S

S

Z

Z

K

K

O

O

Ł

Ł

A

A

G

G

Ł

Ł

Ó

Ó

W

W

N

N

A

A

S

S

Ł

Ł

U

U

Ż

Ż

B

B

Y

Y

P

P

O

O

Ż

Ż

A

A

R

R

N

N

I

I

C

C

Z

Z

E

E

J

J

K

K

A

A

T

T

E

E

D

D

R

R

A

A

T

T

E

E

C

C

H

H

N

N

I

I

K

K

I

I

P

P

O

O

Ż

Ż

A

A

R

R

N

N

I

I

C

C

Z

Z

E

E

J

J

Z A K Ł A D E L E K T R O E N E R G E T Y K I

Ćwiczenie:

ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW

WIROWYCH

Opracował:

mgr inż. Edward SKIEPKO

Warszawa 2000

Wersja 1.0

www.labenergetyki.prv.pl

Laboratorium Elektroenergetyki

Ćwiczenie: Badanie prądów wirowych

- 2 -

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z prądami wirowymi oraz z metodami ograniczenia ich.

2. Wprowadzenie teoretyczne

Prawo indukcji elektromagnetycznej podaje zależność między wartością napięcia indukującego

się w przewodniku a prędkością zmian strumienia magnetycznego. Współcześnie konstruowane
maszyny elektryczne mają obwody magnetyczne wykonane z materiałów ferromagnetycznych, które sa
przewodnikami. W obwodach tych jest przeważnie wykorzystywany zmienny strumień magnetyczny, co
zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej powoduje powstanie w nich siły elektromotorycznej.

Wynika z tego, że SEM powstaje nie tylko w przewodach używanych na uzwojenia, ale i

masywnych ciałach stosowanych na obwód magnetyczny i elementy konstrukcyjne urządzenia. W
masywnym przewodniku elektrycznym pod wpływem zaindukowanego napięcia powstają prądy,
zamykające się w objętości przewodnika, a więc mogące przybierać stosunkowo duże wartości. Ze
względu na kołowy kształt drogi ich przepływu, prądy te zostały nazwane prądami wirowymi, Prądy te
wywołuję straty mocy, a więc obniżają sprawność urządzenia i w niektórych wypadkach mogę
spowodować pożar.

Szkodliwe działanie prądów wirowych można ograniczyć wykonując obwód magnetyczny z

cienkich blach magnetycznych odizolowanych od siebie i ułożonych swe płaszczyznę prostopadle do
drogi zamykania się tych prądów (rys. 12.1).

W obwodach magnetycznych maszyn elektrycznych i metalowych elementach konstrukcyjnych

tych urządzeń oprócz strat na prądy wirowe występują jeszcze straty na histerezę. Łączne straty w
żelazie można zapisać:

∆P

FE

=∆P

h

+∆P

w

ponieważ:

f

B

k

P

m

h

h

×

×

=

∆

2

'

2

2

'

f

B

k

P

m

w

w

×

×

=

∆

gdzie:

k’

h

i k’

w

- jednostkowe straty na prądy wirowe i histerezę w czasie jednego okresu,

B - maksymalna wartość indukcji magnetycznej w rdzeniu,
f - częstotliwość

Wzór na straty w żelazie przyjmie postać:

2

2

'

2

'

f

B

k

f

B

k

P

m

w

m

h

Fe

×

×

+

×

×

=

∆

Przy stałej indukcji w obwodzie magnetycznym B

m

=

const wzór można przedstawić:

2

f

k

f

k

P

w

h

Fe

×

+

×

=

∆

Wykonując pomiary strat w obwodzie magnetycznym przy zmiennej częstotliwości można wykonać
wykres:

h

w

Fe

k

f

k

f

P

+

×

=

∆

f

k

f

P

k

h

Fe

w

1

1

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

i rozdzielić straty na histerezę oraz prądy wirowe

Laboratorium Elektroenergetyki

Ćwiczenie: Badanie prądów wirowych

- 3 -

Straty w obwodach magnetycznych urządzeń elektrycznych mogą być wykorzystane w

procesach elektrotermicznych. Nagrzewanie wsadu pod wpływom indukowanych w nim prądów wi-
rowych nazywa się nagrzewaniem indukcyjnym.

W indukcyjnych urządzeniach grzejnych, podobnie Jak w transformatorach, występują dwa

obwody prądowe. Obwód pierwotny na uzwojenie (zwane wzbudnikiem), wytwarzające zmienne pole
magnetyczne. W obwodzie wtórny zamiast uzwojenia występuje nagrzewany przedmiot. Jedno
konstrukcyjnych możliwych rozwiązań konstrukcyjnych nagrzewnicy indukcyjnej; pokazuje rysunek 12.2,

W nagrzewaniu indukcyjnym duże znaczenie ma zjawisko naskórkowości, polegające na tym, że prąd
przemienny, w odróżnieniu od prądu stałego, nie rozkłada się równomiernie w całym przewodniku. W
warstwach przypowierzchniowych gęstość prądu jest większa niż w jego środku. Efekt naskórkowości
wzrasta ze wzrostem częstotliwości„ Tę właściwość wykorzystano w celu nagrzewania
przypowierzchniowych warstw metalu.

Laboratorium Elektroenergetyki

Ćwiczenie: Badanie prądów wirowych

- 4 -

3. Pomiary laboratoryjne

Zadanie 1. Pomiar rezystancji wzbudnika.

Pomiar należy wykonać prądem stałym, stosując metodę techniczną (rys. 12.3). Wyniki

zanotować w tabeli 12.1.

Tabela 12.1. Wyniki pomiarów i obliczeń

U-V V-W U-W

U I R R

śr

U I R R

śr

U I R R

śr

L.p.

[V] [A] [Ω] [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω]

Zadanie 2: Pomiar parametrów pracy jałowej nagrzewnicy.

W celu wykonania pomiarów należy przyłączyć nagrzewnicę do sieci zgodnie ze schematem

połączeń przedstawionym na rys. 12.4.

Rys.12.2. Schemat układu pomiarowego

Wyniki zanotować w tabeli 12.2

Tabela 12.2. Wyniki pomiarów i obliczeń

U I

0

P

1

P

2

P

0

cosø

∆P

Cu

∆P

Fe

L.p.

[V] [A] [W] [W] [W] --- [W] [W]

Uwagi

Straty mocy czynnej w uzwojeniu wzbudnika ∆P

C

U

oraz straty mocy czynnej w rdzeniu nagrzewnicy ∆P

Fe

należy obliczyć ze wzorów:

Fe

Cu

O

P

P

P

∆

+

∆

=

( )

R

I

P

O

Cu

×

×

=

∆

2

3

Zadanie 3: Pomiar parametrów nagrzewnicy w stanie obciążenia

Pomiary wykonać w układzie przedstawionym na rysunku 12.4. Badania przeprowadzić dla

Laboratorium Elektroenergetyki

Ćwiczenie: Badanie prądów wirowych

- 5 -

różnych konfiguracji materiału i różnych materiałów. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 12.3.

Tabela 3. Wyniki pomiarów i obliczeń

U I

0

P

1

P

2

P

0

cosø

L.p. Wsad

[V] [A] [W] [W] [W] ---

Uwagi

Zadanie 4; Badanie temperatury wsadu.

W układzie jak na rysunku 12.4. miernikiem temperatury należy zmierzyć temperaturę

nagrzewanych materiałów. Pomiary wykonywać, co 30 sek. do temperatury 100°C. Wyniki pomiarów
umieścić w tabeli 12.4.
Tabela 12.4 Wyniki pomiarów temperatury wsadu

Wsad I

……………………..

Wsad II

……………………..

Wsad III

……………………..

czas Temp czas Temp czas Temp

L.p.

[s] [

O

C] [s] [

O

C] [s] [

O

C]

Uwagi

4. Opracowanie

wyników

pomiarów:

a) Uzupełnić tabela o odpowiednie obliczenia,
b) Na podstawie wykreślnej charakterystyki θ=f(t) określić przybliżoną temperaturę graniczną θ

g

, jaką

osiągnąłby wsad po nieskończenie długim czasie nagrzewania,

c) Przeprowadzić dyskusje wyników oraz podać wnioski z przeprowadzonych pomiarów.

5. Zawodnienia i pytania kontrolne:
a) Przyczyny powstawania prądów wirowych,
b) Od czego zależą straty mocy w obwodach magnetycznych maszyn elektrycznych?
c) W jaki sposób można wykorzystać prądy wirowe?
d) Na czym polega zjawisko naskórkowości?

6. Literatura
1. Praca zbiorowa: Laboratorium przemian energii elektrycznej. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej,

Wrocław 1980.