Co to jest samoindukcja - proste słowa
Definicja
Indukcja własna to pojawienie się w przewodniku siły elektromotorycznej (EMF) skierowanej w przeciwnym kierunku w stosunku do napięcia źródła zasilania podczas przepływu prądu. Ponadto powstaje w momencie zmiany siły prądu w obwodzie. Zmieniający się prąd elektryczny wytwarza zmienne pole magnetyczne, które z kolei indukuje pole elektromagnetyczne w przewodzie.
Jest to podobne do sformułowania prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya, gdzie mówi:
Kiedy strumień magnetyczny przechodzi przez przewodnik, w tym ostatnim pojawia się emf. Jest proporcjonalny do szybkości zmiany strumienia magnetycznego (mat. Pochodna czasu).
To znaczy:
E = dF / dt,
Gdzie E jest polem indukcji własnej, mierzonym w woltach, F jest strumieniem magnetycznym, jednostką miary jest Wb (weber, jest również równy V / s)
Indukcyjność
Powiedzieliśmy już, że indukcja wewnętrzna jest nieodłączną częścią obwodów indukcyjnych, dlatego rozważamy zjawisko indukcji własnej na przykładzie cewki indukcyjnej.
Cewka indukcyjna to element będący cewką izolowanego przewodu. Aby zwiększyć indukcyjność, zwiększa się liczba zwojów lub rdzeń z miękkiego magnesu lub innego materiału umieszcza się wewnątrz cewki.
Jednostką indukcyjności jest Henry (GN). Indukcyjność charakteryzuje to, jak silnie przewodnik przeciwdziała prądowi elektrycznemu. Ponieważ wokół każdego przewodnika powstaje pole magnetyczne, przez które przepływa prąd, a jeśli umieścisz przewodnik w polu przemiennym, pojawi się w nim prąd. Z kolei pola magnetyczne każdego zwoju cewki są dodawane. Następnie wokół cewki pojawi się silne pole magnetyczne, przez które przepływa prąd. Podczas zmiany siły w cewce zmieni się również strumień magnetyczny wokół niego.
Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, jeśli przemienny strumień magnetyczny przenika przez cewkę, pojawi się w nim prąd i indukcja własna. Utrudniają przepływ prądu w indukcyjności od źródła zasilania do obciążenia. Są one również nazywane pozakądowymi indukcjami elektromagnetycznymi.
Wzór na indukcję elektromagnetyczną na indukcyjność jest następujący:
Oznacza to, że im większa indukcyjność, a im bardziej i szybciej zmiany prądu, tym silniejszy będzie wzrost emf.
Wraz ze wzrostem prądu w cewce dochodzi do indukcji elektromagnetycznej, która jest skierowana odpowiednio na napięcie źródła zasilania, wzrost prądu spowolni.To samo dzieje się, gdy maleje - indukcja własna doprowadzi do pojawienia się pola elektromagnetycznego, które utrzyma prąd w cewce w tym samym kierunku co poprzednio. Wynika z tego, że napięcie na zaciskach cewki będzie przeciwne do polaryzacji źródła zasilania.
Na poniższym rysunku widać, że po włączeniu / wyłączeniu obwodu indukcyjnego prąd nie powstaje gwałtownie, ale zmienia się stopniowo. Wskazują na to również zasady zamiany.
Inna definicja indukcyjności jest następująca: strumień magnetyczny jest proporcjonalny do prądu, ale w swoim wzorze indukcyjność działa jako współczynnik proporcjonalności.
F = L * I
Transformator i indukcja wzajemna
Jeśli umieścisz dwie cewki blisko siebie, na przykład na tym samym rdzeniu, zaobserwowane zostanie zjawisko wzajemnej indukcji. Pomińmy najpierw prąd przemienny, wtedy jego przemienny przepływ będzie penetrował zwoje drugiego i EMF pojawi się na jego zaciskach.
To pole elektromagnetyczne będzie zależeć odpowiednio od długości drutu, liczby zwojów, a także od wielkości przenikalności magnetycznej ośrodka. Jeśli zostaną po prostu umieszczone obok siebie, pole elektromagnetyczne będzie niskie, a jeśli weźmiesz rdzeń wykonany z magnetycznie miękkiej stali, pole elektromagnetyczne będzie znacznie większe. Tak właśnie ułożony jest transformator.
Ciekawy: ten wzajemny wpływ cewek na siebie nazywa się sprzężeniem indukcyjnym.
Korzyści i szkody
Jeśli rozumiesz część teoretyczną, warto zastanowić się, gdzie w praktyce stosuje się zjawisko samoindukcji. Rozważ przykłady tego, co widzimy w życiu codziennym i technologii. Jedną z najbardziej przydatnych aplikacji jest transformator, który już rozważaliśmy zasadę jego działania. Teraz coraz mniej powszechne, ale wcześniej codzienne świetlówki były używane w oprawach. Zasada ich pracy opiera się na zjawisku samoindukcji. Możesz zobaczyć jej schematy poniżej.
Po przyłożeniu napięcia prąd przepływa przez obwód: faza - cewka indukcyjna - spirala - rozrusznik - spirala - zero.
Lub odwrotnie (faza i zero). Po aktywacji rozrusznika jego kontakty się otwierają przepustnica (cewka o dużej indukcyjności) dąży do utrzymania prądu w tym samym kierunku, indukuje indukcję elektromagnetyczną dużej wielkości i lampy są zapalane.
Podobnie zjawisko to dotyczy obwodu zapłonu samochodu lub motocykla napędzanego benzyną. W nich przełącznik mechaniczny (przerywacz) lub półprzewodnikowy (tranzystor w komputerze) jest zainstalowany w szczelinie między induktorem a minusem (masa). Ten klucz, w momencie, gdy iskra powinna powstać w cylindrze, aby zapalić paliwo, przerywa obwód zasilania cewki. Następnie energia zmagazynowana w rdzeniu cewki powoduje wzrost emf indukcji własnej, a napięcie na elektrodzie świecy rośnie aż do wystąpienia przebicia iskiernika lub do wypalenia cewki.
W zasilaczach i sprzęcie audio często konieczne jest usunięcie nadmiaru tętnienia, szumu lub częstotliwości z sygnału. W tym celu stosuje się filtry o różnych konfiguracjach. Jedną z opcji są filtry LC, LR. Z uwagi na przeszkodę we wzroście prądu i odpowiednio oporność prądu przemiennego możliwe jest osiągnięcie celów.
Samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest szkodliwe dla styków przełączników, wyłączników, gniazd, maszyn i innych rzeczy. Być może zauważyłeś, że po wyciągnięciu wtyczki działającego odkurzacza z gniazdka bardzo często zauważalna jest lampa błyskowa. Jest to opór przed zmianą prądu w cewce (w tym przypadku uzwojenie silnika).
W przełącznikach półprzewodnikowych sytuacja jest bardziej krytyczna - nawet niewielka indukcyjność w obwodzie może doprowadzić do ich awarii, gdy zostaną osiągnięte wartości szczytowe Uke lub Usi. Aby je chronić, instalowane są obwody tłumiące, na których rozprasza się energia impulsów indukcyjnych.
Wniosek
Podsumowując Warunki wystąpienia samoindukcji elektromagnetycznej to: obecność indukcyjności w obwodzie i zmiana prądu w obciążeniu. Może się to zdarzyć zarówno podczas pracy, podczas zmiany trybów lub niepokojących wpływów, jak i podczas przełączania urządzeń.Zjawisko to może uszkodzić styki przekaźników i rozruszników, ponieważ prowadzi do iskrzenie podczas otwierania obwodów indukcyjnych, na przykład silników elektrycznych. Aby zmniejszyć negatywny wpływ, większość urządzeń przełączających jest wyposażona w komory łukowe.
Do użytecznych celów zjawisko EMF jest dość często stosowane, od filtra do łagodnych tętnień prądu i filtra częstotliwości w sprzęcie audio, po transformatory i cewki zapłonowe wysokiego napięcia w samochodach.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na temat, który krótko i szczegółowo analizuje zjawisko indukcji własnej:
Mamy nadzieję, że teraz stało się dla ciebie jasne, czym jest indukcja, jak się przejawia i gdzie można ją zastosować. Jeśli masz pytania, zadaj je w komentarzach pod artykułem!
Powiązane materiały:
Ładowanie...
