"Selvinduksjon stopper spenningsøkningen i induktive kretser." Hvis arbeidet eller hobbyen din er knyttet til strøm, har du sikkert hørt slike utsagn. Faktisk er dette fenomenet iboende i induktive kretser, både eksplisitt, for eksempel spoler, og implisitt, for eksempel parasittiske parametere til kabelen. I denne artikkelen vil vi forklare på en enkel måte hva selvinduksjon er og hvor den brukes.
Innhold:
- Definisjon
- Induktans
- Transformator og gjensidig induksjon
- Nytte og skade
- Konklusjon
Definisjon
Selvinduksjon er utseendet i en leder av en elektromotorisk kraft (EMF) rettet i motsatt retning i forhold til spenningen til strømkilden når strømmen flyter. Dessuten oppstår det i øyeblikket når strømmen i kretsen endres. En skiftende elektrisk strøm genererer et skiftende magnetfelt, som igjen induserer en EMF i lederen.
Dette ligner på formuleringen av Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, som sier:
Når en magnetisk fluks passerer gjennom en leder, oppstår det en EMF i denne. Den er proporsjonal med endringshastigheten til den magnetiske fluksen (mat. tidsavledet).
Det er:
E = dФ / dt,
Der E er EMF for selvinduksjon, målt i volt, F er den magnetiske fluksen, måleenheten er Wb (weber, den er også lik V/s)
Induktans
Vi har allerede sagt at selvinduksjon er iboende i induktive kretser, derfor vil vi vurdere selvinduksjonsfenomenet ved å bruke eksemplet med en induktor.
En induktor er et element som er en isolert lederspole. For å øke induktansen økes antallet omdreininger eller en kjerne laget av mykt magnetisk eller annet materiale plasseres inne i spolen.
Måleenheten for induktans er Henry (H). Induktans refererer til hvor sterkt en leder motstår en elektrisk strøm. Siden det rundt hver leder som det går en strøm gjennom, dannes et magnetfelt, og hvis du plasserer en leder i et vekselfelt vil det oppstå en strøm i den. I sin tur blir magnetfeltene til hver omdreining av spolen lagt til. Da vil det oppstå et sterkt magnetfelt rundt spolen som strømmen går gjennom. Når styrken endres i spolen, vil den magnetiske fluksen rundt den også endre seg.
I følge Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, hvis en vekslende magnetisk fluks trenger inn i spolen, vil en strøm og EMF av selvinduksjon oppstå i den. De vil forhindre at strømmen flyter i induktoren fra strømforsyningen til lasten. De kalles også selvinduksjon EMF ekstrastrømmer.
EMF-formelen for selvinduktans på induktans er:
Det vil si at jo større induktansen er, og jo mer og raskere strømmen har endret seg, jo sterkere vil EMF-bølgen være.
Med en økning i strømmen i spolen oppstår en EMF av selvinduksjon, som er rettet mot henholdsvis spenningen til strømkilden, vil økningen i strømmen avta. Det samme skjer når den reduseres - selvinduksjon vil føre til utseendet til en EMF, som vil opprettholde strømmen i spolen i samme retning som før. Det følger at spenningen ved spolens terminaler vil være motsatt av polariteten til strømforsyningen.
I figuren under kan du se at når den induktive kretsen slås på/av, oppstår ikke strømmen brått, men endres gradvis. Lovene om kommutering snakker også om dette.
En annen definisjon av induktans høres slik ut: den magnetiske fluksen er proporsjonal med strømmen, men i formelen fungerer induktansen som en proporsjonalitetskoeffisient.
Ф = L * I
Transformator og gjensidig induksjon
Hvis du plasserer to spoler i umiddelbar nærhet, for eksempel på en kjerne, vil fenomenet med gjensidig induksjon bli observert. La oss føre vekselstrømmen gjennom den første, så vil dens vekselstrøm trenge gjennom svingene til den andre og en EMF vil vises på utgangene.
Denne EMF vil avhenge av lengden på ledningen, henholdsvis antall omdreininger, samt størrelsen på den magnetiske permeabiliteten til mediet. Hvis du plasserer dem like ved siden av hverandre, vil EMF være lav, og tar du en kjerne laget av mykt magnetisk stål, vil EMF være mye høyere. Det er faktisk slik transformatoren fungerer.
Interessant: denne gjensidige påvirkningen av spolene på hverandre kalles induktiv kobling.
Nytte og skade
Hvis du forstår den teoretiske delen, er det verdt å vurdere hvor selvinduksjonsfenomenet brukes i praksis. La oss se på eksempler på hva vi ser i hverdagen og teknologien. En av de mest nyttige applikasjonene er en transformator, vi har allerede diskutert prinsippet om dens drift. Nå finnes de mindre og mindre, men tidligere ble det daglig brukt lysrør i lamper. Prinsippet for deres arbeid er basert på fenomenet selvinduksjon. Du kan se ordningene hennes nedenfor.
Etter at spenningen er påført, flyter strømmen gjennom kretsen: fase - choke - spiral - starter - spiral - null.
Eller omvendt (fase og null). Etter at starteren er utløst, åpnes kontaktene Gasspedal (en spole med stor induktans) søker å opprettholde strømmen i samme retning, induserer en selvinduksjons-EMK med stor verdi og lampene tennes.
På samme måte gjelder dette fenomenet for tenningskretsen til en bil eller motorsykkel som går på bensin. I dem er en mekanisk (bryter) eller halvlederbryter (transistor i ECU) installert i gapet mellom induktoren og minus (masse). Denne nøkkelen, i det øyeblikket det må dannes en gnist i sylinderen for å antenne drivstoffet, bryter spolens strømforsyningskrets. Da forårsaker energien som er lagret i kjernen av spolen en økning i EMF for selvinduksjon og spenningen over stearinlysets elektrode øker til det oppstår et sammenbrudd av gnistgapet, eller til det brenner ut Spole.
I strømforsyninger og lydutstyr er det ofte nødvendig å fjerne overflødig rippel, støy eller frekvens fra signalet. For dette brukes filtre med forskjellige konfigurasjoner. Et av alternativene er LC, LR-filtre. Ved å hindre vekst av henholdsvis strømmen og motstanden til vekselstrømmen er det mulig å nå de oppsatte målene.
Selvinduksjon EMF skade på kontaktene til brytere, effektbrytere, stikkontakter, effektbrytere og andre ting. Du har kanskje lagt merke til at når du trekker støpselet til en fungerende støvsuger ut av stikkontakten, er et blink inni det veldig ofte merkbart. Dette er motstanden mot endringen i strømmen i spolen (motorvikling i dette tilfellet).
I halvlederbrytere er situasjonen mer kritisk - selv en liten induktans i kretsen kan føre til sammenbrudd når toppverdiene til Uke eller Usi er nådd. For å beskytte dem er snubberkretser installert, hvorpå energien til induktive utbrudd spres.
Konklusjon
La oss oppsummere. Betingelsene for forekomsten av selvinduksjons-EMK er: tilstedeværelsen av induktans i kretsen og en endring i strømmen i lasten. Dette kan skje både under drift, ved endring av modus eller forstyrrende påvirkninger, og ved bytte av enheter. Dette fenomenet kan skade kontaktene til reléer og startere, som det fører til buedannelse når du åpner induktive kretser som elektriske motorer. For å redusere den negative påvirkningen er det meste av koblingsutstyret utstyrt med buesnner.
For nyttige formål brukes EMF-fenomenet ganske ofte, fra et filter for å jevne ut strømbølger og frekvensfilter i lydutstyr, til transformatorer og høyspent tennspoler i biler.
Til slutt anbefaler vi å se en nyttig video om emnet, som kort og detaljert diskuterer fenomenet selvinduksjon:
Vi håper at det nå har blitt klart for deg hva selvinduksjon er, hvordan den viser seg og hvor den kan brukes. Hvis du har spørsmål, spør dem i kommentarene under artikkelen!
Relatert materiale:
- Egenskaper og egenskaper ved det elektriske feltet
- Faradays lover i kjemi og fysikk
- Fordeling av ladninger i en konduktør
