Zelfinductie: definitie, formule, praktische toepassing

"Zelfinductie stopt de spanningsstijging in inductieve circuits." Als je werk of hobby met elektriciteit te maken heeft, heb je vast wel eens zulke uitspraken gehoord. In feite is dit fenomeen inherent aan inductieve circuits, zowel expliciet, bijvoorbeeld, spoelen, als impliciet, zoals parasitaire parameters van de kabel. In dit artikel leggen we in eenvoudige bewoordingen uit wat zelfinductie is en waar het wordt toegepast.

Definitie

Zelfinductie is het verschijnen in een geleider van een elektromotorische kracht (EMF) die in de tegenovergestelde richting is gericht ten opzichte van de spanning van de stroombron wanneer stroom vloeit. Bovendien gebeurt het op het moment dat de stroom in het circuit verandert. Een veranderende elektrische stroom genereert een veranderend magnetisch veld, dat op zijn beurt een EMF in de geleider induceert.

Dit is vergelijkbaar met de formulering van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie, die zegt:

Wanneer een magnetische flux door een geleider gaat, ontstaat er een EMF in de laatste. Het is evenredig met de veranderingssnelheid van de magnetische flux (mat. tijdsafgeleide).

Dat is:

E = dФ / dt,

Waar E de EMF van zelfinductie is, gemeten in volt, is F de magnetische flux, de meeteenheid is Wb (weber, deze is ook gelijk aan V / s)

Inductie

We hebben al gezegd dat zelfinductie inherent is aan inductieve circuits, daarom zullen we het fenomeen van zelfinductie beschouwen aan de hand van het voorbeeld van een inductor.

Een inductor is een element dat een geïsoleerde geleiderspoel is. Om de inductantie te vergroten, wordt het aantal windingen vergroot of wordt een kern van zacht magnetisch of ander materiaal in de spoel geplaatst.

De maateenheid voor inductie is Henry (H). Inductantie verwijst naar hoe sterk een geleider een elektrische stroom weerstaat. Want rond elke geleider waar een stroom doorheen loopt, wordt een magnetisch veld gevormd, en als je een geleider in een wisselveld plaatst, zal er een stroom in ontstaan. Op hun beurt worden de magnetische velden van elke winding van de spoel opgeteld. Dan ontstaat er een sterk magnetisch veld rond de spoel waardoor de stroom loopt. Wanneer de sterkte in de spoel verandert, verandert ook de magnetische flux eromheen.

Volgens de wet van Faraday van elektromagnetische inductie, als een alternerende magnetische flux de spoel binnendringt, zal er een stroom en EMF van zelfinductie in ontstaan. Ze voorkomen dat de stroom in de inductor van de voeding naar de belasting vloeit. Ze worden ook wel zelfinductieve EMF-extrastromen genoemd.

De EMF-formule van zelfinductie op inductie is:

Dat wil zeggen, hoe groter de inductantie en hoe meer en sneller de stroom is veranderd, hoe sterker de EMF-piek zal zijn.

Met een toename van de stroom in de spoel ontstaat een EMF van zelfinductie, die is gericht tegen de spanning van de stroombron, respectievelijk zal de toename van de stroom vertragen. Hetzelfde gebeurt bij afname - zelfinductie zal leiden tot het verschijnen van een EMF, die de stroom in de spoel in dezelfde richting als voorheen zal handhaven. Hieruit volgt dat de spanning op de klemmen van de spoel tegengesteld is aan de polariteit van de voeding.

In onderstaande figuur kun je zien dat wanneer de inductieve schakeling aan/uit wordt gezet, de stroom niet abrupt ontstaat, maar geleidelijk verandert. Ook de commutatiewetten spreken hierover.

Een andere definitie van inductantie klinkt als volgt: de magnetische flux is evenredig met de stroom, maar in zijn formule werkt inductantie als een evenredigheidscoëfficiënt.

Ф = L * I

Transformator en wederzijdse inductie

Als je twee spoelen dicht bij elkaar plaatst, bijvoorbeeld op één kern, dan zal het fenomeen van wederzijdse inductie worden waargenomen. Laten we de wisselstroom door de eerste leiden, dan dringt de wisselstroom door de windingen van de tweede en verschijnt er een EMF op de uitgangen.

Deze EMF hangt af van respectievelijk de lengte van de draad, het aantal windingen en de grootte van de magnetische permeabiliteit van het medium. Als je ze vlak naast elkaar plaatst, is de EMF laag, en als je een kern van zacht magnetisch staal neemt, zal de EMF veel hoger zijn. Eigenlijk is dit hoe de transformator werkt.

Interessant: deze wederzijdse beïnvloeding van de spoelen op elkaar wordt inductieve koppeling genoemd.

Voordeel en schade

Als je het theoretische gedeelte begrijpt, is het de moeite waard om te overwegen waar het fenomeen zelfinductie in de praktijk wordt toegepast. Laten we eens kijken naar voorbeelden van wat we zien in het dagelijks leven en de technologie. Een van de handigste toepassingen is een transformator, we hebben het principe van de werking ervan al besproken. Nu komen ze steeds minder voor, maar voorheen werden TL-buislampen dagelijks in lampen gebruikt. Het principe van hun werk is gebaseerd op het fenomeen zelfinductie. Je kunt haar schema's hieronder bekijken.

Nadat de spanning is aangelegd, vloeit de stroom door het circuit: fase - smoorspoel - spiraal - starter - spiraal - nul.

Of omgekeerd (fase en nul). Nadat de starter is geactiveerd, gaan de contacten open, dan gas geven (een spoel met een grote inductantie) probeert de stroom in dezelfde richting te houden, induceert een zelfinductie EMF van grote waarde en de lampen worden ontstoken.

Evenzo is dit fenomeen van toepassing op het ontstekingscircuit van een auto of motorfiets die op benzine rijdt. Daarin is een mechanische (breker) of halfgeleiderschakelaar (transistor in de ECU) geïnstalleerd in de opening tussen de inductor en de min (massa). Deze sleutel verbreekt, op het moment dat er een vonk in de cilinder moet ontstaan ​​om de brandstof te ontsteken, het voedingscircuit van de spoel. Dan veroorzaakt de energie die is opgeslagen in de kern van de spoel een toename van de EMF van zelfinductie en de spanning over de elektrode van de kaars neemt toe totdat een doorslag van de vonkbrug optreedt, of totdat deze opbrandt spoel.

Bij voedingen en audioapparatuur is het vaak nodig om overtollige rimpel, ruis of frequentie uit het signaal te verwijderen. Hiervoor worden filters van verschillende configuraties gebruikt. Een van de opties is LC, LR-filters. Door respectievelijk de groei van de stroom en de weerstand van de wisselstroom te voorkomen, is het mogelijk om de gestelde doelen te bereiken.

Zelfinductie EMF schade aan contacten van schakelaars, stroomonderbrekers, stopcontacten, stroomonderbrekers en andere dingen. Het is je misschien opgevallen dat wanneer je de stekker van een werkende stofzuiger uit het stopcontact haalt, er vaak een flits aan de binnenkant zichtbaar is. Dit is de weerstand tegen de stroomverandering in de spoel (in dit geval motorwikkeling).

In halfgeleiderschakelaars is de situatie kritieker - zelfs een kleine inductantie in het circuit kan leiden tot uitval wanneer de piekwaarden van Uke of Usi worden bereikt. Om ze te beschermen zijn snubbercircuits geïnstalleerd waarop de energie van inductieve bursts wordt afgevoerd.

Conclusie

Laten we samenvatten. De voorwaarden voor het optreden van zelfinductie EMF zijn: de aanwezigheid van inductantie in het circuit en een verandering in de stroom in de belasting. Dit kan zowel tijdens bedrijf, bij het wisselen van modus of storende invloeden als bij het wisselen van apparaten voorkomen. Dit fenomeen kan de contacten van relais en starters beschadigen, omdat het leidt tot: boogvorming bij het openen van inductieve circuits zoals elektromotoren. Om de negatieve impact te verminderen, is de meeste schakelapparatuur uitgerust met boogkokers.

Voor nuttige doeleinden wordt het EMF-fenomeen vrij vaak gebruikt, van een filter om stroomrimpels glad te strijken en frequentiefilter in audioapparatuur, tot transformatoren en hoogspanningsbobines in auto's.

Ten slotte raden we aan om een ​​nuttige video over het onderwerp te bekijken, waarin het fenomeen van zelfinductie kort en gedetailleerd wordt besproken:

We hopen dat het je nu duidelijk is geworden wat zelfinductie is, hoe het zich manifesteert en waar het gebruikt kan worden. Als je vragen hebt, stel ze dan in de reacties onder het artikel!

Gerelateerde materialen:

• Eigenschappen en kenmerken van het elektrische veld
• De wetten van Faraday in scheikunde en natuurkunde
• Verdeling van ladingen in een geleider