer en een spiraalveer. De veer duwt de wijzer naar nulpositie, maar het cilindertje krijgt een koppel die proportioneel met het toerental van de roterende magneet die wervelstromen opwekt in het aluminium met zijn magnetisme. Het gevolg is een uitslag van de wijzer en met de hoek kan de snelheid worden afgelezen.
  • Een andere toepassing is bij kermisattracties waarbij men bijvoorbeeld omhoog wordt 'geschoten' rond een verticale paal. Bij het neerkomen wordt een aluminium plaat tussen permanente magneten gebracht en op die wijze wordt betrouwbaar gezorgd voor afremming.
  • Een zeer belangrijke toepassing is de wervelstroomrem. Deze wordt gebruikt op dynamometers om krachten, koppels en vermogens te meten. Wervelstroomremmen worden ook toegepast in retarders.
  • Een inductiemotor of driefasige asynchrone motor wekt wervelstromen op in zijn rotor.
  • Een bijzondere vorm van wervelstroom is het Meissner-effect. Een supergeleider wordt in de buurt gebracht van een magneet. Door deze beweging en elke beweging nadien wordt er een stroom opgewekt die vanwege supergeleiding persistent blijft stromen. Als gevolg van deze persistente stroom is er een magnetisch veld, hetzelfde gepolariseerd en de supergeleider blijft, net zo lang er supergeleiding is, boven de magneet zweven.

Zie ook
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.