Eddy Current là gì? Hướng dẫn phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy

BTB Electric

• Tin tức
• Th8 11, 2025
• 303 lượt xem

Eddy Current có nguy cơ làm giảm hiệu suất thiết bị và gây tổn hao năng lượng nhưng đây lại là cơ sở để xác định các “khuyết tật” trên vật liệu dẫn điện. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn phương pháp kiểm tra Eddy current đơn giản nhất. 

Định nghĩa về Eddy Current

Eddy Current (hay còn được gọi là dòng điện xoáy, dòng điện Foucault) là hiện tượng dòng điện sinh ra khi một vật dẫn điện được đặt vào một từ trường biến đổi theo thời gian hoặc di chuyển qua một từ trường cố định – theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday. 

Dòng điện xoáy giống như dòng xoáy trong một dòng suối, chảy theo các vòng kín, vuông góc với mặt phẳng của từ trường. Kích thước của Eddy current tỷ lệ thuận với kích thước của từ trường, diện tích của vòng lặp, tốc độ thay đổi của từ thông và tỉ lệ nghịch với điện trở suất của vật dẫn điện.

Lực Lorentz hay lực điện tương đối tính tác động lên các hạt tích điện có thể chuyển động tự do trong vật dẫn chính là nguyên nhân vật lý gây ra dòng điện Foucault.

Theo định luật Lenz, dòng điện Foucault luôn chống lại nguyên nhân gây ra dòng điện này, bằng cách tạo ra một cảm ứng từ có từ thông ngược có khả năng chống lại sự biến thiên của từ thông đã tạo ra dòng điện xoáy; hoặc tương tác với từ trường gây ra lực cơ học luôn chống lại chuyển động của vật dẫn. Sau này, các nhà khoa học đã ứng dụng nguyên lý hoạt động của dòng điện xoáy để nghiên cứu phương pháp dừng các công cụ, phương tiện điện đang quay, trong đó có tàu lượn siêu tốc hay kiểm tra vật liệu không phá hủy,…

Tác động của dòng điện xoáy

Khi suất điện động cảm ứng xuất hiện trong quá trình vật dẫn điện di chuyển qua từ trường cố định hoặc nằm trong vùng từ trường biến thiên, các điện tử tự do trong vật dẫn bị lực Lorentz tác động và bắt đầu di chuyển tạo thành các dòng điện kín. Các dòng điện này gây ra hiệu ứng Joule – sinh nhiệt trong vật liệu, ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị và năng lượng điện: 

• Tổn hao năng lượng: Dòng điện xoáy làm nóng lõi từ, giảm hiệu suất thiết bị trong máy biến áp, động cơ điện, cuộn cảm…
• Nhiễu tín hiệu: Dòng xoáy có thể tạo ra các dòng cảm ứng không mong muốn gây nhiễu hệ thống trong mạch điện tử.
• Ăn mòn nội tại: Nhiệt sinh ra do dòng xoáy nếu không được kiểm soát có thể gây ăn mòn vật liệu theo thời gian.

Tuy nhiên, Eddy current không chỉ có hại. Lợi ích của dòng điện này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:

• Gia nhiệt cảm ứng: Dòng điện xoáy sinh ra nhiệt lượng lớn đủ để nấu chảy kim loại nhanh chóng trong lò cảm ứng, lò luyện kim hoặc các máy gia nhiệt cao tần.
• Phanh điện từ: Dòng điện xoáy tạo ra lực hãm nhờ sinh ra mô-men phản lực khi kim loại di chuyển trong từ trường nên được ứng dụng tạo phanh trong tàu điện, tàu lượn cao tốc hoặc xe tập thể dục…
• Thử nghiệm không phá hủy (NDT): Kỹ thuật kiểm tra bằng dòng điện xoáy dùng để phát hiện vết nứt, ăn mòn hoặc lỗi cơ học trong vật liệu dẫn điện.
• Máy phát điện: Sử dụng dòng điện xoáy tạo tín hiệu điện để phản ánh các chuyển động cơ học.
• Cảm biến dòng điện không tiếp xúc: Sử dụng cảm ứng điện từ để đo cường độ dòng mà không cần ngắt mạch.
• Y tế: Liệu pháp “gắng sức trên xe đạp” (ergometry) sử dụng dòng điện Foucault để xác định bệnh thiếu máu cơ tim.
• Dò kim loại: Dòng điện Foucault được dùng để thăm dò chất lượng các thiết bị kim loại, như ống đổi nhiệt. 

Vì vậy, việc kiểm tra dòng điện xoáy đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và chất lượng của vật liệu, linh kiện trong các ngành công nghiệp. 

Hướng dẫn phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy

Kiểm tra dòng điện xoáy là phương pháp kiểm tra vật liệu không phá hủy bằng cách sử dụng cảm ứng điện từ nhằm xác định các khuyết tật trong vật liệu dẫn điện (thường là thép, nhôm và đồng) hoặc lớp che phủ vật dẫn điện, hợp kim, mối hàn, dây dẫn điện…, bao gồm:

• Phát hiện các vết nứt, dấu hiệu bất thường hoặc lỗi gần bề mặt trong vật liệu dẫn điện.
• Đo độ dày vật liệu và lớp phủ. 
• Kiểm tra mức độ ăn mòn của mối hàn hoặc ống…
• Kiểm tra vật liệu đã qua xử lý nhiệt bằng cách thử độ dẫn nhiệt

Với thử nghiệm kiểm tra dòng điện xoáy cơ bản, cần chuẩn bị 3 yếu tố quan trọng gồm: một nguồn điện xoay chiều, một đầu dò và một vôn kế hoặc ampe kế.

Quy trình kiểm tra dòng Eddy được thực hiện như sau:

Bước 1: Lựa chọn đầu dò

Việc lựa chọn thiết kế và tần suất đầu dò phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu được kiểm tra, độ sâu thâm nhập mong muốn và kích thước của các lỗi cần phát hiện.

Có 4 loại đầu dò phổ biến:

• Đầu dò bề mặt: Thường được sử dụng để kiểm tra độ dẫn điện, cung cấp phép đo vật liệu khối, tuy nhiên loại này bị hạn chế về khả năng phát hiện các khuyết tật nhỏ khi diện tích lấy mẫu lớn.
• Đầu dò lỗ bu lông: Được chế tạo để sử dụng cùng máy quét lỗ bu lông, cung cấp phạm vi phủ sóng tốt hơn và tỷ lệ phát hiện lỗi cao hơn do có dải tần số rộng.
• Đầu dò dạng ống chỉ: Có thể đưa vào các vật liệu rỗng (như ống) để kiểm tra từ trong ra ngoài, cho phép quét toàn bộ vật thể thử nghiệm ở tốc độ cao chỉ trong một lần. Nhờ sự phân bố từ trường đồng đều trên vật thể thử nghiệm mà loại này cực kỳ nhạy cảm với các khuyết tật.
• Đầu dò siêu âm: Được thiết kế đặc biệt để kiểm tra tính toàn vẹn của các tài sản hình trụ như ống trao đổi nhiệt, ống tạo hơi, đảm bảo phạm vi phủ sóng đủ để phát hiện ngay cả những điểm không liên tục nhỏ nhất trong vật liệu, như vết nứt, ăn mòn hoặc thành mỏng. 

Bước 2: Tạo ra dòng điện xoáy

Đặt đầu dò gần vật liệu thử nghiệm và áp dụng dòng điện xoay chiều vào đầu dò. Cách này có thể tạo ra dòng điện xoáy nhân tạo bên trong vật liệu.

Bước 3: Tương tác với các khiếm khuyết

Dòng điện xoáy có mức độ tương tác khác nhau với các loại khuyết tật khác nhau, gồm vết nứt, lỗ rỗng, sự không nhất quán của vật liệu. Những tương tác này gây ra những thay đổi trong dòng chảy của dòng điện xoáy, có thể được phát hiện và phân tích.

Bước 4: Phản ứng dòng điện xoáy

Cuộn dây dò – thường nằm bên trong đầu dò có chức năng đo những thay đổi trong dòng điện xoáy cảm ứng. Sự thay đổi trong độ dẫn điện hoặc độ từ thông của vật liệu do khuyết tật gây ra kéo theo những thay đổi trong phản ứng của eddy current.

Bước 5: Phân tích dữ liệu

Dữ liệu thu thập từ cuộn dây dò được xử lý bằng thiết bị và phần mềm chuyên dụng, sau đó sẽ được các kỹ thuật viên chuyên nghiệp diễn giải qua các báo cáo tình trạng của vật liệu được kiểm tra. 

Trong trường hợp phát hiện dòng điện xoáy trong các thiết bị điện – điện tử, một số giải pháp sẽ được áp dụng để hạn chế tác động tiêu cực của dòng điện này: 

• Ghép lớp lõi từ: Thay vì dùng khối vật liệu liền mạch, có thể ghép các lá thép kỹ thuật mỏng cách điện với nhau, giúp chia nhỏ dòng xoáy, cũng như hạn chế tổn hao.
• Sử dụng vật liệu từ tính có điện trở cao: Với các cuộn cảm, biến áp cao tần có thể sử dụng Ferrite có từ tính mạnh nhưng dẫn điện kém.
• Giảm tốc độ thay đổi từ trường: Thay đổi thiết kế thiết kế mạch điều khiển để hạn chế dao động mạnh trong dòng điện hoặc từ trường.
• Thiết kế hình học tối ưu: Để kiểm soát quỹ đạo dòng điện xoáy, có thể sử dụng các thiết kế hình học cho hình dạng lõi từ, cuộn dây và đường dẫn từ.

Lợi ích của phương pháp kiểm tra Eddy Current

Kiểm tra dòng điện xoáy là phương pháp linh hoạt để đánh giá cấu trúc của các vật liệu dẫn điện nhằm đảm bảo tính an toàn và hiệu suất thiết bị trong quá trình sử dụng.

Ưu, nhược điểm của phương pháp kiểm tra Eddy Current

Ứng dụng trong ngành công nghiệp, vật liệu

Một số câu hỏi về Eddy current

Câu hỏi 1: Phương pháp kiểm tra dòng điện xoáy nên thực hiện bao lâu một lần?

Trả lời: Tần suất thử nghiệm dòng điện xoáy được khuyến nghị là từ 3-5 năm/lần đối với các ống, đường ống, mối hàn, mối nối…

Câu hỏi 2: Loại vật liệu nào có thể thử nghiệm bằng kiểm tra Eddy current?

Trả lời: Kiểm tra dòng điện xoáy hiệu quả nhất với các vật liệu dẫn điện như thép, nhôm, đồng. Hiệu quả của phương pháp này có thể thay đổi tùy theo độ dẫn điện của các vật chất. 

Câu hỏi 3: Biện pháp nào hiệu quả nhất để giảm dòng điện xoáy trong động cơ?

Trả lời: Một trong những cách hiệu quả nhất để giảm dòng điện xoáy trong động cơ là thay lõi rắn bằng các tấm kim loại mỏng được cách điện với nhau, có diện tích bề mặt nhỏ hơn và điện trở cao hơn. Từ đó có thể làm giảm cường độ của các dòng điện xoáy, đồng thời giảm lượng nhiệt Joule sinh ra.