Pašindukcija: definīcija, formula, praktiskais pielietojums

"Pašindukcija aptur sprieguma pieaugumu induktīvajās ķēdēs." Ja tavs darbs vai hobijs ir saistīts ar elektrību, droši vien esi dzirdējis šādus izteikumus. Faktiski šī parādība ir raksturīga induktīvām shēmām gan tieši, piemēram, spolēm, gan netieši, piemēram, kabeļa parazitārajiem parametriem. Šajā rakstā mēs vienkārši izskaidrosim, kas ir pašindukcija un kur tā tiek piemērota.

Definīcija

Pašindukcija ir elektromotora spēka (EMF) parādīšanās vadītājā, kas vērsta pretējā virzienā attiecībā pret strāvas avota spriegumu, kad strāva plūst. Turklāt tas notiek brīdī, kad ķēdē mainās strāva. Mainīga elektriskā strāva rada mainīgu magnētisko lauku, kas savukārt inducē vadītājā EML.

Tas ir līdzīgs Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likuma formulējumam, kas saka:

Kad magnētiskā plūsma iet caur vadītāju, tajā rodas EML. Tas ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam (mat. laika atvasinājums).

Tas ir:

E = dФ / dt,

Kur E ir pašindukcijas EMF, mērot voltos, F ir magnētiskā plūsma, mērvienība ir Wb (Weber, tas ir arī vienāds ar V / s)

Induktivitāte

Mēs jau teicām, ka pašindukcija ir raksturīga induktīvām shēmām, tāpēc pašindukcijas fenomenu aplūkosim, izmantojot induktora piemēru.

Induktors ir elements, kas ir izolēta vadītāja spole. Lai palielinātu induktivitāti, tiek palielināts apgriezienu skaits vai spoles iekšpusē ievieto serdi no mīksta magnētiska vai cita materiāla.

Induktivitātes mērvienība ir Henrijs (H). Induktivitāte attiecas uz to, cik spēcīgi vadītājs pretojas elektriskajai strāvai. Tā kā ap katru vadītāju veidojas magnētiskais lauks, caur kuru plūst strāva, un, ja jūs novietojat vadītāju mainīgā laukā, tajā parādīsies strāva. Savukārt katra spoles pagrieziena magnētiskie lauki tiek pievienoti. Tad ap spoli, caur kuru plūst strāva, radīsies spēcīgs magnētiskais lauks. Mainoties tā stiprumam spolē, mainīsies arī magnētiskā plūsma ap to.

Saskaņā ar Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu, ja spolē iekļūst mainīga magnētiskā plūsma, tad tajā radīsies pašindukcijas strāva un EML. Tie neļaus strāvai plūst induktorā no barošanas avota uz slodzi. Tos sauc arī par pašindukcijas EMF ekstrastrāvām.

Pašinduktivitātes EMF formula induktivitātei ir:

Tas ir, jo lielāka ir induktivitāte un jo vairāk un ātrāk mainīsies strāva, jo spēcīgāks būs EMF pārspriegums.

Palielinoties strāvai spolē, rodas pašindukcijas EML, kas ir vērsts pret strāvas avota spriegumu, attiecīgi, strāvas pieaugums palēnināsies. Tas pats notiek, samazinoties - pašindukcija novedīs pie EML parādīšanās, kas uzturēs strāvu spolē tādā pašā virzienā kā iepriekš. No tā izriet, ka spriegums spoles spailēs būs pretējs barošanas avota polaritātei.

Zemāk esošajā attēlā var redzēt, ka, ieslēdzot / izslēdzot induktīvās ķēdes, strāva nerodas pēkšņi, bet mainās pakāpeniski. Par to runā arī komutācijas likumi.

Cita induktivitātes definīcija izklausās šādi: magnētiskā plūsma ir proporcionāla strāvai, bet tās formulā induktivitāte darbojas kā proporcionalitātes koeficients.

Ф = L * I

Transformators un savstarpēja indukcija

Ja jūs novietojat divas spoles tiešā tuvumā, piemēram, uz viena serdeņa, tad tiks novērota savstarpējas indukcijas parādība. Izlaidīsim maiņstrāvu caur pirmo, tad tā maiņstrāva iekļūs otrā pagriezienos un uz tā izejām parādīsies EMF.

Šis EMF būs atkarīgs no stieples garuma, attiecīgi apgriezienu skaita, kā arī no barotnes magnētiskās caurlaidības lieluma. Ja novietosiet tos blakus vienu otrai, EML būs zems, un, ja ņemsiet serdi no mīksta magnētiska tērauda, ​​EML būs daudz augstāks. Faktiski transformators darbojas šādi.

Interesanti: šo spoļu savstarpējo ietekmi uz otru sauc par induktīvo savienojumu.

Ieguvums un kaitējums

Ja jūs saprotat teorētisko daļu, ir vērts padomāt, kur pašindukcijas fenomens tiek pielietots praksē. Apskatīsim piemērus tam, ko mēs redzam ikdienā un tehnoloģijās. Viens no visnoderīgākajiem lietojumiem ir transformators, mēs jau esam apsprieduši tā darbības principu. Tagad tās tiek atrastas arvien retāk, bet iepriekš luminiscences cauruļveida spuldzes lampās tika izmantotas katru dienu. Viņu darba princips ir balstīts uz pašindukcijas fenomenu. Viņas shēmas varat redzēt zemāk.

Pēc sprieguma pielikšanas strāva plūst caur ķēdi: fāze - drosele - spirāle - starteris - spirāle - nulle.

Vai otrādi (fāze un nulle). Pēc startera iedarbināšanas atveras tā kontakti droseļvārsts (spole ar lielu induktivitāti) cenšas uzturēt strāvu vienā virzienā, izraisa lielas vērtības pašindukcijas EMF un lampas tiek aizdedzinātas.

Līdzīgi šī parādība attiecas uz automašīnas vai motocikla aizdedzes ķēdi, kas darbojas ar benzīnu. Tajos spraugā starp induktors un mīnusu (masu) ir uzstādīts mehānisks (pārtraucējs) vai pusvadītāju slēdzis (tranzistors ECU). Šī atslēga brīdī, kad cilindrā jāveidojas dzirkstelei, lai aizdedzinātu degvielu, pārtrauc spoles barošanas ķēdi. Tad spoles kodolā uzkrātā enerģija palielina pašindukcijas EML un spriegumu pāri. sveces elektrods palielinās, līdz notiek dzirksteļu spraugas pārrāvums vai līdz tā izdeg spole.

Barošanas blokos un audio iekārtās bieži vien ir nepieciešams noņemt signāla lieko pulsāciju, troksni vai frekvenci. Šim nolūkam tiek izmantoti dažādu konfigurāciju filtri. Viena no iespējām ir LC, LR filtri. Novēršot attiecīgi strāvas un maiņstrāvas pretestības pieaugumu, ir iespējams sasniegt izvirzītos mērķus.

Pašindukcijas EML kaitējums slēdžu, slēdžu, kontaktligzdu, slēdžu un citu lietu kontaktiem. Iespējams, esat ievērojuši, ka, atvienojot strādājoša putekļsūcēja kontaktdakšu no kontaktligzdas, tā iekšpusē ļoti bieži ir pamanāma zibspuldze. Šī ir pretestība strāvas izmaiņām spolē (šajā gadījumā motora tinumā).

Pusvadītāju slēdžos situācija ir kritiskāka - pat neliela induktivitāte ķēdē var izraisīt to bojājumus, kad tiek sasniegtas Uke vai Usi maksimālās vērtības. Lai tos aizsargātu, ir uzstādītas snubber ķēdes, uz kurām tiek izkliedēta induktīvo uzliesmojumu enerģija.

Secinājums

Apkoposim. Pašindukcijas EMF rašanās nosacījumi ir: induktivitātes klātbūtne ķēdē un strāvas izmaiņas slodzē. Tas var notikt gan darbības laikā, mainot režīmus vai traucējošas ietekmes, gan pārslēdzot ierīces. Šī parādība var kaitēt releju un starteru kontaktiem, kā tas noved pie loka izgriešana atverot induktīvās ķēdes, piemēram, elektromotorus. Lai samazinātu negatīvo ietekmi, lielākā daļa komutācijas iekārtu ir aprīkotas ar loka teknēm.

Noderīgiem nolūkiem EML parādība tiek izmantota diezgan bieži, sākot no filtra, lai izlīdzinātu strāvas viļņus un frekvenču filtrs audio iekārtās, transformatoriem un augstsprieguma aizdedzes spolēm automašīnās.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties noderīgu videoklipu par šo tēmu, kurā īsi un detalizēti apskatīta pašindukcijas parādība:

Mēs ceram, ka tagad jums ir kļuvis skaidrs, kas ir pašindukcija, kā tā izpaužas un kur to var izmantot. Ja jums ir kādi jautājumi, uzdodiet tos komentāros zem raksta!

Saistītie materiāli:

• Elektriskā lauka īpašības un raksturlielumi
• Faradeja likumi ķīmijā un fizikā
• Lādiņu sadalījums konduktorā