Samoindukcija: definicija, formula, praktična primjena

"Samoindukcija zaustavlja porast napona u induktivnim krugovima." Ako je vaš posao ili hobi povezan sa strujom, vjerojatno ste čuli takve izjave. Zapravo, ovaj je fenomen svojstven induktivnim krugovima, kako eksplicitno, na primjer, zavojnice, tako i implicitno, kao što su parazitski parametri kabela. U ovom članku ćemo jednostavno objasniti što je samoindukcija i gdje se primjenjuje.

Definicija

Samoindukcija je pojava u vodiču elektromotorne sile (EMF) usmjerene u suprotnom smjeru u odnosu na napon izvora energije kada teče struja. Štoviše, to se događa u trenutku kada se struja u krugu mijenja. Promjenjiva električna struja stvara promjenjivo magnetsko polje, koje zauzvrat inducira EMF u vodiču.

Ovo je slično formulaciji Faradayeva zakona elektromagnetske indukcije, koji kaže:

Kada magnetski tok prolazi kroz vodič, u potonjem nastaje EMF. Proporcionalan je brzini promjene magnetskog toka (mat. vremenski derivat).

To je:

E = dF / dt,

Gdje je E EMF samoindukcije, mjeren u voltima, F je magnetski tok, mjerna jedinica je Wb (weber, također je jednak V/s)

Induktivnost

Već smo rekli da je samoindukcija svojstvena induktivnim krugovima, stoga ćemo fenomen samoindukcije razmotriti na primjeru induktora.

Induktor je element koji je izolirana zavojnica vodiča. Da bi se povećala induktivnost, povećava se broj zavoja ili se unutar zavojnice postavlja jezgra izrađena od mekog magneta ili drugog materijala.

Jedinica mjere za induktivnost je Henry (H). Induktivnost se odnosi na to koliko se vodič jako opire električnoj struji. Budući da se oko svakog vodiča kroz koji teče struja stvara magnetsko polje, a ako vodič stavite u izmjenično polje, u njemu će nastati struja. Zauzvrat se dodaju magnetska polja svakog zavoja zavojnice. Tada će nastati jako magnetsko polje oko zavojnice kroz koju teče struja. Kada se njegova snaga promijeni u zavojnici, promijenit će se i magnetski tok oko njega.

Prema Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije, ako izmjenični magnetski tok prodre u zavojnicu, tada će u njemu nastati struja i EMF samoindukcije. Oni će spriječiti da struja teče u induktoru od napajanja do opterećenja. Nazivaju se i samoindukcijski EMF ekstrastruji.

EMF formula samoinduktivnosti na induktivitet je:

To jest, što je induktivnost veća i što se struja više i brže promijenila, to će biti jači udar EMF-a.

S povećanjem struje u zavojnici nastaje EMF samoindukcije, koji je usmjeren protiv napona izvora napajanja, odnosno povećanje struje će se usporiti. Isto se događa i pri smanjenju - samoindukcija će dovesti do pojave EMF-a, koji će održavati struju u zavojnici u istom smjeru kao i prije. Iz toga slijedi da će napon na stezaljkama zavojnice biti suprotan polaritetu napajanja.

Na donjoj slici možete vidjeti da kada se induktivni krug uključi / isključi, struja ne nastaje naglo, već se postupno mijenja. O tome govore i zakoni komutacije.

Druga definicija induktiviteta zvuči ovako: magnetski tok je proporcionalan struji, ali u svojoj formuli induktivnost djeluje kao koeficijent proporcionalnosti.

F = L * I

Transformator i međusobna indukcija

Ako dvije zavojnice postavite u neposrednoj blizini, na primjer, na jednu jezgru, tada će se promatrati fenomen međusobne indukcije. Propustimo izmjeničnu struju kroz prvi, tada će njegova izmjenična struja prodrijeti u zavoje drugog i na njegovim izlazima će se pojaviti EMF.

Ovaj EMF ovisit će o duljini žice, odnosno broju zavoja, kao io veličini magnetske propusnosti medija. Ako ih postavite jedno do drugog, EMF će biti nizak, a ako uzmete jezgru od mekog magnetskog čelika, EMF će biti puno veći. Zapravo, ovako radi transformator.

Zanimljiv: taj međusobni utjecaj zavojnica jedne na druge naziva se induktivno spajanje.

Korist i šteta

Ako razumijete teorijski dio, vrijedi razmisliti gdje se fenomen samoindukcije primjenjuje u praksi. Pogledajmo primjere onoga što vidimo u svakodnevnom životu i tehnologiji. Jedna od najkorisnijih aplikacija je transformator, već smo raspravljali o principu njegovog rada. Sada se sve manje nalaze, ali prije su se fluorescentne cjevaste svjetiljke svakodnevno koristile u svjetiljkama. Princip njihova rada temelji se na fenomenu samoindukcije. Njezine sheme možete vidjeti u nastavku.

Nakon primjene napona struja teče kroz krug: faza - prigušnica - spirala - starter - spirala - nula.

Ili obrnuto (faza i nula). Nakon što se starter aktivira, njegovi kontakti se otvaraju gasa (zavojnica s velikim induktivitetom) nastoji održati struju u istom smjeru, inducira samoindukcijski EMF velike vrijednosti i lampe se pale.

Slično, ovaj se fenomen odnosi na krug paljenja automobila ili motocikla koji radi na benzin. U njima je mehanički (prekidač) ili poluvodički prekidač (tranzistor u ECU) ugrađen u razmak između induktora i minusa (mase). Ovaj ključ, u trenutku kada se u cilindru mora stvoriti iskra da zapali gorivo, prekida strujni krug zavojnice. Tada energija pohranjena u jezgri zavojnice uzrokuje povećanje EMF-a samoindukcije i napona na elektroda svijeće se povećava sve dok ne dođe do sloma iskrišta ili dok ne izgori zavojnica.

Kod izvora napajanja i audio opreme često je potrebno ukloniti višak mreškanja, šuma ili frekvencije iz signala. Za to se koriste filtri različitih konfiguracija. Jedna od opcija su LC, LR filteri. Sprječavanjem rasta struje, odnosno otpora izmjenične struje moguće je ostvariti postavljene ciljeve.

Samoindukcijski EMF šteti kontaktima sklopki, prekidača, utičnica, prekidača i drugih stvari. Možda ste primijetili da kada iskopčate utikač ispravnog usisavača iz utičnice, vrlo često se primijeti bljesak unutar njega. To je otpor promjeni struje u zavojnici (u ovom slučaju namotu motora).

U poluvodičkim prekidačima situacija je kritičnija - čak i mala induktivnost u krugu može dovesti do njihovog sloma, kada se postignu vršne vrijednosti Uke ili Usi. Za njihovu zaštitu ugrađuju se snubber krugovi na kojima se raspršuje energija induktivnih praska.

Zaključak

Hajde da rezimiramo. Uvjeti za nastanak EMF samoindukcije su: prisutnost induktivnosti u krugu i promjena struje u opterećenju. To se može dogoditi i u radu, pri promjeni načina rada ili uznemirujućim utjecajima i pri prebacivanju uređaja. Ova pojava može oštetiti kontakte releja i startera, jer dovodi do lučni pri otvaranju induktivnih krugova kao što su elektromotori. Kako bi se smanjio negativan utjecaj, većina sklopne opreme opremljena je lukovima.

U korisne svrhe, fenomen EMF-a se često koristi, od filtera za izglađivanje strujnih valova i frekvencijski filtar u audio opremi, do transformatora i visokonaponskih indukcijskih svitaka u automobilima.

Na kraju, preporučamo pogledati koristan video na tu temu, koji ukratko i detaljno govori o fenomenu samoindukcije:

Nadamo se da vam je sada postalo jasno što je samoindukcija, kako se manifestira i gdje se može koristiti. Ako imate pitanja, postavite ih u komentarima ispod članka!

Povezani materijali:

• Svojstva i karakteristike električnog polja
• Faradayevi zakoni u kemiji i fizici
• Raspodjela naboja u vodiču