Selvinduktion: definition, formel, praktisk anvendelse

"Selvinduktion stopper spændingsstigningen i induktive kredsløb." Hvis dit arbejde eller din hobby er forbundet med elektricitet, har du sikkert hørt sådanne udtalelser. Faktisk er dette fænomen iboende i induktive kredsløb, både eksplicit, for eksempel spoler, og implicit, såsom parasitære parametre for kablet. I denne artikel vil vi i enkle vendinger forklare, hvad selvinduktion er, og hvor det anvendes.

Definition

Selvinduktion er udseendet i en leder af en elektromotorisk kraft (EMF) rettet i den modsatte retning i forhold til strømkildens spænding, når strømmen løber. Desuden opstår det i det øjeblik, hvor strømmen i kredsløbet ændres. En skiftende elektrisk strøm genererer et skiftende magnetfelt, som igen inducerer en EMF i lederen.

Dette svarer til formuleringen af ​​Faradays lov om elektromagnetisk induktion, som siger:

Når en magnetisk flux passerer gennem en leder, opstår der en EMF i sidstnævnte. Den er proportional med ændringshastigheden af ​​den magnetiske flux (mat. tidsafledt).

Det er:

E = dФ / dt,

Hvor E er EMF for selvinduktion, målt i volt, F er den magnetiske flux, måleenheden er Wb (weber, den er også lig med V/s)

Induktans

Vi har allerede sagt, at selvinduktion er iboende i induktive kredsløb, derfor vil vi overveje fænomenet selvinduktion ved at bruge eksemplet med en induktor.

En induktor er et element, der er en isoleret lederspole. For at øge induktansen øges antallet af vindinger eller en kerne lavet af blødt magnetisk eller andet materiale placeres inde i spolen.

Måleenheden for induktans er Henry (H). Induktans refererer til, hvor stærkt en leder modstår en elektrisk strøm. Da der omkring hver leder, som der går en strøm igennem, dannes et magnetfelt, og hvis man placerer en leder i et vekselfelt, vil der opstå en strøm i den. Til gengæld tilføjes de magnetiske felter for hver vinding af spolen. Så vil der opstå et stærkt magnetfelt omkring spolen, som strømmen løber igennem. Når dens styrke ændres i spolen, vil den magnetiske flux omkring den også ændre sig.

Ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induktion, hvis en vekslende magnetisk flux trænger ind i spolen, vil der opstå en strøm og EMF af selvinduktion i den. De vil forhindre strømmen i at flyde i induktoren fra strømforsyningen til belastningen. De kaldes også selv-induktion EMF ekstrastrømme.

EMF-formlen for selvinduktans på induktans er:

Det vil sige, at jo større induktansen er, og jo mere og hurtigere strømmen har ændret sig, jo stærkere vil EMF-stigningen være.

Med en stigning i strømmen i spolen opstår en EMF af selvinduktion, som er rettet mod henholdsvis strømkildens spænding, stigningen i strøm vil aftage. Det samme sker ved aftagende - selvinduktion vil føre til fremkomsten af ​​en EMF, som vil holde strømmen i spolen i samme retning som før. Det følger, at spændingen ved spolens terminaler vil være modsat polariteten af ​​strømforsyningen.

I nedenstående figur kan du se, at når det induktive kredsløb tændes/slukkes, opstår strømmen ikke brat, men ændrer sig gradvist. Lovene om kommutering taler også om dette.

En anden definition af induktans lyder sådan her: den magnetiske flux er proportional med strømmen, men i sin formel fungerer induktansen som en proportionalitetskoefficient.

Ф = L * I

Transformer og gensidig induktion

Hvis du placerer to spoler i umiddelbar nærhed, for eksempel på en kerne, vil fænomenet gensidig induktion blive observeret. Lad os føre vekselstrømmen gennem den første, så vil dens vekselstrøm trænge ind i den andens drejninger, og en EMF vil vises på dens udgange.

Denne EMF vil afhænge af henholdsvis ledningens længde, antallet af omdrejninger samt størrelsen af ​​mediets magnetiske permeabilitet. Hvis du placerer dem lige ved siden af ​​hinanden, vil EMF være lav, og hvis du tager en kerne lavet af blødt magnetisk stål, vil EMF være meget højere. Det er faktisk sådan, transformeren fungerer.

Interessant: denne gensidige påvirkning af spolerne på hinanden kaldes induktiv kobling.

Fordel og skade

Hvis du forstår den teoretiske del, er det værd at overveje, hvor fænomenet selvinduktion anvendes i praksis. Lad os se på eksempler på, hvad vi ser i hverdagen og teknologien. En af de mest nyttige applikationer er en transformer, vi har allerede diskuteret princippet om dens drift. Nu findes de mindre og mindre, men tidligere blev der dagligt brugt lysstofrør i lamper. Princippet for deres arbejde er baseret på fænomenet selvinduktion. Du kan se hendes skemaer nedenfor.

Efter at spændingen er påført, løber strømmen gennem kredsløbet: fase - choker - spiral - starter - spiral - nul.

Eller omvendt (fase og nul). Efter at starteren er udløst, åbner dens kontakter gashåndtag (en spole med stor induktans) søger at holde strømmen i samme retning, fremkalder en selvinduktions-EMK af stor værdi, og lamperne tændes.

På samme måde gælder dette fænomen for tændingskredsløbet på en bil eller motorcykel, der kører på benzin. I dem er en mekanisk (afbryder) eller halvlederkontakt (transistor i ECU) installeret i mellemrummet mellem induktoren og minus (masse). Denne nøgle, i det øjeblik, hvor der skal dannes en gnist i cylinderen for at antænde brændstoffet, bryder spolens strømforsyningskredsløb. Så forårsager energien lagret i kernen af ​​spolen en stigning i EMF for selvinduktion og spændingen over stearinlysets elektrode øges, indtil der opstår en nedbrydning af gnistgabet, eller indtil den brænder ud spole.

I strømforsyninger og lydudstyr er det ofte nødvendigt at fjerne overskydende ripple, støj eller frekvens fra signalet. Til dette bruges filtre med forskellige konfigurationer. En af mulighederne er LC, LR filtre. Ved at forhindre vækst af henholdsvis strømmen og vekselstrømmens modstand er det muligt at nå de opstillede mål.

Selvinduktion EMF skade på kontakter af afbrydere, afbrydere, stikkontakter, afbrydere og andre ting. Du har måske bemærket, at når du trækker stikket til en fungerende støvsuger ud af stikkontakten, er et blink indeni det meget ofte mærkbart. Dette er modstanden mod ændringen i strøm i spolen (motorvikling i dette tilfælde).

I halvlederkontakter er situationen mere kritisk - selv en lille induktans i kredsløbet kan føre til deres sammenbrud, når spidsværdierne for Uke eller Usi nås. For at beskytte dem er der installeret snubberkredsløb, hvorpå energien fra induktive bursts spredes.

Konklusion

Lad os opsummere. Betingelserne for forekomsten af ​​selvinduktion EMF er: tilstedeværelsen af ​​induktans i kredsløbet og en ændring i strømmen i belastningen. Dette kan forekomme både under drift, ved skift af tilstande eller forstyrrende påvirkninger, og ved skift af enheder. Dette fænomen kan skade kontakterne af relæer og startere, som det fører til buedannelse ved åbning af induktive kredsløb såsom elektriske motorer. For at reducere den negative påvirkning er det meste af koblingsudstyret udstyret med buesliske.

Til nyttige formål bruges EMF-fænomenet ret ofte, fra et filter til at udjævne strømbølger og frekvensfilter i lydudstyr, til transformere og højspændingstændspoler i biler.

Endelig anbefaler vi at se en nyttig video om emnet, som kort og detaljeret diskuterer fænomenet selvinduktion:

Vi håber, at det nu er blevet klart for dig, hvad selvinduktion er, hvordan det kommer til udtryk, og hvor det kan bruges. Hvis du har spørgsmål, så stil dem i kommentarerne under artiklen!

Relaterede materialer:

• Egenskaber og karakteristika for det elektriske felt
• Faradays love i kemi og fysik
• Fordeling af afgifter i en konduktør