correnti parassite

Chiamiamo correnti parassite le correnti elettriche create in una massa conduttiva, sia dalla variazione nel tempo di un campo magnetico esterno che passa attraverso questo mezzo (il flusso del campo attraverso il mezzo), sia dallo spostamento di questa massa in un campo magnetico . Sono una conseguenza dell'induzione elettromagnetica .

Correnti parassite sono responsabili di alcune delle perdite (conosciuti perdite correnti parassite ) nei circuiti magnetici di macchine elettriche alternativi e trasformatori . Questo è il motivo per cui i circuiti magnetici sono realizzati in fogli laminati per limitare queste correnti e le conseguenti perdite di Joule , il che migliora l'efficienza complessiva dei trasformatori.

Storico

Questo fenomeno fu scoperto nel 1851 dal fisico francese Léon Foucault , da cui prende il nome.

Principio

Il campo magnetico variabile nel tempo è responsabile della comparsa di una forza elettromotrice all'interno del mezzo conduttivo. Questa forza elettromotrice induce correnti nella massa. Queste correnti hanno due effetti:

creano un campo magnetico che si oppone alla causa della variazione del campo esterno ( legge di Lenz );
provocano riscaldamento per effetto Joule della massa conduttiva, tanto maggiore quanto maggiore è la velocità tra l'induttore e la parte conduttiva.

Quando la variazione di flusso è dovuta ad uno spostamento del mezzo di fronte ad un campo magnetico costante, le correnti parassite sono responsabili della comparsa delle forze di Laplace che si oppongono allo spostamento, da qui l'effetto frenante osservato sui sistemi che utilizzano questo tipo di dispositivo .

La potenza persa per unità di massa (W / kg) a causa di correnti parassite in un materiale di resistività , spessore e sottoposto perpendicolarmente ad un campo magnetico di ampiezza (induzione magnetica) variabile sinusoidalmente nel tempo con una frequenza è data dalla seguente relazione: $\ rho$ $e$ ${\ displaystyle {B _ {\ max}}}$ $f$

{\ displaystyle P = {\ frac {\ pi ^ {2}} {6}} \ times {\ frac {e ^ {2} {B _ {\ max}} ^ {2} f ^ {2}} { k \ rho r}},}

dove k è una costante uguale a 1 per un foglio sottile e 2 per un filo sottile, er è la densità del materiale (kg / m 3 ).

Per un circuito magnetico costituito da una pila di fogli, va aggiunto un coefficiente di riempimento inferiore a 1: parte del volume del circuito magnetico corrisponde alla resina che isola le piastre l'una dall'altra e che non deve essere presa in considerazione per il calcolo delle perdite.

Applicazioni

Frenata

Il primo brevetto per un rallentatore elettromagnetico fu depositato da Steckel nel 1903 . Raoul Sarazin realizzò nel 1936 la prima applicazione pratica su veicolo di un rallentatore utilizzando il principio delle correnti parassite.

I sistemi frenanti a correnti parassite sono utilizzati in particolare sui veicoli commerciali pesanti e sugli autobus con la denominazione di “retarder” o con il nome commerciale Telma .

Sono costituiti da elettromagneti fissi ( statore ) che inducono correnti parassite in dischi conduttivi ( rotore ) azionati dalle ruote. Quando gli elettromagneti sono eccitati, le correnti parassite indotte nei dischi generano forze di Laplace che si oppongono al movimento, generando quindi una coppia frenante.

A differenza dei freni convenzionali che dissipano energia per attrito, la frenatura elettromagnetica funziona senza contatto e quindi senza usura delle guarnizioni. Questi freni richiedono poca regolazione. Sebbene l'energia di frenata rimanga dissipata sotto forma di calore (per effetto Joule ), sono meno sensibili al riscaldamento. Sono quindi obbligatori sui veicoli pesanti per produrre frenate di resistenza, in particolare in montagna o in situazioni di frenata frequente. La frenata essendo generata dalla velocità dei dischi, non consentono in nessun caso di immobilizzare un veicolo fino al completo arresto. Questo è il motivo per cui funzionano solo come complemento ai freni convenzionali.

Nelle ferrovie, il treno ad alta velocità ICE 3 della Deutsche Bahn utilizza un sistema frenante a correnti parassite come sistema frenante di servizio su alcune nuove linee e come sistema di frenata di emergenza altrove.

Possono essere incolpati del fatto che l'energia viene dissipata per effetto Joule sotto forma di calore e quindi in pura perdita, a differenza della frenata rigenerativa dei veicoli ibridi che la utilizzano come elettricità immagazzinabile.

Riscaldatore

Il riscaldamento ad induzione è prodotto dalle correnti parassite indotte nella parte da riscaldare. Questo tipo di riscaldamento è quindi riservato ai materiali elettricamente conduttivi . Viene ad esempio utilizzato nei piani cottura a induzione , o nella metallurgia, dove i forni a induzione possono riscaldare i lingotti metallici alla loro temperatura di fusione .

Brasatura

Nel caso della brasatura ad induzione, gli elementi da brasare sono posti in un potente campo elettromagnetico per riscaldare le parti così come il metallo d'apporto.

Separatore di correnti parassite

Le correnti parassite vengono utilizzate per lo smistamento e la separazione di materiali sfusi eterogenei.

Il primo separatore è stato realizzato nel 1984 dal termodinamico Hubert Juillet, inventore del processo, per conto della vetreria BSN (ora Owens-Illinois ) di Wingles ( Pas-de-Calais ) per il riciclaggio del vetro, al fine di separare i metalli non ferrosi (comprese le capsule) dal vetro.

Attualmente, un gran numero di separatori è in servizio in tutto il mondo, principalmente nei settori del riciclaggio e della lavorazione dei minerali .

Altre applicazioni

Le correnti parassite vengono utilizzate per:

contare i consumi elettrici, nei vecchi contatori FESR (ruota dentata);
realizzare sensori di distanza senza contatto. Sono generalmente costituiti da una bobina eccitata ad alta frequenza (da 200 kHz a 2 MHz ); la vicinanza di una parte conduttiva ne modifica l'impedenza; la misura di questa impedenza permette di determinare la distanza dalla parte misurata;
le prove non distruttive , ad esempio per la rilevazione di cricche in parti metalliche quali rotaie ferroviarie o parti metalliche di aeromobili soggetti a sollecitazioni ripetute. In caso di guasto interno, le correnti parassite sono diverse, il che si traduce in una modifica del campo magnetico indotto. Un esempio è il controllo di qualità della produzione di lame per armi da scherma sportiva;
visualizzare la velocità di un veicolo tramite contagiri : un magnete è collegato all'uscita del cambio e circondato da un tubo in metallo conduttivo che va da detto cambio al contatore su cui è fissato un ago. Il tubo, imperniato attorno al proprio asse, è trattenuto da una molla a spirale incaricata di portare a zero l'ago. Più velocemente gira la ruota, maggiore è la forza esercitata sulla rotazione del tubo, e più l'ago del contatore si sposta dalla sua posizione iniziale;
il funzionamento di alcune dinamo per biciclette: un magnete viene messo in rotazione per effetto di correnti parassite nel cerchio della ruota. Questo magnete rende quindi possibile generare energia per alimentare una luce. A differenza delle dinamo tradizionali, il magnete viene azionato senza contatto.

Note e riferimenti

Storia della società Telma , il telma.com, accessibile 22 gennaio 2017
Date chiave freno elettromagnetico , su telma.com, accesso 11 maggio 2017
Correnti parassite , sul sito web regulator-cetrisa.com
(in) Sistema per la separazione di metalli non ferrosi , sul sito web worldwide.espacenet.com, accesso 15 gennaio 2013
" Regolamento sull'attrezzatura della Federazione internazionale di scherma " [PDF] , sulla Federazione internazionale di scherma ,dicembre 2017(visitato il 4 gennaio 2018 ) , p. 27.
(in) " City Supreme " su reelight.com (accesso 16 gennaio 2019 ) : " Queste luci rivoluzionarie per bici sono alimentate da Eddy Currents generate quando il cerchio in alluminio ruota accanto alla luce. " .