Samoindukcija: definicija, formula, praktična uporaba

"Samoindukcija ustavi dvig napetosti v induktivnih vezjih." Če je vaše delo ali hobi povezan z elektriko, ste verjetno že slišali takšne izjave. Pravzaprav je ta pojav značilen za induktivna vezja, tako eksplicitno, na primer tuljave, kot implicitno, kot so parazitski parametri kabla. V tem članku bomo preprosto razložili, kaj je samoindukcija in kje se uporablja.

Opredelitev

Samoindukcija je pojav v prevodniku elektromotorne sile (EMF), usmerjene v nasprotni smeri glede na napetost vira energije, ko teče tok. Poleg tega se pojavi v trenutku, ko se tok v vezju spremeni. Spreminjajoči se električni tok ustvari spreminjajoče se magnetno polje, ki posledično inducira EMF v prevodniku.

To je podobno formulaciji Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije, ki pravi:

Ko magnetni tok prehaja skozi prevodnik, v slednjem nastane EMF. Je sorazmeren s hitrostjo spremembe magnetnega toka (mat. časovna izpeljanka).

to je:

E = dФ / dt,

Kjer je E EMF samoindukcije, merjen v voltih, F je magnetni tok, merska enota je Wb (weber, enako je tudi V / s)

Induktivnost

Rekli smo že, da je samoindukcija lastna induktivnim vezjem, zato bomo pojav samoindukcije obravnavali na primeru induktorja.

Induktor je element, ki je izolirana prevodna tuljava. Za povečanje induktivnosti se poveča število zavojev ali pa se v tuljavo postavi jedro iz mehkega magnetnega ali drugega materiala.

Merska enota za induktivnost je Henry (H). Induktivnost se nanaša na to, kako močno se vodnik upira električnemu toku. Ker okoli vsakega prevodnika, skozi katerega teče tok, nastane magnetno polje, in če prevodnik postavite v izmenično polje, bo v njem nastal tok. Po drugi strani se dodajo magnetna polja vsakega obrata tuljave. Nato se bo okoli tuljave, skozi katero teče tok, nastalo močno magnetno polje. Ko se njegova moč v tuljavi spremeni, se bo spremenil tudi magnetni tok okoli nje.

Po Faradayevem zakonu elektromagnetne indukcije, če izmenični magnetni tok prodre v tuljavo, bosta v njej nastala tok in EMF samoindukcije. Preprečili bodo pretok toka v induktorju od napajalnika do bremena. Imenujejo jih tudi samoindukcijski EMF ekstratokovi.

Formula EMF samoinduktivnosti na induktivnost je:

To pomeni, da večja kot je induktivnost in bolj in hitreje se je tok spremenil, močnejši bo EMF val.

S povečanjem toka v tuljavi nastane EMF samoindukcije, ki je usmerjena proti napetosti vira energije, torej se bo povečanje toka upočasnilo. Enako se zgodi pri zmanjševanju - samoindukcija bo povzročila pojav EMF, ki bo vzdrževal tok v tuljavi v isti smeri kot prej. Iz tega sledi, da bo napetost na sponkah tuljave nasprotna polarnosti napajalnika.

Na spodnji sliki lahko vidite, da pri vklopu / izklopu induktivnega tokokroga tok ne nastane nenadoma, ampak se postopoma spreminja. O tem govorijo tudi zakoni komutacije.

Druga definicija induktivnosti zveni takole: magnetni tok je sorazmeren s tokom, vendar v svoji formuli induktivnost deluje kot koeficient sorazmernosti.

Ф = L * I

Transformator in medsebojna indukcija

Če postavite dve tuljavi v neposredni bližini, na primer na eno jedro, bo opazen pojav medsebojne indukcije. Prepustimo izmenični tok skozi prvega, nato bo njegov izmenični tok prodrl v zavoje drugega in na njegovih izhodih se bo pojavil EMF.

Ta EMF bo odvisen od dolžine žice oziroma števila zavojev, pa tudi od velikosti magnetne prepustnosti medija. Če jih postavite tik drug poleg drugega, bo EMF nizek, in če vzamete jedro iz mehkega magnetnega jekla, bo EMF veliko višji. Pravzaprav transformator deluje tako.

zanimivo: ta medsebojni vpliv tuljav drug na drugega se imenuje induktivna sklopka.

Korist in škoda

Če razumete teoretični del, je vredno razmisliti, kje se fenomen samoindukcije uporablja v praksi. Poglejmo si primere tega, kar vidimo v vsakdanjem življenju in tehnologiji. Ena izmed najbolj uporabnih aplikacij je transformator, o principu njegovega delovanja smo že razpravljali. Zdaj jih najdemo vedno manj, prej pa so bile fluorescenčne cevaste sijalke uporabljene vsak dan v svetilkah. Načelo njihovega delovanja temelji na fenomenu samoindukcije. Njene sheme si lahko ogledate spodaj.

Po uporabi napetosti tok teče skozi vezje: faza - dušilka - spirala - zaganjalnik - spirala - nič.

Ali obratno (faza in nič). Ko se zaganjalnik sproži, se njegovi kontakti odprejo plin (tuljava z veliko induktivnostjo) poskuša vzdrževati tok v isti smeri, inducira samoindukcijsko EMF velike vrednosti in žarnice se vžgejo.

Podobno ta pojav velja za vžigalni krog avtomobila ali motornega kolesa, ki deluje na bencin. V njih je v reži med induktorjem in minusom (maso) nameščeno mehansko (odklopnik) ali polprevodniško stikalo (tranzistor v ECU). Ta ključ v trenutku, ko mora v cilindru nastati iskra, da vžge gorivo, prekine napajalni tokokrog tuljave. Potem energija, shranjena v jedru tuljave, povzroči povečanje EMF samoindukcije in napetosti na elektroda sveče se povečuje, dokler ne pride do razpada iskre ali dokler ne izgori tuljava.

Pri napajalnikih in avdio opremi je pogosto potrebno odstraniti odvečno valovanje, šum ali frekvenco signala. Za to se uporabljajo filtri različnih konfiguracij. Ena od možnosti so LC, LR filtri. S preprečevanjem rasti toka oziroma upora izmeničnega toka je mogoče doseči zastavljene cilje.

Samoindukcijski EMF škoduje kontaktom stikal, odklopnikov, vtičnic, odklopnikov in drugih stvari. Morda ste opazili, da ko vtič delujočega sesalnika iztaknete iz vtičnice, je zelo pogosto opazen blisk v njem. To je upor proti spremembi toka v tuljavi (v tem primeru navitje motorja).

Pri polprevodniških stikalih je situacija bolj kritična - že majhna induktivnost v vezju lahko privede do njihovega zloma, ko so dosežene najvišje vrednosti Uke ali Usi. Za njihovo zaščito so nameščena dušilna vezja, na katerih se razprši energija induktivnih izbruhov.

Zaključek

Naj povzamemo. Pogoja za nastanek samoindukcijske EMF so: prisotnost induktivnosti v vezju in sprememba toka v bremenu. To se lahko zgodi tako med delovanjem, pri spreminjanju načinov ali motečih vplivov kot pri preklapljanju naprav. Ta pojav lahko poškoduje kontakte relejev in zaganjalcev, saj vodi do oblok pri odpiranju induktivnih tokokrogov, kot so električni motorji. Za zmanjšanje negativnega vpliva je večina stikalne opreme opremljena z obločnimi žlebovi.

Za uporabne namene se fenomen EMF uporablja precej pogosto, od filtra za izravnavo valovanja toka in frekvenčni filter v avdio opremi, do transformatorjev in visokonapetostnih vžigalnih tuljav v avtomobilih.

Na koncu priporočamo ogled uporabnega videa na to temo, ki na kratko in podrobno obravnava pojav samoindukcije:

Upamo, da zdaj razumete, kaj je samoindukcija, kako se kaže in kje se lahko uporablja. Če imate kakršna koli vprašanja, jih postavite v komentarje pod člankom!

Povezani materiali:

• Lastnosti in značilnosti električnega polja
• Faradayjevi zakoni v kemiji in fiziki
• Porazdelitev nabojev v prevodniku