Кіріспе
Эдди тогы тежегіші, сондай-ақ индукциялық тежегіш, Фарадей тежегіші, электрлік тежегіш немесе электрлік баяулағыш деп аталатын, қозғалатын нысанды баяулату немесе тоқтату үшін қолданылатын құрылғы. Ұғысу тежегіштерінен айырмашылығы, қозғалатын нысанды тоқтатуға қажетті соққы күші екі беттің арасындағы үйкеліс арқылы қамтамасыз етілсе, Эдди тогы тежегішіндегі соққы күші – магнит пен жақын орналасқан өткізгіш нысанның салыстырмалы қозғалысы кезінде туындайтын электромагниттік күш. Тұрақты магниттің басынан өтетін өткізгіш бетте магнит өрісінің әсерінен дөңгелек электр тоқтары – Эдди тоқтары пайда болады. Ленц заңына сәйкес, айналатын токтар магнит өрісіне қарсы өздерінің магнит өрісін жасайды. Осылайша, қозғалатын өткізгіш магниттен соққы күшін сезінеді, бұл күш оның қозғалысына қарсы және оның жылдамдығына пропорционалды. Қозғалатын нысанның кинетикалық энергиясы өткізгіштің электрлік кедергісі арқылы өтетін токтан пайда болатын жылу түрінде таралады. Эдди тогы тежегішінде магнит өрісін тұрақты магнит немесе электромагнит жасауы мүмкін. Электромагниттік жүйеде электромагниттік орамдардағы электр тогын өзгерту арқылы тежеу күшін қосуға, өшіруге (немесе өзгертуге) болады. Тағы бір артықшылығы – тежегіш үйкеліс арқылы жұмыс істемейтіндіктен, тежегіш астар беттері тозып білінбейді, сондықтан үйкеліс тежегіштеріндегідей ауыстыру қажеттілігі болмайды. Кемшілігі – тежеу күші тежегіштің салыстырмалы жылдамдығына пропорционалды болғандықтан, қозғалатын нысан тоқтағанда тежегіште тоқтату күші болмайды, өйткені үйкеліс тежегішінде статикалық үйкеліспен қамтамасыз етіледі, сондықтан көлік құралдарында оны үйкеліс тежегішімен толықтыру қажет. Кейбір жағдайларда, қозғалтқыш немесе басқа машинада сақталған импульс түріндегі энергия кез келген электромагниттерді қуаттандыру үшін қолданылады. Нәтижесінде, қуатты өшіргенде жылдам тоқтайтын қозғалтқыш немесе басқа машина пайда болады. Мұндай конструкцияларда, мұндай баяулау кезінде құрамдас бөліктерге жұмыс шектерінен асып түсетін жүктеме түспеуіне көз жеткізу қажет, себебі бұл қалыпты жұмыс кезіндегі үдеудің жобалық күштерінен әлдеқайда көп болуы мүмкін. Эдди тогы тежегіштері жоғары жылдамдықты пойыздар мен американдық тау-кендерді баяулату үшін, жартылай тіркемелі жүк көліктерінде үйкеліс тежегіштеріне қосымша ретінде, тежегіштердің тозуын және қызуын болдырмау үшін, қуатты өшіргенде қуатты құралдарды жылдам тоқтату үшін және электрмен жабдықтаушы мекемелерде қолданылатын электр есептегіштерінде қолданылады.
An eddy current brake, also known as an induction brake, Faraday brake, electric brake or electric retarder, is a device used to slow or stop a moving object by generating eddy currents and thus dissipating its kinetic energy as heat. Unlike friction brakes, where the drag force that stops the moving object is provided by friction between two surfaces pressed together, the drag force in an eddy current brake is an electromagnetic force between a magnet and a nearby conductive object in relative motion, due to eddy currents induced in the conductor through electromagnetic induction. A conductive surface moving past a stationary magnet develops circular electric currents called eddy currents induced in it by the magnetic field, as described by Faraday's law of induction. By Lenz's law, the circulating currents create their own magnetic field that opposes the field of the magnet. Thus the moving conductor experiences a drag force from the magnet that opposes its motion, proportional to its velocity. The kinetic energy of the moving object is dissipated as heat generated by the current flowing through the electrical resistance of the conductor. In an eddy current brake the magnetic field may be created by a permanent magnet or an electromagnet. With an electromagnet system, the braking force can be turned on and off (or varied) by varying the electric current in the electromagnet windings. Another advantage is that since the brake does not work by friction, there are no brake shoe surfaces to wear, eliminating replacement as with friction brakes. A disadvantage is that since the braking force is proportional to the relative velocity of the brake, the brake has no holding force when the moving object is stationary, as provided by static friction in a friction brake, hence in vehicles it must be supplemented by a friction brake. In some cases, energy in the form of momentum stored within a motor or other machine is used to energize any electromagnets involved. The result is a motor or other machine that rapidly comes to rest when power is removed. Care must be taken in such designs to ensure that components involved are not stressed beyond operational limits during such deceleration, which may greatly exceed design forces of acceleration during normal operation. Eddy current brakes are used to slow high speed trains and roller coasters, as a complement for friction brakes in semi trailer trucks to help prevent brake wear and overheating, to stop powered tools quickly when power is turned off, and in electric meters used by electric utilities.
Дискілік бұрқырамалы ток тежегіштер
Дискілік электромагниттік тежегіштер поездар сияқты көлік құралдарында және дөңгелек ара сияқты электр құралдарында, қуат өшірілген кезде пышақты жылдам тоқтату үшін қолданылады. Дискілік едәуір ток тежегіші, көлік құралының дөңгелегінің осіне бекітілген, ферромагниттік емес өткізгіш металл дискіден (ротордан) тұрады, ал электромагнит дискідің әр жағындағы полюстерімен орналасқан, сондықтан магнит өрісі дискі арқылы өтеді. Электромагнит тежегіш күшін өзгертуге мүмкіндік береді. Электромагниттің орамдарынан ток өтпегенде, тежегіш күші болмайды. Жүргізуші тежегіш педаліне басқанда, ток электромагнит орамдарынан өтеді, нәтижесінде магнит өрісі пайда болады. Орамдағы ток қаншама жоғары болса, едәуір ток та соғұрлым көп болады және тежегіш күші де соғұрлым күшті болады. Электр құралдарының тежегіштері тұрақты магниттерді пайдаланады, олар қуат өшірілген кезде байланыс арқылы дискіге жақын жылжытылады. Көліктің қозғалыс кинетикалық энергиясы дискінің кедергісі арқылы өтетін едәуір токтар арқылы Джоульдік жылумен таратылады, сондықтан дәстүрлі үйкеліс дискілік тежегіштер сияқты, диск қызады. Сызықтық тежегіштен айырмашылығы, дискінің металлы магнит өрісі арқылы бірнеше рет өтеді, сондықтан дискілік едәуір ток тежегіштері сызықтық едәуір ток тежегіштерінен қызып кетеді. Жапондық Шинкансен пойыздарында 100 сериялы Шинкансеннен бастап, тіркеме вагондарында дөңгелек едәуір токпен тежеу жүйесі қолданылған. N700 сериялы Шинкансен едәуір ток тежегіштерін регенеративтік тежегіштерге алмастырды, себебі пойыздың 16 вагонының 14-інде электр моторлары қолданылды. Регенеративтік тежегіштерде дөңгелекті қозғалтатын мотор генератор ретінде қолданылады, ол электр тогын өндіреді, оны аккумуляторды зарядтау үшін пайдалануға болады, бұл энергияны қайта пайдалануға мүмкіндік береді.
Динамиметрлік бұрандалы ток сіңіруші
Көптеген шасси динамиметрлері және көптеген қозғалтқыш сынағыштары қозғалтқышқа электрмен реттелетін жүктеме беру үшін бұрандалы ток тежегішін пайдаланады. Мұндай жағдайларда оларды көбінесе "сіңіргіш" деп атайды. Арзан, ауамен салқындатылатын түрлері көбінесе шасси динамиметрлерінде қолданылады, онда олардың ішкі жоғары инерциялы болат роторлары кемшілік емес, пайдалы болып табылады. Керісінше, жоғары өнімді қозғалтқыш сынағыштары көбінесе төмен инерциялы, жоғары айналымды, сұйықпен салқындатылатын конфигурацияларды қолданады. Мұндай жағдайларда бұрандалы ток сіңіргіштердің кемшілігі, қымбат AC моторлы динамиметрлермен салыстырғанда, олардың қозғалтқышты тоқтату жылдамдығында (нөл айналымда) жүктеме бере алмайтыны және қозғалтқышты іске қосуға немесе (төбеден түсуді имитациялау үшін) айналдыруға мүмкіндік бермейтіні болып табылады. Олар энергияны сіңірмейтіндіктен, олардың шығаратын жылуын сынақ камерасынан шығару үшін қосымша шаралар қабылдануы керек. Көлемді ауа желдеткіш немесе ауа-су жылу алмастырғышы қосымша шығындар мен күрделіліктерді тудырады. Ал жоғары сапалы AC моторлы динамиметрлер қозғалтқыштың қуатын желіге тікелей қайтарады.
Сызықтық бұрқырамалы ток тежегіштері
Сызықтық бұрқырамалы ток тежегіштері кейбір теміржол көліктерінде, мысалы, пойыздарда қолданылады. Олар дөңгелекті тау-кендердегі вагондарды жүру соңында тегіс тоқтату үшін пайдаланылады. Сызықтық бұрқырамалы ток тежегіші магниттік мойынтұрықтан тұрады, оның бойымен рельс бойына орналастырылған электр орамдары бар, олар оңтүстік және солтүстік магниттік полюстер ретінде кезекпен магниттеледі. Бұл магнит рельске жанаспайды, бірақ рельстен шамамен 7 мм қашықтықта ұсталады (бұрқырамалы ток тежегішін басқа құрылғымен, магниттік тежегішпен шатастырмау керек, ол тежегіш аяғының рельспен үйкелісуі арқылы тоқтату күшін жүзеге асырады). (Механикалық тежегіштерден, қозғалыс және кинетикалық энергияға негізделгеннен айырмашылығы, бұрқырамалы ток тежегіштері заттарды тоқтату үшін электромагнетизмге сүйенеді.) Ол дискілі бұрқырамалы ток тежегіші сияқты жұмыс істейді, өткізгіш рельсте жабық бұрқырамалы ток тізбектерін тудырады, олар пойыздың қозғалысына қарсы келетін кері магниттік өрістерді жасайды. Қозғалмалы көліктің кинетикалық энергиясы рельстің электрлік кедергісі арқылы өтетін бұрқырамалы ток арқылы жылуға айналады, бұл рельстің қызуына әкеледі. Сызықтық тежегіштің артықшылығы – рельстің әр бөлігі тежегіштің магниттік өрісі арқылы бір рет өтеді, ал дискілі тежегіште дисктің әр бөлігі тежегіш арқылы бірнеше рет өтеді, сондықтан рельс дискідей қызып кетпейді, демек сызықтық тежегіш дискілі тежегіштерге қарағанда көбірек энергияны таратып, жоғары қуаттылыққа ие. Бұрқырамалы ток тежегішінің рельспен механикалық байланысы жоқ, сондықтан тозу болмайды және шу да, иіс те пайда болмайды. Бұрқырамалы ток тежегіші төмен жылдамдықтарда қолданылмайды, бірақ жоғары жылдамдықтарда авариялық және тұрақты тоқтату үшін қолданылуы мүмкін. Еуропалық жылдамдықты теміржолдың техникалық ерекшеліктері (ЕО-ның ТЖБ) жаңадан салынған барлық жоғары жылдамдықты желілерде бұрқырамалы ток тежегішін қолдану мүмкіндігін ұсынады. Қазіргі заманғы дөңгелекті тау-кендер осы типтегі тежегішті пайдаланады. Электр қуатының үзілу қаупін болдырмау үшін олар электромагниттердің орнына тұрақты магниттерді қолданады, сондықтан қуат көзі қажет болмайды. Бұл қолданбада электромагниттердегідей тежеу күшін оңай реттеу мүмкіндігі жоқ.
Зертханалық тәжірибе
Физика білімінде шұңқырлы токтарды және магниттік тежеу принципін көрсету үшін кейде қарапайым эксперимент қолданылады. Егер күшті магнит тік, темір емес өткізгіш құбырға түсірілсе, құбырда шұңқырлы токтар туындайды, олар магниттің төмен түсуін баяулатады, сондықтан ол бос түсуге қарағанда баяу түседі. Бір топ автор түсіндіргендей, әдеттегі эксперименттерде студенттер мыс түтік арқылы магниттің түсу уақытын картон түтікпен салыстырып, магнит түскен кезде құбырға оралған сымдағы шұңқырлы ток импульсын байқау үшін осциллографты пайдалана алады.
In typical experiments, students measure the slower time of fall of the magnet through a copper tube compared with a cardboard tube, and may use an oscilloscope to observe the pulse of eddy current induced in a loop of wire wound around the pipe when the magnet falls through.