"L'autoinduzione ferma l'aumento di tensione nei circuiti induttivi." Se il tuo lavoro o hobby è collegato all'elettricità, probabilmente hai sentito tali affermazioni. Infatti, questo fenomeno è insito nei circuiti induttivi, sia esplicitamente, ad esempio le bobine, sia implicitamente, come i parametri parassiti del cavo. In questo articolo spiegheremo in termini semplici cos'è l'autoinduzione e dove viene applicata.
Contenuto:
- Definizione
- Induttanza
- Trasformatore e mutua induzione
- Beneficio e danno
- Conclusione
Definizione
L'autoinduzione è la comparsa in un conduttore di una forza elettromotrice (EMF) diretta nella direzione opposta rispetto alla tensione della fonte di alimentazione quando scorre la corrente. Inoltre, si verifica nel momento in cui cambia la corrente nel circuito. Una corrente elettrica variabile genera un campo magnetico variabile, che a sua volta induce un campo elettromagnetico nel conduttore.
Questo è simile alla formulazione della legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica, che dice:
Quando un flusso magnetico passa attraverso un conduttore, in quest'ultimo si genera un campo elettromagnetico. È proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico (mat. derivata temporale).
Questo è:
E = dФ / dt,
Dove E è l'EMF dell'autoinduzione, misurato in volt, F è il flusso magnetico, l'unità di misura è Wb (weber, è anche uguale a V / s)
Induttanza
Abbiamo già detto che l'autoinduzione è inerente ai circuiti induttivi, quindi considereremo il fenomeno dell'autoinduzione usando l'esempio di un induttore.
Un induttore è un elemento che è una bobina conduttrice isolata. Per aumentare l'induttanza, si aumenta il numero di spire o si inserisce un nucleo di materiale magnetico dolce o altro all'interno della bobina.
L'unità di misura dell'induttanza è Henry (H). L'induttanza si riferisce alla forza con cui un conduttore resiste a una corrente elettrica. Poiché attorno a ciascun conduttore attraverso il quale scorre una corrente, si forma un campo magnetico e se metti un conduttore in un campo alternato, in esso sorgerà una corrente. A loro volta, vengono aggiunti i campi magnetici di ogni spira della bobina. Quindi sorgerà un forte campo magnetico attorno alla bobina attraverso la quale scorre la corrente. Quando la sua forza cambia nella bobina, cambierà anche il flusso magnetico intorno ad essa.
Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, se un flusso magnetico alternato penetra nella bobina, in essa sorgeranno una corrente e un EMF di autoinduzione. Impediscono alla corrente di fluire nell'induttore dall'alimentatore al carico. Sono anche chiamate extracorrenti EMF di autoinduzione.
La formula EMF dell'autoinduttanza sull'induttanza è:
Cioè, maggiore è l'induttanza e più e più velocemente è cambiata la corrente, più forte sarà l'impulso EMF.
Con un aumento della corrente nella bobina, si verifica un EMF di autoinduzione, che è diretto contro la tensione della fonte di alimentazione, rispettivamente, l'aumento della corrente rallenterà. Lo stesso accade quando si diminuisce: l'autoinduzione porterà alla comparsa di un EMF, che manterrà la corrente nella bobina nella stessa direzione di prima. Ne consegue che la tensione ai capi della bobina sarà opposta alla polarità dell'alimentatore.
Nella figura seguente, puoi vedere che quando il circuito induttivo viene acceso / spento, la corrente non si verifica bruscamente, ma cambia gradualmente. Anche le leggi di commutazione parlano di questo.
Altra definizione di induttanza suona così: il flusso magnetico è proporzionale alla corrente, ma nella sua formula l'induttanza funge da coefficiente di proporzionalità.
Ф = L * I
Trasformatore e mutua induzione
Se si posizionano due bobine nelle immediate vicinanze, ad esempio su un nucleo, si osserverà il fenomeno dell'induzione reciproca. Passiamo la corrente alternata attraverso il primo, quindi la sua corrente alternata penetrerà nelle spire del secondo e apparirà un EMF sulle sue uscite.
Questo EMF dipenderà dalla lunghezza del filo, rispettivamente, dal numero di spire, nonché dall'entità della permeabilità magnetica del mezzo. Se li metti uno accanto all'altro, l'EMF sarà basso e se prendi un nucleo in acciaio magnetico morbido, l'EMF sarà molto più alto. In realtà, è così che funziona il trasformatore.
Interessante: questa influenza reciproca delle bobine l'una sull'altra è chiamata accoppiamento induttivo.
Beneficio e danno
Se comprendi la parte teorica, vale la pena considerare dove viene applicato nella pratica il fenomeno dell'autoinduzione. Diamo un'occhiata ad esempi di ciò che vediamo nella vita quotidiana e nella tecnologia. Una delle applicazioni più utili è un trasformatore, abbiamo già discusso il principio del suo funzionamento. Ora si trovano sempre meno, ma in precedenza le lampade tubolari fluorescenti venivano utilizzate quotidianamente nelle lampade. Il principio del loro lavoro si basa sul fenomeno dell'autoinduzione. Puoi vedere i suoi schemi qui sotto.
Dopo aver applicato la tensione, la corrente scorre attraverso il circuito: fase - induttanza - spirale - avviamento - spirale - zero.
O viceversa (fase e zero). Dopo l'attivazione dello starter, i suoi contatti si aprono, quindi acceleratore (una bobina con una grande induttanza) cerca di mantenere la corrente nella stessa direzione, induce un EMF di autoinduzione di grande valore e le lampade si accendono.
Allo stesso modo, questo fenomeno si applica al circuito di accensione di un'auto o di una moto che funziona a benzina. In essi, nello spazio tra l'induttore e il meno (massa) è installato un interruttore meccanico (interruttore) o semiconduttore (transistor nell'ECU). Questa chiave, nel momento in cui deve formarsi una scintilla nel cilindro per accendere il carburante, interrompe il circuito di alimentazione della bobina. Quindi l'energia immagazzinata nel nucleo della bobina provoca un aumento dell'EMF di autoinduzione e della tensione attraverso l'elettrodo della candela aumenta fino a quando si verifica una rottura dello spinterometro o fino a quando non si brucia bobina.
Negli alimentatori e nelle apparecchiature audio, è spesso necessario rimuovere dal segnale l'eccesso di ondulazione, rumore o frequenza. Per questo, vengono utilizzati filtri di diverse configurazioni. Una delle opzioni è LC, filtri LR. Impedendo rispettivamente la crescita della corrente e la resistenza della corrente alternata, è possibile raggiungere gli obiettivi prefissati.
Danni EMF autoinduzione ai contatti di interruttori, interruttori automatici, prese, interruttori automatici e altre cose. Potresti aver notato che quando si scollega la spina di un aspirapolvere funzionante dalla presa, molto spesso si nota un lampo al suo interno. Questa è la resistenza alla variazione di corrente nella bobina (avvolgimento del motore in questo caso).
Negli interruttori a semiconduttore, la situazione è più critica: anche una piccola induttanza nel circuito può portare alla loro rottura, quando vengono raggiunti i valori di picco di Uke o Usi. Per proteggerli, sono installati circuiti snubber, sui quali viene dissipata l'energia dei burst induttivi.
Conclusione
Riassumiamo. Le condizioni per il verificarsi dell'EMF di autoinduzione sono: la presenza di induttanza nel circuito e una variazione della corrente nel carico. Ciò può verificarsi sia durante il funzionamento, quando si cambiano modalità o influenze di disturbo, sia quando si commutano i dispositivi. Questo fenomeno può danneggiare i contatti di relè e avviatori, poiché porta a arco quando si aprono circuiti induttivi come i motori elettrici. Per ridurre l'impatto negativo, la maggior parte delle apparecchiature di commutazione è dotata di scivoli d'arco.
Per scopi utili, il fenomeno EMF viene utilizzato abbastanza spesso, da un filtro per appianare le increspature della corrente e filtro di frequenza nelle apparecchiature audio, ai trasformatori e alle bobine di accensione ad alta tensione nelle automobili.
Consigliamo infine di guardare un utile video sull'argomento, che tratta brevemente e nel dettaglio il fenomeno dell'autoinduzione:
Speriamo che ora ti sia diventato chiaro cos'è l'autoinduzione, come si manifesta e dove può essere utilizzata. Se hai domande, chiedile nei commenti sotto l'articolo!
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