Autoinducție: definiție, formulă, aplicare practică

„Auto-inducția oprește creșterea tensiunii în circuitele inductive”. Dacă munca sau hobby-ul tău este legat de electricitate, probabil că ai auzit astfel de declarații. De fapt, acest fenomen este inerent circuitelor inductive, atât explicit, de exemplu, bobine, cât și implicit, cum ar fi parametrii paraziți ai cablului. În acest articol, vom explica în termeni simpli ce este auto-inducția și unde se aplică.

Definiție

Autoinducția este apariția într-un conductor a unei forțe electromotoare (EMF) direcționată în direcția opusă față de tensiunea sursei de energie atunci când curge curentul. Mai mult, apare în momentul în care curentul din circuit se schimbă. Un curent electric în schimbare generează un câmp magnetic în schimbare, care, la rândul său, induce un EMF în conductor.

Aceasta este similară cu formularea legii lui Faraday a inducției electromagnetice, care spune:

Când un flux magnetic trece printr-un conductor, în acesta din urmă apare un EMF. Este proporțională cu viteza de modificare a fluxului magnetic (mat. derivată în timp).

Acesta este:

E = dФ / dt,

Unde E este EMF de auto-inducție, măsurată în volți, F este fluxul magnetic, unitatea de măsură este Wb (weber, este, de asemenea, egală cu V / s)

Inductanţă

Am spus deja că auto-inducția este inerentă circuitelor inductive, prin urmare, vom lua în considerare fenomenul de auto-inducție folosind exemplul unui inductor.

Un inductor este un element care este o bobină conductor izolată. Pentru a crește inductanța, numărul de spire este crescut sau un miez din magnetic moale sau alt material este plasat în interiorul bobinei.

Unitatea de măsură pentru inductanță este Henry (H). Inductanța se referă la cât de puternic rezistă un conductor la curent electric. Deoarece în jurul fiecărui conductor prin care trece un curent se formează un câmp magnetic, iar dacă plasezi un conductor într-un câmp alternativ, în el va apărea un curent. La rândul lor, se adaugă câmpurile magnetice ale fiecărei spire a bobinei. Apoi va apărea un câmp magnetic puternic în jurul bobinei prin care curge curentul. Când puterea sa se schimbă în bobină, fluxul magnetic din jurul ei se va schimba și el.

Conform legii lui Faraday a inducției electromagnetice, dacă un flux magnetic alternativ pătrunde în bobină, atunci va apărea în ea un curent și un EMF de auto-inducție. Ele vor împiedica curgerea curentului în inductor de la sursa de alimentare la sarcină. Se mai numesc extracurenți EMF de auto-inducție.

Formula EMF a auto-inductanței pe inductanță este:

Adică, cu cât inductanța este mai mare și cu cât curentul s-a schimbat mai mult și mai repede, cu atât creșterea EMF va fi mai puternică.

Odată cu creșterea curentului în bobină, apare un EMF de auto-inducție, care este direcționat împotriva tensiunii sursei de alimentare, respectiv, creșterea curentului va încetini. La fel se întâmplă și la scădere - auto-inducția va duce la apariția unui EMF, care va menține curentul în bobină în aceeași direcție ca înainte. Rezultă că tensiunea la bornele bobinei va fi opusă polarității sursei de alimentare.

În figura de mai jos, puteți vedea că atunci când circuitul inductiv este pornit / oprit, curentul nu apare brusc, ci se modifică treptat. Despre asta vorbesc și legile comutației.

O altă definiție a inductanței sună astfel: fluxul magnetic este proporțional cu curentul, dar în formula sa, inductanța acționează ca un coeficient de proporționalitate.

Ф = L * I

Transformator și inducție reciprocă

Dacă plasați două bobine în imediata apropiere, de exemplu, pe un miez, atunci se va observa fenomenul de inducție reciprocă. Să trecem curentul alternativ prin primul, apoi curentul său alternativ va pătrunde în spirele celui de-al doilea și va apărea un EMF pe ieșirile sale.

Acest EMF va depinde de lungimea firului, respectiv, de numărul de spire, precum și de mărimea permeabilității magnetice a mediului. Dacă le așezi unul lângă altul, EMF va fi scăzut, iar dacă iei un miez din oțel magnetic moale, EMF va fi mult mai mare. De fapt, așa funcționează transformatorul.

Interesant: această influență reciprocă a bobinelor una asupra celeilalte se numește cuplare inductivă.

Beneficiu și rău

Dacă înțelegeți partea teoretică, merită să luați în considerare unde se aplică în practică fenomenul de auto-inducție. Să ne uităm la exemple de ceea ce vedem în viața de zi cu zi și în tehnologie. Una dintre cele mai utile aplicații este un transformator, am discutat deja despre principiul funcționării acestuia. Acum se găsesc din ce în ce mai puțin, dar anterior lămpile tubulare fluorescente erau folosite zilnic în lămpi. Principiul muncii lor se bazează pe fenomenul auto-inducției. Puteți vedea schemele ei mai jos.

După aplicarea tensiunii, curentul circulă prin circuit: fază - bobine - spirală - starter - spirală - zero.

Sau invers (fază și zero). După ce demarorul este declanșat, contactele acestuia se deschid, atunci regulator (o bobină cu o inductanță mare) urmărește să mențină curentul în aceeași direcție, induce un EMF de auto-inducție de o valoare mare și lămpile sunt aprinse.

În mod similar, acest fenomen se aplică și circuitului de aprindere al unei mașini sau motociclete care funcționează cu benzină. În ele, un comutator mecanic (întrerupător) sau semiconductor (tranzistor în ECU) este instalat în spațiul dintre inductor și minus (masă). Această cheie, în momentul în care trebuie să se formeze o scânteie în cilindru pentru a aprinde combustibilul, întrerupe circuitul de alimentare a bobinei. Apoi, energia stocată în miezul bobinei determină o creștere a EMF de auto-inducție și a tensiunii pe electrodul lumânării crește până când apare o defalcare a eclatorului sau până când se arde bobina.

În sursele de alimentare și echipamentele audio, este adesea necesar să eliminați excesul de ondulare, zgomot sau frecvență din semnal. Pentru aceasta, se folosesc filtre de diferite configurații. Una dintre opțiuni este filtrele LC, LR. Prin prevenirea creșterii curentului și, respectiv, a rezistenței curentului alternativ, este posibilă atingerea obiectivelor stabilite.

Daune EMF prin auto-inducție la contactele întrerupătoarelor, întrerupătoarelor, prizelor, întrerupătoarelor și altor lucruri. Poate ați observat că atunci când deconectați ștecherul unui aspirator care funcționează de la priză, se observă foarte des un bliț în interiorul acestuia. Aceasta este rezistența la schimbarea curentului în bobină (înfășurarea motorului în acest caz).

În comutatoarele cu semiconductor, situația este mai critică - chiar și o inductanță mică în circuit poate duce la defectarea acestora, atunci când sunt atinse valorile de vârf ale Uke sau Usi. Pentru a le proteja, sunt instalate circuite amortizoare, pe care este disipată energia exploziilor inductive.

Concluzie

Să rezumam. Condițiile pentru apariția EMF de auto-inducție sunt: ​​prezența inductanței în circuit și o modificare a curentului în sarcină. Acest lucru se poate întâmpla atât în ​​funcționare, la schimbarea modurilor sau a influențelor perturbatoare, cât și la comutarea dispozitivelor. Acest fenomen poate afecta contactele releelor ​​și demaroarelor, deoarece duce la arcul de arc la deschiderea circuitelor inductive precum motoarele electrice. Pentru a reduce impactul negativ, majoritatea echipamentelor de comutare sunt echipate cu jgheaburi cu arc.

În scopuri utile, fenomenul EMF este folosit destul de des, de la un filtru pentru a netezi ondulațiile curente și filtru de frecvență în echipamente audio, la transformatoare și bobine de aprindere de înaltă tensiune în mașini.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util pe această temă, care discută pe scurt și în detaliu fenomenul auto-inducției:

Sperăm că acum ți-a devenit clar ce este auto-inducția, cum se manifestă și unde poate fi folosită. Dacă aveți întrebări, adresați-le în comentariile de sub articol!

Materiale conexe:

• Proprietăți și caracteristici ale câmpului electric
• Legile lui Faraday în chimie și fizică
• Distribuția sarcinilor într-un conductor