Självinduktion: definition, formel, praktisk tillämpning

"Självinduktion stoppar spänningsökningen i induktiva kretsar." Om ditt arbete eller din hobby är kopplat till el har du säkert hört sådana uttalanden. Faktum är att detta fenomen är inneboende i induktiva kretsar, både explicit, till exempel spolar, och implicit, såsom parasitiska parametrar för kabeln. I den här artikeln kommer vi att förklara i enkla termer vad självinduktion är och var den tillämpas.

Definition

Självinduktion är uppkomsten i en ledare av en elektromotorisk kraft (EMF) riktad i motsatt riktning i förhållande till strömkällans spänning när ström flyter. Dessutom inträffar det i det ögonblick då strömmen i kretsen ändras. En föränderlig elektrisk ström genererar ett föränderligt magnetfält, vilket i sin tur inducerar en EMF i ledaren.

Detta liknar formuleringen av Faradays lag om elektromagnetisk induktion, som säger:

När ett magnetiskt flöde passerar genom en ledare uppstår en EMF i den senare. Den är proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet (mat. tidsderivata).

Det är:

E = dФ / dt,

Där E är EMF för självinduktion, mätt i volt, F är det magnetiska flödet, måttenheten är Wb (weber, den är också lika med V/s)

Induktans

Vi har redan sagt att självinduktion är inneboende i induktiva kretsar, därför kommer vi att överväga fenomenet självinduktion med hjälp av exemplet med en induktor.

En induktor är ett element som är en isolerad ledarspole. För att öka induktansen ökas antalet varv eller så placeras en kärna av mjukmagnetisk eller annat material inuti spolen.

Måttenheten för induktans är Henry (H). Induktans hänvisar till hur starkt en ledare motstår en elektrisk ström. Eftersom det runt varje ledare som en ström går igenom bildas ett magnetfält och om man placerar en ledare i ett växelfält så uppstår en ström i den. I sin tur läggs magnetfälten för varje varv av spolen till. Då kommer ett starkt magnetfält att uppstå runt spolen som strömmen går igenom. När dess styrka ändras i spolen kommer det magnetiska flödet runt den också att förändras.

Enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion, om ett alternerande magnetiskt flöde penetrerar spolen, kommer en ström och EMF av självinduktion att uppstå i den. De kommer att förhindra att strömmen flyter i induktorn från strömförsörjningen till lasten. De kallas också självinducerande EMF-extraströmmar.

EMF-formeln för självinduktans på induktans är:

Det vill säga, ju större induktansen är, och ju mer och snabbare strömmen har förändrats, desto starkare blir EMF-ökningen.

Med en ökning av strömmen i spolen uppstår en EMF av självinduktion, som är riktad mot strömkällans spänning, respektive, kommer ökningen av strömmen att sakta ner. Samma sak händer vid minskning - självinduktion kommer att leda till uppkomsten av en EMF, som kommer att bibehålla strömmen i spolen i samma riktning som tidigare. Det följer att spänningen vid spolens terminaler kommer att vara motsatt polariteten hos strömförsörjningen.

I figuren nedan kan du se att när den induktiva kretsen slås på/av så uppstår inte strömmen abrupt utan ändras gradvis. Lagarna för kommutering talar också om detta.

En annan definition av induktans låter så här: det magnetiska flödet är proportionellt mot strömmen, men i sin formel fungerar induktansen som en proportionalitetskoefficient.

Ф = L * I

Transformator och ömsesidig induktion

Om du placerar två spolar i närheten, till exempel på en kärna, kommer fenomenet med ömsesidig induktion att observeras. Låt oss föra växelströmmen genom den första, sedan kommer dess växelström att tränga igenom varven på den andra och en EMF kommer att dyka upp på dess utgångar.

Denna EMF kommer att bero på längden på tråden, antalet varv, såväl som på storleken på mediets magnetiska permeabilitet. Om du placerar dem precis bredvid varandra blir EMF låg, och om du tar en kärna av mjukt magnetiskt stål blir EMF mycket högre. Det är faktiskt så här transformatorn fungerar.

Intressant: denna ömsesidiga påverkan av spolarna på varandra kallas induktiv koppling.

Fördel och skada

Om du förstår den teoretiska delen är det värt att överväga var fenomenet självinduktion tillämpas i praktiken. Låt oss titta på exempel på vad vi ser i vardagen och tekniken. En av de mest användbara applikationerna är en transformator, vi har redan diskuterat principen för dess funktion. Nu hittas de allt mindre, men tidigare användes lysrör dagligen i lampor. Principen för deras arbete är baserad på fenomenet självinduktion. Du kan se hennes scheman nedan.

Efter att spänningen applicerats flyter strömmen genom kretsen: fas - choke - spiral - startmotor - spiral - noll.

Eller vice versa (fas och noll). Efter att startmotorn har triggats öppnas dess kontakter strypa (en spole med stor induktans) försöker hålla strömmen i samma riktning, inducerar en självinduktions-EMK av stort värde och lamporna tänds.

På samma sätt gäller detta fenomen för tändningskretsen på en bil eller motorcykel som går på bensin. I dem är en mekanisk (brytare) eller halvledaromkopplare (transistor i ECU) installerad i gapet mellan induktorn och minus (massa). Denna nyckel, i det ögonblick då en gnista måste bildas i cylindern för att antända bränslet, bryter spolens strömförsörjningskrets. Då orsakar energin som lagras i spolens kärna en ökning av EMF för självinduktion och spänningen över ljusets elektrod ökar tills en nedbrytning av gnistgapet inträffar, eller tills den brinner ut spole.

I nätaggregat och ljudutrustning är det ofta nödvändigt att ta bort överflödig rippel, brus eller frekvens från signalen. För detta används filter med olika konfigurationer. Ett av alternativen är LC, LR filter. Genom att förhindra tillväxten av strömmen respektive växelströmmens resistans är det möjligt att uppnå de uppsatta målen.

Självinduktion EMF-skada på kontakter på brytare, strömbrytare, uttag, strömbrytare och annat. Du kanske har märkt att när du drar ur kontakten till en fungerande dammsugare från uttaget så märks en blixt inuti den väldigt ofta. Detta är motståndet mot förändringen i strömmen i spolen (motorlindning i detta fall).

I halvledaromkopplare är situationen mer kritisk - även en liten induktans i kretsen kan leda till deras sammanbrott när toppvärdena för Uke eller Usi nås. För att skydda dem installeras snubberkretsar, på vilka energin från induktiva skurar försvinner.

Slutsats

Låt oss sammanfatta. Villkoren för uppkomsten av självinduktions-EMK är: närvaron av induktans i kretsen och en förändring i strömmen i lasten. Detta kan inträffa både under drift, vid byte av lägen eller störande influenser, och vid byte av anordning. Detta fenomen kan skada kontakterna på reläer och startare, eftersom det leder till bågbildning vid öppning av induktiva kretsar såsom elmotorer. För att minska den negativa påverkan är det mesta av kopplingsutrustningen utrustad med bågränna.

För användbara ändamål används EMF-fenomenet ganska ofta, från ett filter för att jämna ut rippelström och frekvensfilter i ljudutrustning, till transformatorer och högspänningsspolar i bilar.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en användbar video om ämnet, som kortfattat och i detalj diskuterar fenomenet självinduktion:

Vi hoppas att du nu förstår vad självinduktion är, hur den yttrar sig och var den kan användas. Om du har några frågor, ställ dem i kommentarerna under artikeln!

Relaterat material:

• Egenskaper och egenskaper hos det elektriska fältet
• Faradays lagar i kemi och fysik
• Fördelning av avgifter i en konduktör