Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
«Самоіндукція зупиняє ріст напруги в індуктивних ланцюгах». Якщо ваша робота або захоплення пов'язані з електрикою ви напевно чули подібні висловлювання. Насправді це явище притаманне індуктивним ланцюгах, як в явному вигляді, наприклад, котушок, так і в неявному, такі як паразитні параметри кабелю. У цій статті ми простими словами розповімо про те, що таке самоіндукція і де вона застосовується.визначення
Самоіндукцією називається поява в провіднику електрорушійної сили (ЕРС), спрямованої в протилежну сторону щодо напруги джерела живлення при протіканні струму. При цьому воно виникає в момент, коли сила струму в ланцюзі змінюється. Змінюється електричної струм породжує змінюється магнітне поле, воно в свою чергу наводить ЕРС в провіднику.
Це схоже на формулювання закону електромагнітної індукції Фарадея, де сказано:
При проходженні магнітного потоку через провідник, в останньому виникає ЕРС. Вона пропорційна швидкості зміни магнітного потоку (мат. Похідна за часом).
Тобто:
E = dФ / dt,
Де E - ЕРС самоіндукції, вимірюється в вольтах, Ф - магнітний потік, одиниця виміру - Вб (вебер, він же дорівнює В / с)
індуктивність
Ми вже сказали про те, що самоіндукція властива індуктивним ланцюгах, тому розглянемо явище самоіндукції на прикладі котушки індуктивності.
Котушка індуктивності - це елемент, який представляє собою котушку з ізольованого провідника. Для збільшення індуктивності збільшують число витків або всередину котушки поміщають сердечник з магнітомягкого або іншого матеріалу.
Одиниця виміру індуктивності - Генрі (Гн). Індуктивність характеризує те, наскільки сильно провідник протидіє електричного струму. Так як навколо кожного провідника, по якому протікає струм, утворюється магнітне поле, і, якщо помістити провідник в змінне поле - в ньому виникне струм. У свою чергу магнітні поля кожного витка котушки складаються. Тоді навколо котушки, по якій протікає струм, виникне сильне магнітне поле. При зміні його сили в котушці буде змінюватися і магнітний потік навколо неї.
Відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея, якщо котушку буде пронизувати змінний магнітний потік, то в ній виникне струм і ЕРС самоіндукції. Вони будуть перешкоджати току, який протікав в індуктивності від джерела живлення до навантаження. Їх ще називають екстратокі ЕРС самоіндукції.
Формула ЕРС самоіндукції на індуктивності має вигляд:
Тобто чим більше індуктивність, і чим більше і швидше змінився струм - тим сильніше буде сплеск ЕРС.
При зростанні струму в котушці виникає ЕРС самоіндукції, яка спрямована проти напруги джерела живлення, відповідно зростання струму сповільниться. Те ж саме відбувається при убуванні - самоіндукція призведе до появи ЕРС, яке буде підтримувати струм в котушці в тому ж напрямку, що і до цього. Звідси випливає, що напруга на висновках котушки буде протилежним полярності джерела живлення.
На малюнку нижче ви бачите, що при включенні / відключенні індуктивного ланцюга струм не різко виникає, а змінюється поступово. Про це говорять і закони комутації.
Інше визначення індуктивності звучить так: магнітний потік пропорційний току, але в його формулі індуктивність виступає в якості коефіцієнта пропорційності.
Ф = L * I
Трансформатор і взаємоіндукція
Якщо розташувати дві котушки в безпосередній близькості, наприклад, на одному сердечнику, то буде спостерігатися явище взаємоіндукції. Припустимо змінний струм по першій, тоді її змінний потік буде пронизувати витки другої і на її висновках з'явиться ЕРС.
Це ЕРС буде залежати від довжини проводу, відповідно кількості витків, а також від величини магнітної проникності середовища. Якщо їх розташувати просто біля один одного - ЕРС буде низьким, а якщо взяти сердечник з магнітомягкого стали - ЕРС буде значно більше. Власне, так і влаштований трансформатор.
Цікаво: таке взаємний вплив котушок один на одного називають індуктивним зв'язком.
Користь і шкода
Якщо вам зрозуміла теоретична частина, варто розглянути де застосовується явище самоіндукції на практиці. Розглянемо на прикладах того, що ми бачимо в побуті і техніці. Одне з корисних застосувань - це трансформатор, принцип його роботи ми вже розглянули. Зараз зустрічаються все рідше, але раніше щодня використовувалися люмінесцентні трубчасті лампи в світильниках. Принцип їх роботи заснований на явищі самоіндукції. Її схеми ви можете побачити нижче.
Після подачі напруги струм по колу: фаза - дросель - спіраль - стартер - спіраль - нуль.
Або навпаки (фаза і нуль). Після спрацьовування стартера, його контакти розмикаються, тоді дросель (котушка з великою індуктивністю) прагне підтримати струм в тому ж напрямку, наводить ЕРС самоіндукції великий величини і відбувається розпал ламп.
Аналогічно це явище застосовується в ланцюзі запалювання автомобіля або мотоцикла, які працюють на бензині. У них в розрив між котушкою індуктивності і мінусом (масою) встановлюють механічний (переривник) або напівпровідниковий ключ (транзистор в ЕБУ). Цей ключ в момент, коли в циліндрі повинна утворитися іскра для запалювання палива, розриває ланцюг харчування котушки. Тоді енергія, запасені в осерді котушки, викликає зростання ЕРС самоіндукції і напруга на електроді свічки зростає до тих пір, поки не настане пробою іскрового проміжку, або поки не згорить котушка.
У блоках харчування і аудіотехніки часто виникає необхідність прибрати з сигналу зайві пульсації, шуми або частоти. Для цього використовуються фільтри різних конфігурації. Один з варіантів це LC, LR-фільтри. Завдяки перешкоди зростання струму і опору змінного струму, відповідно, можливо добитися поставлених цілей.
Шкода ЕРС самоіндукції приносить контактам вимикачів, рубильників, розеток, автоматів і іншого. Ви могли помітити що, коли витягуєте вилку працюючого пилососа з розетки, дуже часто помітна спалах всередині неї. Це і є опір зміні струму в котушці (обмотці двигуна в даному випадку).
У напівпровідникових ключах справа йде більш критично - навіть невелика індуктивність в ланцюзі може привести до їх пробою, при досягненні пікових значень Uке або Uси. Для їх захисту встановлюють снабберние ланцюга, на яких і розсіюється енергія індуктивних сплесків.
висновок
Підведемо підсумки. Умовами виникнення ЕРС самоіндукції є: наявність індуктивності в ланцюзі і зміна струму в навантаженні. Це може відбуватися як в роботі, при зміні режимів або обурюють впливах, так і при комутації приладів. Це явище може завдати шкоди контактам реле і пускачів, так як призводить до утворення дуги при розмиканні індуктивних ланцюгів, наприклад, електродвигунів. Щоб знизити негативний вплив велика частина комутаційної апаратури оснащується дугогасильними камерами.
В корисних цілях явище ЕРС використовується досить часто, від фільтра для згладжування пульсацій струму і фільтра частот в відеоапаратури, до трансформаторів і високовольтних котушок запалювання в автомобілях.
Наостанок рекомендуємо переглянути корисне відео по темі, на яких коротко і детально розглядається явище самоіндукції:
Сподіваємося, тепер вам стало зрозуміло, що таке самоіндукція, як вона проявляється і де її можна використовувати. Якщо виникли питання, задавайте їх у коментарях під статтею!
Матеріали по темі:
- Властивості і характеристики електричного поля
- Закони Фарадея в хімії та фізики
- Розподіл зарядів у провіднику