Savęs indukcija: apibrėžimas, formulė, praktinis pritaikymas

"Saviindukcija sustabdo įtampos kilimą indukcinėse grandinėse." Jei jūsų darbas ar pomėgis susijęs su elektra, tikriausiai esate girdėję tokius teiginius. Tiesą sakant, šis reiškinys būdingas indukcinėms grandinėms, tiek tiesiogiai, pavyzdžiui, ritės, tiek netiesiogiai, pavyzdžiui, parazitiniai kabelio parametrai. Šiame straipsnyje mes paprastai paaiškinsime, kas yra saviindukcija ir kur ji taikoma.

Apibrėžimas

Saviindukcija yra elektrovaros jėgos (EMF), nukreiptos priešinga kryptimi, palyginti su maitinimo šaltinio įtampa, atsiradimas laidininke, kai teka srovė. Be to, tai atsiranda tuo metu, kai grandinėje pasikeičia srovė. Kintanti elektros srovė sukuria kintantį magnetinį lauką, kuris savo ruožtu sukelia EML laidininke.

Tai panašu į Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio formuluotę, kuri sako:

Kai magnetinis srautas praeina per laidininką, pastarajame atsiranda EML. Jis yra proporcingas magnetinio srauto kitimo greičiui (mat. laiko išvestinė).

Tai yra:

E = dФ / dt,

Kur E yra savaiminės indukcijos EML, matuojamas voltais, F yra magnetinis srautas, matavimo vienetas yra Wb (Weber, jis taip pat lygus V / s)

Induktyvumas

Jau minėjome, kad indukcinėms grandinėms būdinga saviindukcija, todėl savaiminės indukcijos reiškinį nagrinėsime naudodamiesi induktoriaus pavyzdžiu.

Induktorius yra elementas, kuris yra izoliuota laidininko ritė. Norint padidinti induktyvumą, padidinamas apsisukimų skaičius arba į ritės vidų įdedama šerdis iš minkštos magnetinės ar kitos medžiagos.

Induktyvumo matavimo vienetas yra Henris (H). Induktyvumas reiškia, kaip stipriai laidininkas priešinasi elektros srovei. Kadangi aplink kiekvieną laidininką, kuriuo teka srovė, susidaro magnetinis laukas, o jei įdėsite laidininką į kintamąjį lauką, jame atsiras srovė. Savo ruožtu pridedami kiekvieno ritės posūkio magnetiniai laukai. Tada aplink ritę, kuria teka srovė, atsiras stiprus magnetinis laukas. Pasikeitus jo stiprumui ritėje, pasikeis ir magnetinis srautas aplink jį.

Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, jei kintamasis magnetinis srautas prasiskverbia į ritę, tada joje atsiras srovė ir saviindukcijos EML. Jie neleis srovei tekėti induktoriuje iš maitinimo šaltinio į apkrovą. Jie taip pat vadinami savaiminės indukcijos EMF papildomomis srovėmis.

EMF savaiminio induktyvumo ir induktyvumo formulė yra tokia:

Tai reiškia, kad kuo didesnis induktyvumas ir kuo daugiau ir greičiau pasikeitė srovė, tuo stipresnis bus EMF viršįtampis.

Padidėjus srovei ritėje, atsiranda saviindukcijos EML, nukreiptas prieš maitinimo šaltinio įtampą, todėl srovės padidėjimas sulėtės. Tas pats atsitinka ir mažėjant - savaiminė indukcija sukels EML atsiradimą, kuris palaikys srovę ritėje ta pačia kryptimi kaip ir anksčiau. Iš to išplaukia, kad įtampa ritės gnybtuose bus priešinga maitinimo šaltinio poliškumui.

Žemiau esančiame paveikslėlyje matote, kad įjungus / išjungus indukcinę grandinę, srovė nekyla staiga, o keičiasi palaipsniui. Apie tai kalba ir komutacijos dėsniai.

Kitas induktyvumo apibrėžimas skamba taip: magnetinis srautas yra proporcingas srovei, tačiau jo formulėje induktyvumas veikia kaip proporcingumo koeficientas.

Ф = L * I

Transformatorius ir abipusė indukcija

Jei dvi rites pastatysite arti, pavyzdžiui, ant vienos šerdies, bus pastebėtas abipusės indukcijos reiškinys. Perleiskime kintamąją srovę per pirmąjį, tada jos kintamoji srovė prasiskverbs į antrojo posūkius ir jo išėjimuose atsiras EMF.

Šis EMF priklausys nuo laido ilgio, atitinkamai posūkių skaičiaus, taip pat nuo terpės magnetinio pralaidumo dydžio. Jei pastatysite juos tiesiog šalia vienas kito, EML bus mažas, o jei paimsite šerdį iš minkšto magnetinio plieno, EML bus daug didesnis. Tiesą sakant, transformatorius veikia taip.

Įdomus: ši abipusė ritių įtaka viena kitai vadinama indukcine jungtimi.

Nauda ir žala

Jei suprantate teorinę dalį, verta pagalvoti, kur praktikoje taikomas saviindukcijos reiškinys. Pažvelkime į pavyzdžius, ką matome kasdieniame gyvenime ir technologijose. Vienas iš naudingiausių pritaikymų yra transformatorius, jo veikimo principą jau aptarėme. Dabar jų randama vis mažiau, tačiau anksčiau lempose kasdien buvo naudojamos fluorescencinės vamzdinės lempos. Jų darbo principas pagrįstas saviindukcijos fenomenu. Jos schemas galite pamatyti žemiau.

Įjungus įtampą, srovė teka per grandinę: fazė - droselis - spiralė - starteris - spiralė - nulis.

Arba atvirkščiai (fazė ir nulis). Įjungus starterį, atsidaro jo kontaktai droselis (ritė su dideliu induktyvumu) siekia išlaikyti srovę ta pačia kryptimi, sukelia didelės vertės saviindukcijos EMF ir lempos uždegamos.

Panašiai šis reiškinys taikomas benzinu varomo automobilio ar motociklo uždegimo grandinei. Juose į tarpą tarp induktoriaus ir minuso (masės) sumontuotas mechaninis (pertraukiklis) arba puslaidininkinis jungiklis (tranzistorius ECU). Šis raktas tuo metu, kai cilindre turi susidaryti kibirkštis, kad užsidegtų kuras, nutraukia ritės maitinimo grandinę. Tada energija, saugoma ritės šerdyje, padidina saviindukcijos EML ir įtampą žvakės elektrodas didėja, kol sugenda kibirkšties tarpas arba kol ji perdega ritė.

Maitinimo šaltiniuose ir garso įrangoje dažnai reikia pašalinti signalo perteklių, triukšmą ar dažnį. Tam naudojami skirtingų konfigūracijų filtrai. Vienas iš variantų – LC, LR filtrai. Užkertant kelią atitinkamai srovės ir kintamosios srovės varžos augimui, galima pasiekti užsibrėžtus tikslus.

Saviindukcijos EML žala jungiklių, grandinės pertraukiklių, lizdų, grandinės pertraukiklių ir kitų dalykų kontaktams. Galbūt pastebėjote, kad ištraukus veikiančio dulkių siurblio kištuką iš lizdo, labai dažnai jo viduje pastebimas blyksnis. Tai atsparumas srovės pokyčiams ritėje (šiuo atveju variklio apvijoje).

Puslaidininkiniuose jungikliuose situacija yra kritiškesnė - net mažas induktyvumas grandinėje gali sukelti jų gedimą, kai pasiekiamos didžiausios Uke arba Usi vertės. Norint juos apsaugoti, įrengiamos snubber grandinės, ant kurių išsklaido indukcinių pliūpsnių energija.

Išvada

Apibendrinkime. Savaiminės indukcijos EMF atsiradimo sąlygos yra šios: induktyvumo buvimas grandinėje ir apkrovos srovės pokytis. Tai gali atsirasti tiek veikiant, tiek keičiant režimus ar trikdančius poveikius, tiek perjungiant įrenginius. Šis reiškinys gali pakenkti relių ir starterių kontaktams, nes tai sukelia lankinis atidarant indukcines grandines, tokias kaip elektros varikliai. Siekiant sumažinti neigiamą poveikį, daugumoje perjungimo įrangos yra įrengti lankiniai latakai.

Naudingiems tikslams EML reiškinys naudojamas gana dažnai, pradedant nuo filtro, kad būtų išlygintas srovės bangavimas ir dažnio filtras garso aparatūroje, transformatoriams ir aukštos įtampos uždegimo ritėms automobiliuose.

Galiausiai rekomenduojame pažiūrėti naudingą vaizdo įrašą šia tema, kuriame trumpai ir išsamiai aptariamas saviindukcijos reiškinys:

Tikimės, kad dabar jums tapo aišku, kas yra savęs indukcija, kaip ji pasireiškia ir kur ją galima panaudoti. Jei turite klausimų, užduokite juos komentaruose po straipsniu!

Susijusios medžiagos:

• Elektrinio lauko savybės ir charakteristikos
• Faradėjaus dėsniai chemijoje ir fizikoje
• Krūvinių pasiskirstymas laidininke