Kendinden indüksiyon: tanım, formül, pratik uygulama

"Kendinden endüksiyon, endüktif devrelerdeki voltaj artışını durdurur." İşiniz veya hobiniz elektrikle bağlantılıysa muhtemelen bu tür ifadeleri duymuşsunuzdur. Aslında, bu fenomen, hem açıkça, örneğin bobinler, hem de dolaylı olarak, kablonun parazitik parametreleri gibi endüktif devrelerde doğaldır. Bu yazımızda self-indüksiyonun ne olduğunu ve nerelerde uygulandığını basit terimlerle anlatacağız.

Tanım

Kendi kendine indüksiyon, akım akarken güç kaynağının voltajına göre ters yönde yönlendirilen bir elektromotor kuvvetin (EMF) iletkenindeki görünümdür. Ayrıca, devredeki akımın değiştiği anda meydana gelir. Değişen bir elektrik akımı, iletkende bir EMF indükleyen değişen bir manyetik alan oluşturur.

Bu, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasının formülasyonuna benzer:

Bir manyetik akı bir iletkenden geçtiğinde, ikincisinde bir EMF ortaya çıkar. Manyetik akının değişim hızı ile orantılıdır (mat. zaman türevi).

Yani:

E = dФ / dt,

E, volt cinsinden ölçülen kendi kendine endüksiyonun EMF'si olduğunda, F manyetik akıdır, ölçüm birimi Wb'dir (weber, ayrıca V / s'ye eşittir)

İndüktans

Kendi kendine endüksiyonun endüktif devrelerin doğasında olduğunu zaten söylemiştik, bu nedenle bir indüktör örneğini kullanarak kendi kendine endüksiyon olgusunu ele alacağız.

Bir indüktör, yalıtılmış bir iletken bobin olan bir elemandır. Endüktansı artırmak için, dönüş sayısı artırılır veya bobinin içine yumuşak manyetik veya başka bir malzemeden yapılmış bir çekirdek yerleştirilir.

Endüktansın ölçü birimi Henry'dir (H). Endüktans, bir iletkenin bir elektrik akımına ne kadar güçlü bir şekilde direndiğini ifade eder. İçinden akımın geçtiği her iletkenin etrafında bir manyetik alan oluştuğundan ve bir iletkeni alternatif bir alana yerleştirirseniz, içinde bir akım oluşacaktır. Sırayla, bobinin her dönüşünün manyetik alanları eklenir. Ardından, akımın aktığı bobinin etrafında güçlü bir manyetik alan ortaya çıkacaktır. Bobinde gücü değiştiğinde etrafındaki manyetik akı da değişecektir.

Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, alternatif bir manyetik akı bobine girerse, o zaman içinde bir akım ve kendi kendine indüksiyon EMF'si ortaya çıkacaktır. Akımın güç kaynağından yüke indüktörde akmasını önleyecektir. Bunlara ayrıca kendi kendine indüksiyonlu EMF ekstra akımları da denir.

Endüktans üzerindeki öz endüktansın EMF formülü:

Yani, endüktans ne kadar büyükse ve akım ne kadar hızlı değiştiyse, EMF dalgalanması o kadar güçlü olacaktır.

Bobindeki akımdaki bir artışla, sırasıyla güç kaynağının voltajına yönelik bir kendi kendine endüksiyon EMF'si ortaya çıkar, akımdaki artış yavaşlayacaktır. Aynı şey azalırken de olur - kendi kendine indüksiyon, bobindeki akımı öncekiyle aynı yönde tutacak bir EMF'nin ortaya çıkmasına neden olur. Bobinin terminallerindeki voltajın, güç kaynağının polaritesinin tersi olacağı izler.

Aşağıdaki şekilde endüktif devre açıldığında / kapatıldığında akımın aniden ortaya çıkmadığını, yavaş yavaş değiştiğini görebilirsiniz. Komütasyon yasaları da bundan bahseder.

Endüktansın başka bir tanımı şöyledir: manyetik akı akımla orantılıdır, ancak formülünde endüktans bir orantı katsayısı görevi görür.

Ф = L * ben

Trafo ve karşılıklı indüksiyon

İki bobini yakın bir yere, örneğin bir çekirdeğe yerleştirirseniz, karşılıklı indüksiyon olgusu gözlemlenecektir. İlkinden alternatif bir akım geçirelim, sonra alternatif akımı ikincinin dönüşlerine nüfuz edecek ve çıkışlarında bir EMF belirecektir.

Bu EMF, sırasıyla telin uzunluğuna, dönüş sayısına ve ortamın manyetik geçirgenliğinin büyüklüğüne bağlı olacaktır. Bunları yan yana yerleştirirseniz, EMF düşük olacak ve yumuşak manyetik çelikten yapılmış bir çekirdek alırsanız, EMF çok daha yüksek olacaktır. Aslında, transformatör böyle çalışır.

İlginç: bobinlerin birbirleri üzerindeki bu karşılıklı etkisine endüktif kuplaj denir.

Fayda ve zarar

Teorik kısmı anlarsanız, pratikte kendi kendine tümevarım olgusunun nerede uygulandığını düşünmeye değer. Günlük yaşamda ve teknolojide gördüğümüz örneklere bakalım. En kullanışlı uygulamalardan biri bir transformatördür, çalışma prensibini zaten tartıştık. Şimdi daha az bulunurlar, ancak daha önce lambalarda günlük olarak floresan tüp lambalar kullanılırdı. Çalışmalarının prensibi, kendi kendine indüksiyon olgusuna dayanmaktadır. Aşağıda onun şemalarını görebilirsiniz.

Gerilim uygulandıktan sonra akım devreden geçer: faz - şok - spiral - marş - spiral - sıfır.

Veya tam tersi (faz ve sıfır). Başlatıcı tetiklendikten sonra kontakları açılır, ardından gaz kelebeği (büyük bir endüktansa sahip bir bobin) akımı aynı yönde tutmaya çalışır, büyük bir değerde kendi kendine endüksiyonlu bir EMF'yi indükler ve lambalar ateşlenir.

Benzer şekilde, bu fenomen benzinle çalışan bir araba veya motosikletin ateşleme devresi için de geçerlidir. İçlerinde, indüktör ve eksi (kütle) arasındaki boşluğa bir mekanik (kesici) veya yarı iletken anahtar (ECU'daki transistör) monte edilmiştir. Bu anahtar, yakıtı ateşlemek için silindirde bir kıvılcım oluşması gerektiği anda, bobin güç kaynağı devresini keser. Daha sonra, bobinin çekirdeğinde depolanan enerji, kendi kendine endüksiyonun EMF'sinde ve üzerindeki voltajda bir artışa neden olur. mumun elektrotu, kıvılcım aralığı bozulana veya yanana kadar artar bobin.

Güç kaynaklarında ve ses ekipmanlarında, sinyalden fazla dalgalanma, gürültü veya frekansın çıkarılması genellikle gereklidir. Bunun için farklı konfigürasyonlardaki filtreler kullanılır. Seçeneklerden biri LC, LR filtreleridir. Sırasıyla akımın büyümesini ve alternatif akımın direncini önleyerek, belirlenen hedeflere ulaşmak mümkündür.

Kendi kendine indüksiyonlu EMF, anahtarların, devre kesicilerin, prizlerin, devre kesicilerin ve diğer şeylerin kontaklarına zarar verir. Çalışan bir elektrikli süpürgenin fişini prizden çıkardığınızda, içinde bir flaşın çok sık fark edildiğini fark etmiş olabilirsiniz. Bu, bobindeki akım değişikliğine karşı dirençtir (bu durumda motor sargısı).

Yarı iletken anahtarlarda durum daha kritiktir - Uke veya Usi'nin tepe değerlerine ulaşıldığında devredeki küçük bir endüktans bile bozulmalarına neden olabilir. Onları korumak için, üzerine endüktif patlamaların enerjisinin dağıldığı durdurma devreleri kurulur.

Çözüm

Özetleyelim. Kendi kendine endüksiyonlu EMF'nin ortaya çıkması için koşullar şunlardır: devrede endüktansın varlığı ve yükteki akımda bir değişiklik. Bu, hem çalışma sırasında, modları veya rahatsız edici etkileri değiştirirken hem de cihazları değiştirirken ortaya çıkabilir. Bu fenomen, aşağıdakilere yol açtığı için rölelerin ve yol vericilerin kontaklarına zarar verebilir. ark yapmak elektrik motorları gibi endüktif devreleri açarken. Olumsuz etkiyi azaltmak için, anahtarlama ekipmanının çoğu ark oluklarıyla donatılmıştır.

Yararlı amaçlar için, EMF fenomeni, bir filtreden dalgalanma akımını yumuşatmaya ve oldukça sık kullanılır. ses ekipmanlarında frekans filtresi, arabalardaki transformatörler ve yüksek voltajlı ateşleme bobinlerine.

Son olarak, kendi kendine tümevarım olgusunu kısaca ve ayrıntılı olarak tartışan konuyla ilgili yararlı bir video izlemenizi öneririz:

Artık öz-tümevarımın ne olduğunu, kendini nasıl gösterdiğini ve nerede kullanılabileceğini anladığınızı umuyoruz. Herhangi bir sorunuz varsa, makalenin altındaki yorumlarda onlara sorun!

İlgili malzemeler:

• Elektrik alanının özellikleri ve özellikleri
• Faraday'ın kimya ve fizik yasaları
• Bir iletkendeki yüklerin dağılımı