ЕДС на самоиндукция във веригата. Какво е ЕМП на самоиндукция

Изобретението се отнася до електротехниката, по-специално до проектирането на индукционни генератори на ток, и може да се използва в електромагнитни инсталации и електрически машини, като двигатели, генератори, трансформатори, по-специално като покачващ трансформатор. Техническият резултат се състои в увеличаване на ЕДС на изхода чрез използване на импулсни напрежения върху вторичната намотка и изпълнение на конструкция на вторичната намотка, която би позволила директно отстраняване на полученото импулсно напрежение от генератора, а в същото време и общата мощност на първичната намотка. и вторични намотки. 6 w.p. f-ly, 2 ил.

Чертежи към патент на RF 2524387

Изобретението се отнася до електротехниката, по-специално до конструкции на импулсни индукционни токови генератори.

Целта на това изобретение е използването на импулсен генератор на ЕМП с самоиндукция за осигуряване на импулсно захранване на различни електромагнитни инсталации и електрически машини, което прави възможно значително разширяване на арсенала от импулсни енергийни източници. Известен от нивото на техниката "индукционен синхронен генератор", заявка RU 9811934 7, публ. 09/10/2000, IPC H02K 21/14, използвайки токовете на статорната намотка, върху чиято котва пулсират токовете, и индуктор (ротор), изработен защитен от магнитно полетокове на намотката на статорната котва. Позволява ви да разширите режимите на работа на генератора. Генераторът обаче съдържа въртящи се части и следователно има всички недостатъци на такива генератори, т.е. проблемите, свързани с превключването на електрическата мощност, не са решени. В предложения дизайн е невъзможно да се получи необходимото високо напрежение.

Известен "Генератор на електрическа енергия", приложение RU 9402533 5, опубл. 06/10/1996, IPC H02K 19/16, съдържащ композитни пръстеновидни намотки със сърцевина, индукционна намотка и възбуждаща намотка. Позволява ви да увеличите производителността на генератора на електрическа енергия, да намалите индуктивното съпротивление на намотката на статора, да намалите цената на механична работапри преобразуване на механичната енергия в електрическа енергия и повишаване на ефективността. Въпреки това, генераторът, поради конструктивните характеристики, не позволява използването на самоиндукционна ЕМП. Генераторът съдържа въртящи се части и следователно има всички недостатъци на такива генератори, т.е. проблемите, свързани с превключването на електрическата мощност, не са решени.

Известен полезен модел"Комбинирана електромагнитна намотка", патент RU 96443, опубл. 27.07.2010 г., IPC H01F 5/00, в който има два или повече проводника с изводи, като проводниците са разделени от диелектрик. Позволява ви да разширите режимите на работа. Въпреки това, и двата проводника се използват като първична намотка, няма вторична намотка с високо напрежение, което не позволява намотката да се използва в трансформатори за високо напрежение, а също така не гарантира отстраняването и използването на индукционна ЕМП от вторичната намотка.

Най-близкото приложение на изобретението е "Индуктивно-статичен метод за генериране на електрическа енергия и устройство за неговото изпълнение", RU 2004124018, опубл. 27.01.2006 г., IPC H01F 1/00, според който има първични и вторични намотки, които образуват индуктор с преход на свободна магнитна енергия в индуктивно зависимо състояние, а ЕМП на индукцията се индуцира и плътността на магнитния поток се получава, пропорционално на увеличението електрическа сила. Позволява използването на вторична намотка с индуктивност, по-малка от степента на уплътняване на магнитния поток, с което се постига пропорционално уплътняване и увеличаване на електрическата мощност на генератора. Методът използва индукционни и в същото време статични методи на генериране. Въпреки това не е предложен дизайн на вторичната намотка на генератора, който позволява директно отстраняване от генератора на полученото импулсно напрежение и самоиндукционен ЕМП ток.

Също така най-близкото решение е класическото електрическа схемаза демонстрационни експерименти електромагнитна индукциякогато веригата е отворена. Тази схема (устройство) е функционално генератор на импулсни ЕМП с самоиндукция. Във връзка с гореизложеното за прототип приемаме инсталацията, показана на чертежа - фиг.424 стр. 231, учебник: Курс по физика, част втора, изд. "Наука", Москва 1970 Автори: Л.С. Жданов, В.А. Мараджан.

Въпреки това, в класическата схема, ядрото на електрическа стоманае конструктивно неспособен да изпълнява две функции в устройството едновременно: електропроводима намотка и класическа, както е на прототип на фиг. 424, магнитна верига, т.е. сърцевината (М) на индукционна намотка. Прототипът не позволява директно отстраняване и използване на самоиндукционната ЕМП, която се появява в сърцевината на класическа индукционна намотка.

Целта на предложеното изобретение е използването на импулсни напрежения и реализирането на конструкцията на вторичната намотка на генератора, която да позволи директно отстраняване от генератора на полученото импулсно напрежение.

Техническият резултат, който осигурява предлаганото техническо решение, е значително разширяване на арсенала от средства за импулсно генериране и преобразуване на електроенергия. Твърдеше технически резултатосигурено поради факта, че самоиндукционният импулсен генератор на ЕМП е структурно проектиран под формата на първични и вторични намотки на еднофазен усилващ трансформатор в стандарт техническо изпълнение(като се има предвид факта, че вторичната намотка е едновременно електрически проводник и магнитна верига, се предлага да се разглежда представеният дизайн като най-простата индукционна намотка със сърцевина, проектирана под формата на спирална намотка с възможност за отстраняване ЕМП на самоиндукция от него) и са оборудвани с два или повече проводника, които са разделени от диелектрик и всеки проводник има клеми. Генераторът се различава по това, че първичната намотка (проводник) с ниско напрежение е направена от спирална лента и има най-малко 2 оборота, навити плътно или с малка междина, завой до завой, лентата за навиване е направена с ширина от 120 до 200 mm и дебелина от 1 до 2 мм; вторичната намотка (проводник) с високо напрежение също е направена от спирална лента, лентата за навиване е изработена от електрическа стомана, покрита с електрическа изолация и има най-малко 100 оборота, навита плътно или с малка междина, завой за завой, лентата е направена с ширина от 120 до 200 mm и дебелина не повече от 0,1 mm. Първичната намотка е електрически свързана към акумулаторната батерия с ниско напрежение чрез превключвател, за да образува затворена електрическа верига, където вторичната намотка е едновременно електропроводима намотка и магнитна верига. В този случай завоите на първичната намотка са разположени извън завоите на вторичната намотка по такъв начин, че и двете намотки образуват повишаващ трансформатор, в който вторичната намотка е индукционна намотка на трансформатор с високо напрежение, осигуряваща електрическо проводимост, дължаща се на електрическата стоманена лента, изолирана с външен слой изолация и в същото време изпълнява основната функция за първичната намотка, ЕМП се отстранява с помощта на проводници, електрически свързани към краищата на лентата за вторична намотка, и се получава поради периодичната работа на ключа на прекъсвача и поради честотата на работа на ключа на прекъсвача, изчисленото импулсно напрежение и ток, възникващи във вторичната намотка, се осигуряват по формулата

където - където L е индуктивността на веригата или коефициентът на пропорционалност между скоростта на промяна на силата на тока във веригата и получената ЕМП на самоиндукция,

- скоростта на промяна на силата на тока в електрическата верига

В определени случаи първичната намотка може да бъде направена от меден или алуминиев проводник, може да има 3 или повече завоя, броят на завоите е ограничен от съотношението на трансформатора: съотношението на броя на завоите на вторичната намотка към броя на завои на първичната намотка, която определя коефициента на трансформация, т.е. колко напрежение във вторичната намотка е по-голямо, отколкото в първичната. Например, акумулаторна батерияниско напрежение може да бъде оценено на 12-24 волта и е източник постоянен ток. По-специално, периодичната работа на ключа на прекъсвача се извършва с индустриална честота на променлив ток от 50 Hz. В този случай честотите могат да бъдат всякакви технически възможни за изпълнение, но 50 Hz е по-добре, тъй като е по-лесно да ги преобразувате или консумирате с помощта на наличните стандартни преобразуватели или електрически уреди. Изчислената ЕМП на самоиндукция във вторичната намотка се осигурява по-специално от геометрията на веригата и магнитни свойствасърцевина за първичната намотка. Така може да се направи с контурна форма, която е направена кръгла с диаметър 150 mm или повече, което зависи от коефициента на трансформация, който определя диаметъра на вторичната намотка, в зависимост от дебелината на използваната електрическа стомана, или кръгла форма на спирала. Тъй като вторичната намотка е намотка с високо напрежение и е изработена от електрическа стомана, това означава, че нейните магнитни свойства се определят от самия материал (т.е. действителните магнитни свойства на електрическата стомана).

Изобретението в най-обобщен вид е илюстрирано на чертежите. специфични дизайнне се ограничава до изпълненията, показани на чертежите.

Фигура 1 показва разположението на първичната и вторичната намотка и батерия с ключов прекъсвач.

Фигура 2 показва раздел A-Aпо свързаните вторични и първични намотки.

Това техническо решение е илюстрирано с чертеж, който не обхваща всички възможни варианти за проектиране на представената схема на свързване.

Устройството на импулсния генератор на ЕМП на самоиндукция е показано на фигура 1 и фигура 2 (в разрез) и това устройство е конструктивно направено под формата на еднофазен усилващ трансформатор (и също така конструктивно е най-простата индукция намотка), която се състои от първична (1) спирална лентова намотка (меден или алуминиев проводник), 2-3 навивки с дебелина 1-2 мм, ширина 120 мм, свързана към батерия с ниско напрежение (2) 12-24 V - a източник на постоянен ток през прекъсвач (3), образуващ затворена електрическа верига.

Вторичната високоволтова спирална лентова намотка (4) от електрическа стомана, покрита с електрическа изолация, има брой навивки от 100 или повече, дебелината на лентата е 0,1 mm, ширината е 120 mm.

Вторичната намотка (4), изработена от електрическа стомана, изпълнява едновременно две функции в конструкцията: електропроводима намотка и магнитна верига.

Като електрически проводник вторичната намотка (4) е индукционната намотка с високо напрежение на повишаващия трансформатор.

Като магнитна верига вторичната намотка (4) е ядрото за първичната намотка (2) на класическа индукционна намотка.

Първичната (1) и вторичната (4) намотки на еднофазен усилващ трансформатор и са оборудвани с два или повече проводника (5), проводниците на вторичната намотка имат извод (6) - т.е. ЕМП се отстранява с помощта на проводници (5, 6), електрически свързани към краищата на лентата за вторична намотка, и се получава благодарение на периодичната работа на прекъсвача (3). Освен това токовете, възникващи във вторичната намотка, се изчисляват по формулата

където L е индуктивността на веригата или коефициентът на пропорционалност между скоростта на промяна на силата на тока във веригата на първичната намотка (1) и получената ЕМП на самоиндукция във вторичната намотка (2),

- скоростта на промяна в силата на тока в електрическата верига на първичната намотка (1) поради прекъсвача (3).

Периодичната работа на прекъсвача (3) се извършва с индустриална честота на променлив ток 50 Hz. Изчислената ЕДС на самоиндукция във вторичната намотка (4) се осигурява от геометрията на веригата на вторичната намотка (4) и магнитните свойства на сърцевината (4) за първичната намотка (1).

Формата на веригата, получена от първичната (1) и вторичната (4) намотка, в представената версия, е направена с кръгъл диаметър от 150 mm или повече.

Устройството работи по следния начин.

Когато ключът (3) затвори електрическата верига на първичната намотка (1), възниква магнитно поле, чиято енергия се съхранява в магнитното поле на вторичната намотка (4).

Отварянето на ключа (3) на веригата на първичната намотка (1) образува намаляващ ток, който според правилото на Ленц се стреми да поддържа ЕДС на индуцираната индукция на вторичната намотка (4).

В резултат на това енергията, съхранявана в магнитното поле на вторичната намотка (4), се преобразува в допълнителна енергия на тока на самоиндукция на първичната намотка (1), която захранва електрическата верига на вторичната намотка (4).

В зависимост от количеството магнитна енергия, съхранявана във веригата на вторичната намотка (4), мощността на тока на самоиндукция може да бъде различна и се определя по добре познатата формула:

По този начин с това изобретение се постига техническият резултат, който се състои във факта, че дизайнът, материалът и двойната функционалност на вторичната намотка на устройството ви позволяват да премахнете и ефективно да използвате получената самоиндукционна ЕМП.

Индустриална приложимост на предложеното техническо решениепотвърдено Общи правилафизика. И така, ефектът от самоиндукцията е описан в учебника (Л. С. Жданов, В. А. Маранджян, курс по физика за средни специални институции, част 2 електричество, изд. Трето, стереотипно, основно издание на физико-математическата литература, М., 1970, стр. 231,232,233). Самоиндукцията възниква, когато веригата се отвори, тя е право пропорционална на скоростта на промяна в силата на тока в електрическата верига. AT традиционни схемиявлението самоиндукция винаги е придружено от появата на искра, която възниква в точката на прекъсване на веригата. Тъй като в предложения проект няма прекъсване на електрическата верига във вторичната намотка (4) поради нейната конструкция, в зависимост от количеството магнитна енергия, съхранявана в тази верига, прекъсващият ток не искра, а преминава в генерираната мощност . По този начин, при проектирането на вторичната намотка (4), когато DC веригата в първичната намотка (1) е отворена, енергията, съхранявана в магнитното поле на тази верига, се преобразува в енергията на тока на самоиндукция в верига на вторичната намотка (4).

Тъй като електродвижещата сила (EMF) е количеството равно на работавъншни сили, в нашия случай това е променящото се магнитно поле на първичната намотка (1), отнесено към единица положителен заряд, това е ЕМП, действащо във веригата или в нейната секция, в нашия случай това е вторичната намотка (4). Външните сили могат да се характеризират с работата, която извършват върху зарядите, движещи се по веригата, а размерът на ЕМП съвпада с размерността на потенциала и се измерва в същите единици. Следователно векторната величина E се нарича още сила на полето на външните сили. Полето на външни сили в нашия случай възниква поради променливото магнитно поле в първичната намотка (1). По този начин ЕМП, действаща в затворена верига, може да се определи като циркулацията на вектора на напрегнатост на полето на външни сили, т.е. външни сили, възникващи в първичната намотка (1) поради прекъсване на електрическото поле от прекъсвача (3). Това правило гарантира възникването на индукционна ЕДС във вторичната намотка (4). Това физическо явление е описано в учебника (I.V. Savelyev, Курс по физика, том 2, електричество, стр. 84,85, изд. Втори стереотип, изд. Наука, основно издание на физико-математическата литература, М., 1966 г.) .

В допълнение към външните сили върху заряда действат сили електростатично поле, които възникват директно във вторичната намотка (4).

Устройството също така използва феномена на електромагнитната индукция, описан в (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, учебник, физика, за да помогне на кандидатите в университета, изд. M., висше училище, 1989).

По този начин конструкцията на генератора, използван в предложеното изобретение като устройство, дава възможност за ефективно генериране, отстраняване и използване на ЕМП на самоиндукция. Така устройството може да бъде направено индустриален начини да бъде представен като обещаващ ефективен генератор на импулсни ЕМП с самоиндукция, който позволява разширяване на арсенала технически средстваза генериране на импулси и преобразуване на електричество.

ИСК

1. Импулсен самоиндукционен EMF генератор, проектиран като еднофазен усилващ трансформатор, състоящ се от първични и вторични намотки и оборудван с два или повече проводника, които са разделени от диелектрик, и проводникът има изводи, характеризиращи се с това, че първичната намотка с ниско напрежение е направена от спирална лента и има най-малко два завоя, навити плътно или на малко разстояние един от друг, лентата за навиване е направена с ширина 120-200 mm и дебелина 1-2 mm; вторичната намотка с високо напрежение също е направена от спирална лента, лентата за навиване е изработена от електрическа стомана, покрита с електрическа изолация, има най-малко 100 оборота, навити плътно или на малко разстояние един от друг, лентата е направена с ширина 120-200 mm и с дебелина не повече от 0, 1 mm, първичната намотка е електрически свързана към батерията с ниско напрежение чрез прекъсвач, за да образува затворена електрическа верига, а вторичната намотка е едновременно електропроводима намотка и магнитна верига, докато завоите на първичната намотка са разположени извън завоите на вторичната намотка по такъв начин, че и двете намотки образуват покачващ трансформатор, в който вторичната намотка е индукционна намотка на повишаващ трансформатор, осигуряваща електрическа проводимост поради електрическа стоманена лента, изолирана с външен слой изолация, и в същото време действа като ядро ​​за първичната намотка, ЕДС се отстранява с помощта на проводници , електрически свързани към краищата на лентата за вторична намотка, и се получават поради периодичната работа на прекъсвача.

2. Самоиндукция на импулсен генератор на ЕДС съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че първичната намотка е направена от меден или алуминиев проводник.

3. Самоиндукция на импулсен генератор на ЕДС съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че първичната намотка има три намотки.

4. Самоиндукция на импулсен генератор на ЕДС съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че батерията с ниско напрежение е проектирана за 12-24 волта и е източник на постоянен ток.

5. Самоиндукция на импулсен генератор на ЕДС съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че периодичната работа на прекъсвача се извършва с индустриална честота на променлив ток 50 Hz.

6. Самоиндукционен импулсен генератор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че изчислената ЕДС на самоиндукция се осигурява от геометрията на веригата и магнитните свойства на сърцевината за първичната намотка.

7. Самоиндукция на импулсния генератор на ЕДС съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че формата на веригата е направена кръгла с диаметър 150 mm или повече.

самоиндукция

Всеки проводник, през който протича електрически ток, е в собствено магнитно поле.

При промяна на силата на тока в проводника се променя m.полето, т.е. магнитният поток, създаден от този ток, се променя. Промяната в магнитния поток води до появата на вихрово електрическо поле и във веригата се появява индукционна ЕМП.

Това явление се нарича самоиндукция.

Самоиндукция - явлението на възникване на индукционна ЕМП в електрическа верига в резултат на промяна в силата на тока.
Получената ЕДС се нарича ЕДС на самоиндукция.

Проява на явлението самоиндукция

Затваряне на веригата

Когато електрическата верига е затворена, токът се увеличава, което води до увеличаване на магнитния поток в намотката, възниква вихрово електрическо поле, насочено срещу тока, т.е. в намотката възниква самоиндукционна ЕМП, която предотвратява тока от увеличаване във веригата (вихровото поле забавя електроните).
В резултат на това L1 светва по-късно от L2.

Отворена верига

При отваряне на електрическата верига токът намалява, има намаляване на m.потока в бобината, появява се вихрово електрическо поле, насочено като ток (стремящо се да поддържа същата сила на тока), т.е. В бобината се появява самоиндуктивна ЕДС, която поддържа тока във веригата.
В резултат на това L мига ярко, когато е изключен.

В електротехниката феноменът на самоиндукция се проявява, когато веригата е затворена ( електричествонараства постепенно) и при отваряне на веригата (електрическият ток не изчезва веднага).

ИНДУКТАЦИЯ

От какво зависи ЕМП на самоиндукция?

Електрическият ток създава свое собствено магнитно поле. Магнитният поток през веригата е пропорционален на индукцията на магнитното поле (Ф ~ B), индукцията е пропорционална на силата на тока в проводника
(B ~ I), следователно магнитният поток е пропорционален на силата на тока (Ф ~ I).
ЕМП на самоиндукция зависи от скоростта на изменение на силата на тока в електрическата верига, от свойствата на проводника (размер и форма) и от относителната магнитна проницаемост на средата, в която се намира проводникът.
Физическа величина, показваща зависимостта на ЕМП на самоиндукция от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, се нарича коефициент на самоиндукция или индуктивност.

Индуктивност - физическа величина, числено равно на EMFсамоиндукция, която възниква във веригата, когато токът се промени с 1 ампер за 1 секунда.
Също така, индуктивността може да се изчисли по формулата:

където F е магнитният поток през веригата, I е силата на тока във веригата.

SI единици за индуктивност:

Индуктивността на бобината зависи от:
броят на завоите, размера и формата на намотката и относителната магнитна проницаемост на средата (възможна е сърцевина).

ЕМП на САМОИНДУКЦИЯ

ЕМП на самоиндукция предотвратява увеличаването на силата на тока, когато веригата е включена и намаляването на силата на тока, когато веригата е отворена.

ЕНЕРГИЯ НА МАГНИТНОТО ПОЛЕ НА ТОКА

Около проводник с ток има магнитно поле, което има енергия.
От къде идва? Източникът на ток, включен в електрическата верига, има енергиен резерв.
В момента на затваряне на електрическата верига източникът на ток изразходва част от енергията си за преодоляване на действието на възникващата ЕМП на самоиндукция. Тази част от енергията, наречена собствена енергия на тока, отива за образуването на магнитно поле.

Енергията на магнитното поле е равна на собствената енергия на тока.
Собствената енергия на тока е числено равна на работата, която източникът на ток трябва да извърши, за да преодолее ЕМП на самоиндукция, за да създаде ток във веригата.

Енергията на магнитното поле, създадено от тока, е право пропорционална на квадрата на силата на тока.
Къде изчезва енергията на магнитното поле след спиране на тока? - изпъква (когато се отвори верига с достатъчно голям ток, може да възникне искра или дъга)

ВЪПРОСИ ЗА ПРОВЕРКАВАЩАТА РАБОТА

на тема "Електромагнитна индукция"

1. Избройте 6 начина за получаване на индукционен ток.
2. Явлението електромагнитна индукция (определение).
3. Правилото на Ленц.
4. Магнитен поток (определение, чертеж, формула, входящи величини, техните мерни единици).
5. Закон за електромагнитната индукция (определение, формула).
6. Свойства на вихровото електрическо поле.
7. ЕМП на индукция на проводник, движещ се в еднородно магнитно поле (причина за появата, чертеж, формула, входни стойности, техните мерни единици).
8. Самоиндукция (кратко проявление в електротехниката, определение).
9. ЕМП на самоиндукция (нейното действие и формула).
10. Индуктивност (определение, формули, мерни единици).
11. Енергията на магнитното поле на тока (формулата откъдето се появява енергията на м. полето на тока, където изчезва при спиране на тока).

Е. д. с. самоиндукция.Е. д. с. e L, индукция в проводник или намотка в резултат на промяна в магнитния поток, създаден от тока, преминаващ през същия проводник или намотка, се нарича e. д.с. самоиндукция (фиг. 60). Това д. д.с. възниква при всяка промяна в тока, например при затваряне и отваряне на електрически вериги, при промяна на натоварването на електродвигателите и т.н. Колкото по-бързо се променя токът в проводник или бобина, толкова по-голяма е скоростта на промяна на проникващия в тях магнитен поток и по-голямата e. д.с. в тях се предизвиква самоиндукция. Например, напр. д.с. самоиндукция e L възниква в проводника AB (виж фиг. 54), когато протичащият през него ток i 1 се промени. Следователно променящото се магнитно поле индуцира e. д.с. в същия проводник, в който се променя токът, който създава това поле.

Посока д. д.с. самоиндукцията се определя от правилото на Ленц. Е. д. с. самоиндукцията винаги има такава посока, в която предотвратява промяна в тока, който я е причинил.Следователно, с увеличаване на тока в проводника (бобината), e. д.с. самоиндукцията ще бъде насочена срещу тока, тоест ще предотврати увеличаването му (фиг. 61, а), и обратно, когато токът намалее в проводника (бобината), напр. д.с. самоиндукция, съвпадаща по посока с тока, т.е. предотвратявайки намаляването му (фиг. 61, б). Ако токът в намотката не се промени, то напр. д.с. не настъпва самоиндукция.

От горното правило за определяне на посоката e. д.с. самоиндукция следва, че това e. д.с. има спирачен ефект върху промяната на тока в електрическите вериги. В това отношение действието му е подобно на действието на силата на инерцията, която предотвратява промяна в положението на тялото. В електрическа верига (фиг. 62, а), състояща се от резистор със съпротивление R и намотка K, ток i се създава от комбинираното действие на напрежението на източника U и e. д.с. самоиндукция e L, индуцирана в намотката. При свързване на разглежданата верига към източника на e. д.с. самоиндукция e L (виж плътна стрелка) инхибира увеличаването на силата на тока. Следователно токът i достига постоянна стойност I = U / R (според закона на Ом) не мигновено, а за определен период от време (фиг. 62, б). През това време в електрическата верига възниква преходен процес, по време на който e L и i се променят. Точно

също така, когато електрическата верига е изключена, токът i не намалява моментално до нула, а поради действието на e. д.с. e L (виж пунктираната стрелка) постепенно намалява.

Индуктивност.Способността на различни проводници (намотки) да индуцират e. д.с. самоиндукцията се оценява от индуктивността L. Показва коя e. д.с. самоиндукция възниква в даден проводник (намотка), когато токът се промени с 1 A за 1 s. Индуктивността се измерва в Хенри (H), 1 H = 1 Ohm*s. На практика индуктивността често се измерва в хилядни от хенри - милихенри (mH) и в милионни от хенри - микрохенри (µH).

Зависи ли индуктивността на бобината от броя на завоите на бобината? и магнитно съпротивление R m на неговата магнитна верига, т.е. от неговата магнитна проницаемост? и геометрични размери l и s. Ако в бобината се вкара стоманена сърцевина, нейната индуктивност се увеличава рязко поради усилването на магнитното поле на бобината. В този случай ток от 1 A ​​създава много по-голям магнитен поток, отколкото в намотка без ядро.

Използвайки концепцията за индуктивност L, може да се получи за e. д.с. самоиндукция по следната формула:

e L = – L ?i / ?t (53)

Къде? i е промяната на тока в проводника (бобината) за определен период от време? t.

следователно, д. д.с. самоиндукцията е пропорционална на скоростта на промяна на тока.

Включване и изключване на DC вериги с индуктор.Когато е свързан към източник на постоянен ток с напрежение U на електрическа верига, съдържаща R и L, с превключвател B1 (фиг. 63, а), токът i се увеличава до постоянна стойност, която задавам \u003d U / R не мигновено, тъй като д. д.с. самоиндукция e L , възникваща в индуктивността, действа срещу приложеното напрежение V и предотвратява нарастването на тока. За разглеждания процес е характерно постепенно изменение на тока i (фиг. 63, б) и напреженията u a и u L по кривите - изложители.Промяната на i, u a и u L по посочените криви се нарича апериодичен.

Скоростта на нарастване на силата на тока във веригата и промяната в напреженията u a и u L се характеризират с времеконстанта на веригата

T=L/R (54)

Измерва се в секунди, зависи само от параметрите R и L на дадена верига и ви позволява да прецените продължителността на текущия процес на промяна без графика. Тази продължителност е теоретично безкрайна. На практика обикновено се счита, че е (3-4) T. През това време токът във веригата достига 95-98% от стабилната стойност. Следователно, колкото по-голямо е съпротивлението и по-ниска е индуктивността L, толкова по-бърз е процесът на промяна на тока в електрическите вериги с индуктивност. Времевата константа T в апериодичен процес може да бъде дефинирана като отсечка AB, отрязана от допирателна, изтеглена от началото към въпросната крива (например ток i) на линията, съответстваща на постоянната стойност на тази величина.
Свойството на индуктивността да забавя процеса на промяна на тока се използва за създаване на времеви закъснения при задействане на различни устройства (например при управление на работата на пясъчниците за периодично подаване на порции пясък под колелата на локомотив). Работата на електромагнитното реле за време също се основава на използването на това явление (виж § 94).

Превключващи пренапрежения. E е особено силен. д.с. самоиндукция при отваряне на вериги, съдържащи намотки с Голям бройзавои и със стоманени ядра (например намотки на генератори, електродвигатели, трансформатори и др.), т.е. вериги с висока индуктивност. В този случай получената e. д.с. самоиндукция e L може многократно да надвиши напрежението U на източника и, сумирайки с него, да причини пренапрежения в електрическите вериги (фиг. 64, а), т.нар. превключване(възниква кога превключване- превключване на електрически вериги). Те са опасни за намотките на електродвигатели, генератори и трансформатори, тъй като могат да причинят разрушаване на изолацията им.

Голямо е. д.с. самоиндукцията също допринася за появата на електрическа искра или дъга в електрически устройства, които превключват електрически вериги. Например, в момента на отваряне на контактите на ножовия превключвател (фиг. 64, b), полученото e. д.с. самоиндукцията значително увеличава потенциалната разлика между отворените контакти на превключвателя и пробива въздушната междина. Получената електрическа дъгаподдържан в, за известно време e. д.с. самоиндукция, което по този начин забавя процеса на изключване на тока във веригата. Това явление е крайно нежелателно, тъй като дъгата разтапя контактите на разединителните устройства, което води до бързата им повреда. Следователно във всички устройства, използвани за отваряне на електрически вериги, са предвидени специални устройства за гасене на дъга, за да се осигури ускоряване на угасването на дъгата.

Освен това, в силови вериги със значителна индуктивност (например възбуждащи намотки на генератори), успоредно R-L вериги(т.е. съответната намотка) включват разряден резистор R p (фиг. 65, а). В този случай, след изключване на ключа B1, веригата R-L не се прекъсва, а се затваря към резистора R p. Токът във веригата i не намалява мигновено, а постепенно - експоненциално (фиг. 65.6), тъй като e. д.с. самоиндукция e L , възникваща в индуктивността L, предотвратява намаляването на тока. Напрежението u p през разрядния резистор също се променя експоненциално по време на процеса на промяна на тока. То е равно на напрежението, приложено към веригата R-L, тоест към клемите на съответния

текуща намотка. В началния момент U p start = UR p / R, т.е. зависи от съпротивлението на разрядния резистор; при високи стойности на Rp, това напрежение може да бъде прекалено високо и опасно за изолация електрическа инсталация. На практика, за ограничаване на получените пренапрежения, съпротивлението R p на разрядния резистор се взема не повече от 4-8 пъти съпротивлението R на съответната намотка.

Условия за възникване на преходни процеси.Обсъдените по-горе процеси при включване и изключване на R-L веригата се наричат преходни процеси. Те възникват при включване и изключване на източника или отделни участъци от веригата, както и при промяна на режима на работа, например при внезапна промяна в натоварването, прекъсвания и къси съединения. Същите преходни процеси протичат, когато определени условияи във вериги, съдържащи кондензатори с капацитет C. В някои случаи преходните процеси са опасни за източниците и приемниците, тъй като получените токове и напрежения могат да бъдат многократно по-високи от номинални стойностиза които са предназначени тези устройства. Въпреки това, в някои елементи на електрическото оборудване, по-специално в индустриалните електронни устройства, преходните процеси са режими на работа.

Физически възникването на преходни процеси се обяснява с факта, че индукторите и кондензаторите са устройства за съхранение на енергия и процесът на натрупване и освобождаване на енергия в тези елементи не може да се случи незабавно, следователно токът в индуктора и напрежението през кондензатора не може да се промени моментално. Времето на преходния процес, през което при включване, изключване и промяна на режима на работа на веригата настъпва постепенно изменение на тока и напрежението, се определя от стойностите на R, L и C на веригата и могат да бъдат дроби и единици от секунди. След края на преходния процес токът и напрежението придобиват нови стойности, които се наричат установено.

Електромагнитна индукция - генериране на електрически ток от магнитни полета, които се променят с течение на времето. Откриването на това явление от Фарадей и Хенри въведе известна симетрия в света на електромагнетизма. Максуел в една теория успява да събере знания за електричеството и магнетизма. Неговото изследване предсказва съществуването електромагнитни вълнипреди експериментални наблюдения. Hertz доказа тяхното съществуване и отвори ерата на телекомуникациите за човечеството.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w

Експериментите на Фарадей

Законите на Фарадей и Ленц

Електрическите токове създават магнитни ефекти. Възможно ли е магнитно поле да генерира електрическо? Фарадей открива, че желаните ефекти възникват поради промените в магнитното поле с течение на времето.

Когато проводник е пресечен от променлива магнитен поток, в него се индуцира електродвижеща сила, предизвикваща електрически ток. Системата, която генерира ток, може да бъде постоянен магнит или електромагнит.

Феноменът на електромагнитната индукция се управлява от два закона: на Фарадей и на Ленц.

Законът на Ленц ви позволява да характеризирате електродвижещата сила по отношение на нейната посока.

Важно!Посоката на индуцираната ЕДС е такава, че токът, който причинява, има тенденция да се противопостави на причината, която го създава.

Фарадей забеляза, че интензитетът на индуцирания ток се увеличава, когато числото се променя по-бързо. линии на сила, пресичайки контура. С други думи, ЕМП на електромагнитната индукция е в пряка зависимост от скоростта на движещия се магнитен поток.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w

EMF индукция

Формулата за индукционна ЕДС се дефинира като:

E \u003d - dF / dt.

Знакът "-" показва как полярността на индуцираната ЕДС е свързана със знака на потока и променящата се скорост.

Получава се обща формулировка на закона за електромагнитната индукция, от която могат да се изведат изрази за конкретни случаи.

Движението на проводник в магнитно поле

Когато проводник с дължина l се движи в магнитно поле с индукция B, вътре в него ще се индуцира ЕМП, пропорционална на линейната му скорост v. За изчисляване на EMF се използва формулата:

• в случай на движение на проводника перпендикулярно на посоката на магнитното поле:

E \u003d - B x l x v;

• в случай на движение под различен ъгъл α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

Индуцираната ЕДС и ток ще бъдат насочени в посоката, която намираме с помощта на правилото дясна ръка: Като поставите ръката си перпендикулярно на линиите на магнитното поле и насочите палеца си в посоката на движение на проводника, можете да разберете посоката на ЕМП чрез останалите четири изпънати пръста.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Преместете проводника в MP" width="600" height="429">!}

Преместване на проводник в MP

Въртяща се намотка

Работата на генератора на електрическа енергия се основава на въртенето на веригата в MP, която има N завъртания.

ЕМП се индуцира в електрическата верига всеки път, когато магнитният поток я пресича, в съответствие с дефиницията на магнитния поток Ф = B x S x cos α (магнитната индукция, умножена по повърхността, през която преминава MP, и косинуса на ъгъл, образуван от вектора B и перпендикулярната права на равнината S).

От формулата следва, че F подлежи на промени в следните случаи:

• интензитетът на MF се променя - вектор B;
• площта, ограничена от контура, варира;
• ориентацията между тях, дадена от ъгъла, се променя.

В първите експерименти на Фарадей, индуцирани токове са получени чрез промяна на магнитното поле B. Възможно е обаче да се индуцира ЕМП без преместване на магнита или промяна на тока, а просто чрез завъртане на бобината около оста си в магнитното поле. В този случай магнитният поток се променя поради промяна на ъгъла α. Бобината, по време на въртене, пресича линиите на MP, възниква ЕДС.

Ако бобината се върти равномерно, тази периодична промяна води до периодична промяна в магнитния поток. Или броят на MF линии на сила, пресичани всяка секунда, приема равни стойности с равни интервали от време.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w

Завъртане на контура в MP

Важно!Индуцираната ЕДС се променя с ориентацията във времето от положителна към отрицателна и обратно. Графичното представяне на ЕМП е синусоидална линия.

За формулата за ЕМП на електромагнитната индукция се използва изразът:

E \u003d B x ω x S x N x sin ωt, където:

• S е площта, ограничена от един завой или рамка;
• N е броят на завоите;
• ω е ъгловата скорост, с която бобината се върти;
• B – MF индукция;
• ъгъл α = ωt.

На практика при алтернаторите често бобината остава неподвижна (статор) и електромагнитът се върти около нея (ротор).

ЕМП самоиндукция

При преминаване през бобината променлив ток, той генерира променливо магнитно поле, което има променящ се магнитен поток, който индуцира ЕМП. Този ефект се нарича самоиндукция.

Тъй като MP е пропорционален на интензитета на тока, тогава:

където L е индуктивността (H), определена от геометрични величини: броят на завоите на единица дължина и размерите на тяхното напречно сечение.

За индукционната ЕДС формулата приема формата:

E \u003d - L x dI / dt.

Взаимна индукция

Ако две намотки са разположени една до друга, тогава в тях се индуцира ЕМП на взаимна индукция, в зависимост от геометрията на двете вериги и тяхната ориентация една спрямо друга. Когато се увеличи разделянето на веригите, взаимната индуктивност намалява, тъй като магнитният поток, свързващ ги, намалява.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w

Взаимна индукция

Нека има две намотки. През проводника на една намотка с N1 навивки тече ток I1, създавайки MF, преминаващ през намотката с N2 завои. Тогава:

1. Взаимна индуктивност на втората намотка спрямо първата:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Магнитен поток:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Намерете индуцираната ЕДС:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. ЕМП се индуцира идентично в първата намотка:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Важно!Електродвижещата сила, причинена от взаимната индуктивност в една намотка, винаги е пропорционална на промяната в електрическия ток в другата.

Взаимната индуктивност може да се счита за равна на:

M12 = M21 = M.

Съответно E1 = - M x dI2/dt и E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

където K е коефициентът на свързване между две индуктивности.

Феноменът на взаимна индуктивност се използва в трансформатори - електрически устройства, които ви позволяват да променяте стойността на напрежението на променлив електрически ток. Устройството се състои от две намотки, навити около едно ядро. Токът, присъстващ в първата, създава променящо се магнитно поле в магнитната верига и електрически ток в другата намотка. Ако броят на завоите на първата намотка е по-малък от другия, напрежението се увеличава и обратно.

Терминът индукция в електротехниката означава възникване на ток в електрическа затворена верига, ако тя е в променящо се състояние.Тя е открита едва преди двеста години от Майкъл Фарадей. Много по-рано това би могло да бъде направено от Андре Ампер, който провежда подобни експерименти. Той пъхна метална пръчка в намотката и след това, лош късмет, отиде в друга стая да погледне стрелката на галванометъра - и изведнъж тя щеше да се размести. И стрелата редовно си вършеше работата - отклоняваше се, но докато Ампер обикаляше из стаите - се връщаше на нула. Ето как феноменът самоиндукция изчака още десет години, докато бобината, устройството и изследователят са едновременно на правилното място.

Основната точка на този експеримент беше, че индукционната емф се появява само когато магнитното поле, преминаващо през затворената верига, се промени. Но можете да го промените както искате - или променете стойността на самото магнитно поле, или просто преместете източника на полето спрямо същия затворен цикъл. ЕДС, която възниква в този случай, се нарича „ЕДС на взаимна индукция“. Но това беше само началото на откритията в областта на индукцията. Още по-изненадващо беше явлението самоиндукция, което той открива приблизително по същото време. В неговите експерименти е установено, че бобината не само индуцира ток в друга намотка, но и когато токът в тази намотка се промени, тя индуцира допълнително ЕМП в нея. Така се нарича ЕМП на самоиндукция. Голям интерес представлява посоката на течението. Оказа се, че в случай на EMF на самоиндукция, неговият ток е насочен срещу неговия „родител“ - тока, дължащ се на главния EMF.

Възможно ли е да се наблюдава феноменът на самоиндукция? Както се казва, нищо не е по-лесно. Ще сглобим първите две - последователно свързан индуктор и електрическа крушка, а вторият - само електрическа крушка. Свържете ги към батерията чрез общ ключ. Когато се включи, можете да видите, че светлината във веригата с намотката светва „неохотно“, а втората светлина, по-бързо „за да се издигне“, се включва незабавно. Какво се случва? И в двете вериги, след включване, токът започва да тече и той се променя от нула до максимума, а само промяната в тока, която чака бобината на индуктора, генерира ЕМП на самоиндукция. Има EMF и затворена верига, което означава, че има и неговия ток, но той е насочен срещу основния ток на веригата, който в крайна сметка ще достигне максималната стойност, определена от параметрите на веригата и спре да расте и тъй като няма промяна в тока, няма самоиндукция ЕМП. Всичко е просто. Подобна картина, но с „точно обратното“, се наблюдава при изключване на тока. Верен на нея лош навик” за да противодейства на всяка промяна в тока, самоиндукционната ЕМП поддържа своя поток във веригата след изключване на захранването.

Веднага възникна въпросът - какво е явлението самоиндукция? Установено е, че ЕМП на самоиндукция се влияе от скоростта на промяна на тока в проводника и можем да запишем:

От това се вижда, че ЕМП на самоиндукция E е право пропорционална на скоростта на изменение на тока dI / dt и коефициента на пропорционалност L, наречен индуктивност. За приноса си към изучаването на въпроса от какво се състои феноменът на самоиндукция, Джордж Хенри беше възнаграден с факта, че единицата за индуктивност, Хенри (H), носи неговото име. Именно индуктивността на веригата на токовия поток определя феномена на самоиндукция. Може да си представим, че индуктивността е вид „съхранение“ на магнитна енергия. Ако токът във веригата се увеличи Електрическа енергиясе превръща в магнитна, забавя нарастването на тока, а когато токът намалява, магнитната енергия на бобината се превръща в електрическа енергия и поддържа тока във веригата.

Вероятно всеки трябваше да види искра, когато щепселът беше изключен от контакта - това е най-често срещаният вариант на проява на самоиндукция ЕМП в реален живот. Но в ежедневието се отварят токове от максимум 10-20 A, а времето за отваряне е около 20 ms. С индуктивност от порядъка на 1 H, ЕДС на самоиндукция в този случай ще бъде равна на 500 V. Изглежда, че въпросът от какво се състои феноменът на самоиндукция не е толкова сложен. Но всъщност ЕМП на самоиндукция е голям технически проблем. Изводът е, че при прекъсване на веригата, когато контактите вече са се разпръснали, самоиндукцията поддържа потока на тока и това води до изгаряне на контактите, т.к. в технологията се превключват вериги с токове от стотици и дори хиляди ампера. Тук често говорим сиза ЕМП на самоиндукция в десетки хиляди волта, а това изисква допълнително решениетехнически проблеми, свързани с пренапрежения в електрически вериги.

Но не всичко е толкова мрачно. Случва се това вредно ЕМП да е много полезно, например в системите за запалване на ICE. Такава система се състои от индуктор под формата на автотрансформатор и чопър. През първичната намотка преминава ток, който се изключва от прекъсвач. В резултат на отворена верига възниква EMF на самоиндукция от стотици волта (докато батерията дава само 12V). Освен това това напрежение се трансформира допълнително и към свещите се подава импулс от повече от 10 kV.