Emf samoindukcije u strujnom krugu. Što je EMF samoindukcije

Izum se odnosi na elektrotehniku, posebice na konstrukcije indukcijskih strujnih generatora, a može se koristiti u elektromagnetskim instalacijama i električnim strojevima, kao što su motori, generatori, transformatori, posebno kao pojačani transformator. Tehnički rezultat sastoji se u povećanju emf na izlazu korištenjem impulsnih napona na sekundarnom namotu i implementacijom sekundarnog namota koji bi omogućio izravno uklanjanje rezultirajućeg impulsnog napona iz generatora, a ujedno i ukupne snage primarnog namota. i sekundarni namoti. 6 w.p. f-ly, 2 ill.

Crteži prema RF patentu 2524387

Izum se odnosi na elektrotehniku, posebno na konstrukcije generatora impulsne indukcijske struje.

Svrha ovog izuma je korištenje impulsnog samoindukcijskog EMF generatora za opskrbu impulsnim napajanjem raznih elektromagnetskih instalacija i električnih strojeva, što omogućuje značajno proširenje arsenala impulsnih izvora energije. Poznato stanje tehnike "Indukcijski sinkroni generator", prijava RU 9811934 7, publ. 09/10/2000, IPC H02K 21/14, korištenjem struja namota statora, na čijoj armaturi pulsiraju struje, i induktora (rotora), izrađenog zaštićenom od magnetsko polje struje namota armature statora. Omogućuje proširenje načina rada generatora. Međutim, generator sadrži rotirajuće dijelove, pa stoga ima sve nedostatke takvih generatora, tj. problemi povezani s prebacivanjem električne energije nisu riješeni. U predloženom dizajnu nemoguće je dobiti potreban visoki napon.

Poznati "Generator električne energije", prijava RU 9402533 5, publ. 06/10/1996, IPC H02K 19/16, koji sadrži kompozitne prstenaste namote s jezgrom, indukcijsku zavojnicu i uzbudni namot. Omogućuje vam povećanje performansi generatora električne energije, smanjenje induktivnog otpora namota statora, smanjenje troškova mehanički rad pri pretvaranju mehaničke energije u električnu i povećanje učinkovitosti. Međutim, generator, zbog značajki dizajna, ne dopušta korištenje EMF-a samoindukcije. Generator sadrži rotirajuće dijelove, pa stoga ima sve nedostatke takvih generatora, tj. problemi povezani s prebacivanjem električne energije nisu riješeni.

Znan korisni model"Kombinirani elektromagnetski namot", patent RU 96443, publ. 27.07.2010., IPC H01F 5/00, u kojem se nalaze dva ili više vodiča s vodovima, a vodiči su odvojeni dielektrikom. Omogućuje proširenje načina rada. Međutim, oba vodiča se koriste kao primarni namot, nema visokonaponskog sekundarnog namota, što ne dopušta korištenje namota u visokonaponskim transformatorima, a također ne osigurava uklanjanje i korištenje indukcijske EMF iz sekundarnog namota.

Najbliža primjena izuma je "Induktivno-statička metoda za generiranje električne energije i uređaj za njezinu provedbu", RU 2004124018, publ. 27.01.2006., IPC H01F 1/00, prema kojem postoje primarni i sekundarni namoti koji tvore induktor s prijelazom slobodne magnetske energije u induktivno ovisno stanje, a EMF indukcije je induciran i gustoća magnetskog toka dobiva se proporcionalno povećanju električna energija. Omogućuje korištenje sekundarnog namota s induktivitetom manjim za količinu zbijanja magnetskog toka, čime se postiže proporcionalno zbijanje i povećanje električne snage generatora. Metoda koristi indukcijsku i, istovremeno, statičku metode generiranja. Međutim, nije predložen dizajn sekundarnog namota generatora koji omogućuje izravno uklanjanje nastalog impulsnog napona i EMF struje samoindukcije iz generatora.

Također, najbliže rješenje je klasično kružni dijagram za demonstracijske pokuse elektromagnetska indukcija kada je strujni krug otvoren. Ovaj sklop (uređaj) je funkcionalno samoindukcijski generator EMF impulsa. U vezi s navedenim, kao prototip prihvaćamo instalaciju prikazanu na crtežu - sl. 424, str. 231, udžbenik: Tečaj fizike, drugi dio, ur. "Nauka", Moskva 1970 Autori: L.S. Ždanov, V.A. Maranjana.

Međutim, u klasičnoj shemi, jezgra od električni čelik strukturno nije sposoban istovremeno obavljati dvije funkcije u uređaju: električno vodljivi namot i klasični, kao na slici 424 prototip, magnetski krug, tj. jezgru (M) indukcijske zavojnice. Prototip ne dopušta izravno uklanjanje i korištenje samoindukcijske EMF koja se javlja u jezgri klasične indukcijske zavojnice.

Cilj predloženog izuma je korištenje impulsnih napona i izvedba dizajna sekundarnog namota generatora, koji bi omogućio izravno uklanjanje nastalog impulsnog napona iz generatora.

Tehnički rezultat koji daje predloženo tehničko rješenje je značajno proširenje arsenala sredstava za pulsnu proizvodnju i pretvorbu električne energije. Zatraženo tehnički rezultat osigurano zbog činjenice da je samoindukcijski EMF impulsni generator strukturno projektiran u obliku primarnih i sekundarnih namota jednofaznog pojačanog transformatora u standardu tehnička izvedba(uzimajući u obzir činjenicu da je sekundarni namot funkcionalno i električni vodič i magnetski krug, predlaže se da se predstavljeni dizajn smatra najjednostavnijim indukcijskim svitkom s jezgrom dizajniranom u obliku spiralne zavojnice s mogućnošću uklanjanja samoindukcijski EMF od njega) i opremljeni su s dva ili više vodiča, koji su odvojeni dielektrikom i svaki vodič ima stezaljke. Generator se razlikuje po tome što je primarni namot (vodič) niskog napona izrađen od spiralne trake i ima najmanje 2 zavoja čvrsto namotana ili s malim razmakom, zavoj do zavoja, traka za namotavanje je izrađena širine od 120 do 200 mm i debljine od 1 do 2 mm; sekundarni namot (vodič) visokog napona je također izrađen od spiralne trake, traka za namotaje je izrađena od elektro čelika obloženog električnom izolacijom i ima najmanje 100 zavoja namotanih čvrsto ili s malim razmakom, zavoj do zavoja, traka je izrađena širine od 120 do 200 mm i debljine ne više od 0,1 mm. Primarni namot je električno povezan s niskonaponskom baterijom za pohranu preko sklopke kako bi se formirao zatvoreni električni krug, gdje je sekundarni namot i električno vodljivi namot i magnetski krug. U ovom slučaju, zavoji primarnog namota smješteni su izvan zavoja sekundarnog namota na način da oba namota tvore pojačani transformator, u kojem je sekundarni namot indukcijska zavojnica visokonaponskog transformatora, koji osigurava električnu energiju. vodljivost zbog električne čelične trake izolirane vanjskim slojem izolacije i istovremeno obavlja funkciju jezgre za primarni namot, EMF se uklanja pomoću vodiča koji su električno spojeni na krajeve trake sekundarnog namota, a dobiva se zbog periodičnog rada prekidača ključa, a zbog učestalosti rada prekidača, izračunati impulsni napon i struja koji nastaju u sekundarnom namotu daju se formulom

gdje je L induktivnost kruga ili koeficijent proporcionalnosti između brzine promjene jakosti struje u krugu i rezultirajućeg EMF-a samoindukcije,

- brzina promjene jakosti struje u električnom krugu

U pojedinim slučajevima, primarni namot može biti izrađen od bakrenog ili aluminijskog vodiča, može imati 3 zavoja ili više, broj zavoja je ograničen omjerom transformatora: omjerom broja zavoja sekundarnog namota i brojem zavoja primarnog namota, koji određuje omjer transformacije, t.j. koliko je napon u sekundarnom namotu veći nego u primarnom. Na primjer, akumulatorska baterija niski napon može se ocijeniti na 12-24 volta i to je izvor istosmjerna struja. Konkretno, periodični rad prekidača provodi se industrijskom frekvencijom izmjenične struje od 50 Hz. U ovom slučaju frekvencije mogu biti bilo koje tehnički moguće za implementaciju, ali je bolje 50 Hz, jer ih je lakše pretvoriti ili potrošiti korištenjem dostupnih standardnih pretvarača ili električnih uređaja. Izračunati EMF samoindukcije u sekundarnom namotu osiguran je, posebice, geometrijom kruga i magnetska svojstva jezgra za primarni namot. Tako se može izraditi s konturnim oblikom, koji se izrađuje okruglo promjera 150 mm ili više, što ovisi o omjeru transformacije koji određuje promjer sekundarnog namota, ovisno o debljini upotrijebljenog elektro čelika, ili okruglog spiralnog oblika. Budući da je sekundarni namot visokonaponski namot i izrađen je od električnog čelika, to znači da su njegova magnetska svojstva određena samim materijalom (tj. stvarna magnetska svojstva električnog čelika).

Izum je u najopćenitijem obliku ilustriran crtežima. specifično oblikovati nije ograničen na izvedbe prikazane na crtežima.

Na slici 1 prikazan je raspored primarnog i sekundarnog namota i baterije s prekidačem ključa.

Slika 2 pokazuje odjeljak A-A duž spojenih sekundarnih i primarnih namota.

Ovo tehničko rješenje je ilustrirano crtežom koji ne pokriva sve moguće mogućnosti izvedbe prikazanog spojnog dijagrama.

Uređaj EMF impulsnog generatora samoindukcije prikazan je na slici 1 i slici 2 (u presjeku), a ovaj uređaj je konstrukcijski izveden u obliku jednofaznog pojačanog transformatora (a također je strukturno najjednostavniji indukcijski transformator). zavojnica), koja se sastoji od primarnog (1) spiralnog namota trake (bakreni ili aluminijski vodič), 2-3 zavoja debljine 1-2 mm, širine 120 mm, spojenog na niskonaponsku bateriju (2) 12-24 V - a izvor istosmjerne struje kroz prekidač prekidača (3), tvoreći zatvoreni električni krug.

Sekundarni visokonaponski spiralno-trakasti namot (4) od elektro čelika obloženog električnom izolacijom, ima broj zavoja od 100 ili više, debljine trake 0,1 mm, širine 120 mm.

Sekundarni namot (4) od električnog čelika istovremeno obavlja dvije funkcije u konstrukciji: električno vodljivi namot i magnetski krug.

Kao električni vodič, sekundarni namot (4) je visokonaponski indukcijski svitak pojačanog transformatora.

Kao magnetski krug, sekundarni namot (4) je jezgra za primarni namot (2) klasične indukcijske zavojnice.

Primarni (1) i sekundarni (4) namoti jednofaznog pojačanog transformatora i opremljeni su s dva ili više vodiča (5), vodiči sekundarnog namota imaju terminal (6) - t.j. EMF se uklanja pomoću vodiča (5, 6) električno spojenih na krajeve trake sekundarnog namota, a dobiva se periodičnim radom prekidača (3). Štoviše, struje koje nastaju u sekundarnom namotu izračunavaju se po formuli

gdje je L induktivitet kruga ili koeficijent proporcionalnosti između brzine promjene jakosti struje u krugu primarnog namota (1) i rezultirajućeg EMF-a samoindukcije u sekundarnom namotu (2),

- brzina promjene jakosti struje u električnom krugu primarnog namota (1) zbog prekidača (3).

Periodični rad prekidača (3) izvodi se industrijskom frekvencijom izmjenične struje od 50 Hz. Izračunati EMF samoindukcije u sekundarnom namotu (4) osiguran je geometrijom kruga sekundarnog namota (4) i magnetskim svojstvima jezgre (4) za primarni namot (1).

Oblik kruga dobiven primarnim (1) i sekundarnim (4) namotima, u predstavljenoj verziji, izrađen je s okruglim promjerom od 150 mm ili više.

Uređaj radi na sljedeći način.

Kada ključ (3) zatvori električni krug primarnog namota (1), nastaje magnetsko polje čija je energija pohranjena u magnetskom polju sekundarnog namota (4).

Otvaranjem ključa (3) kruga primarnog namota (1) stvara se opadajuća struja, koja, prema Lenzovom pravilu, teži održavanju EMF inducirane indukcije sekundarnog namota (4).

Kao rezultat, energija pohranjena u magnetskom polju sekundarnog namota (4) pretvara se u dodatnu energiju samoindukcijske struje primarnog namota (1), koja napaja električni krug sekundarnog namota (4).

Ovisno o količini magnetske energije pohranjene u krugu sekundarnog namota (4), snaga samoindukcijske struje može biti različita i određena je dobro poznatom formulom:

Dakle, ovim izumom postiže se tehnički rezultat, koji se sastoji u činjenici da dizajn, materijal i dvostruka funkcionalnost sekundarnog namota uređaja omogućuju uklanjanje i učinkovito korištenje rezultirajućeg EMF-a samoindukcije.

Industrijska primjenjivost predloženog tehničko rješenje potvrđeno Opća pravila fizika. Dakle, učinak samoindukcije opisan je u udžbeniku (L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan, tečaj fizike za prosječne posebne ustanove, 2. dio električna energija, ur. Treće, stereotipno, glavno izdanje fizikalne i matematičke literature, M., 1970., str. 231,232,233). Samoindukcija nastaje kada se krug otvori, izravno je proporcionalna brzini promjene jakosti struje u električnom krugu. NA tradicionalne sheme fenomen samoindukcije uvijek je popraćen pojavom iskre koja se javlja na mjestu prekida strujnog kruga. Budući da u predloženom dizajnu nema prekida u električnom krugu u sekundarnom namotu (4) zbog njegove izvedbe, ovisno o količini magnetske energije pohranjene u ovom krugu, struja prekida ne iskri, već prelazi u generiranu snagu . Dakle, u konstrukciji sekundarnog namota (4), kada se istosmjerni krug u primarnom namotu (1) otvori, energija pohranjena u magnetskom polju ovog kruga pretvara se u energiju samoindukcijske struje u krug sekundarnog namota (4).

Budući da je elektromotorna sila (EMS) veličina jednaka radu sile treće strane, u našem slučaju, to je promjenjivo magnetsko polje primarne zavojnice (1), koje se odnosi na jedinicu pozitivnog naboja, to je EMF koji djeluje u krugu ili u njegovom dijelu, u našem slučaju, to je sekundarni namot (4). Vanjske sile mogu se okarakterizirati radom koji obavljaju na nabojima koji se kreću duž lanca, a dimenzija EMF-a poklapa se s dimenzijom potencijala i mjeri se u istim jedinicama. Stoga se vektorska veličina E naziva i jakost polja vanjskih sila. Polje vanjskih sila u našem slučaju nastaje zbog izmjeničnog magnetskog polja u primarnom namotu (1). Dakle, EMF koji djeluje u zatvorenom krugu može se definirati kao kruženje vektora jakosti polja vanjskih sila, t.j. vanjske sile koje nastaju u primarnom namotu (1) zbog prekida električnog polja prekidačem ključa (3). Ovo pravilo osigurava pojavu indukcijske EMF u sekundarnom namotu (4). Ovaj fizički fenomen opisan je u udžbeniku (I.V. Savelyev, Tečaj fizike, svezak 2, elektricitet, str. 84,85, ur. Drugi stereotip, ur. Znanost, glavno izdanje fizikalne i matematičke literature, M., 1966.) .

Osim vanjskih sila, na naboj djeluju i sile elektrostatičko polje, koji se javljaju izravno u sekundarnoj zavojnici (4).

Uređaj također koristi fenomen elektromagnetske indukcije opisan u (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, udžbenik, fizika, kako bi pomogao kandidatima za sveučilište, ur. M., postdiplomske studije, 1989).

Dakle, dizajn generatora korištenog u predloženom izumu kao uređaja omogućuje učinkovito generiranje, uklanjanje i korištenje EMF-a samoindukcije. Tako se uređaj može napraviti industrijski način i biti predstavljen kao obećavajući učinkovit generator samoindukcijskih EMF impulsa, koji omogućuje proširenje arsenala tehnička sredstva za stvaranje impulsa i pretvorbu električne energije.

ZAHTJEV

1. Impulsni samoindukcijski emf generator, projektiran kao jednofazni pojačani transformator, koji se sastoji od primarnog i sekundarnog namota i opremljen s dva ili više vodiča koji su odvojeni dielektrikom, a vodič ima vodove, naznačen time da niskonaponski primarni namot izrađen je od spiralne trake i ima najmanje dva zavoja namotana čvrsto ili na maloj udaljenosti jedan od drugog, traka za namotaje izrađena je širine 120-200 mm i debljine 1-2 mm; sekundarni visokonaponski namot je također izrađen od spiralne trake, traka za namotavanje je izrađena od električnog čelika obloženog električnom izolacijom, ima najmanje 100 zavoja namotanih čvrsto ili na maloj udaljenosti jedan od drugog, traka je izrađena širine 120-200 mm i debljine ne više od 0, 1 mm, primarni namot je električni spojen na niskonaponsku bateriju preko prekidača ključa kako bi se formirao zatvoreni električni krug, a sekundarni namot je i električno vodljivi namot i magnetski krug, dok je zavoji primarnog namota smješteni su izvan zavoja sekundarnog namota na način da oba namota tvore pojačani transformator, u kojem je sekundarni namot indukcijska zavojnica pojačanog transformatora, koji osigurava električnu vodljivost zbog električnog čelična traka izolirana vanjskim slojem izolacije, a ujedno djeluje i kao jezgra za primarni namot, emf se uklanja pomoću vodiča , električni spojeni na krajeve trake sekundarnog namota, a dobivaju se zbog periodičnog rada prekidača ključa.

2. Impulsni generator emf samoindukcije prema zahtjevu 1, naznačen time, da je primarni namot izrađen od bakrenog ili aluminijskog vodiča.

3. Samoindukcija emf generatora impulsa prema zahtjevu 1, naznačena time, da primarni namot ima tri zavoja.

4. Impulsni generator emf samoindukcije prema zahtjevu 1, naznačen time, da je niskonaponska baterija dizajnirana za 12-24 volta i da je izvor istosmjerne struje.

5. Samoindukcija emf generatora impulsa prema zahtjevu 1, naznačena time, da se periodični rad prekidača izvodi s industrijskom frekvencijom izmjenične struje 50 Hz.

6. Samoindukcijski generator impulsa prema zahtjevu 1, naznačen time, da je izračunata emf samoindukcije osigurana geometrijom kruga i magnetskim svojstvima jezgre za primarni namot.

7. Samoindukcija emf generatora impulsa prema zahtjevu 1, naznačena time, da je oblik kruga napravljen okruglog promjera od 150 mm ili više.

samoindukcija

Svaki vodič kroz koji teče električna struja nalazi se u vlastitom magnetskom polju.

Pri promjeni jakosti struje u vodiču mijenja se m.polje, t.j. mijenja se magnetski tok koji stvara ova struja. Promjena magnetskog toka dovodi do pojave vrtložnog električnog polja i u krugu se pojavljuje indukcijski EMF.

Taj se fenomen naziva samoindukcija.

Samoindukcija - pojava pojave indukcijske EMF u električnom krugu kao posljedica promjene jakosti struje.
Rezultirajuća emf naziva se emf samoindukcije.

Manifestacija fenomena samoindukcije

Zatvaranje strujnog kruga

Kada se električni krug zatvori, struja raste, što uzrokuje povećanje magnetskog toka u zavojnici, nastaje vrtložno električno polje, usmjereno protiv struje, tj. u zavojnici nastaje samoindukcijski EMF koji sprječava struju od povećanja u krugu (vrtložno polje usporava elektrone).
Kao rezultat toga, L1 svijetli kasnije od L2.

Otvoreni krug

Kada se električni krug otvori, struja se smanjuje, dolazi do smanjenja m.toka u zavojnici, pojavljuje se vrtložno električno polje, usmjereno poput struje (sklon održavanju iste jakosti struje), t.j. U zavojnici se pojavljuje samoinduktivna emf koja održava struju u krugu.
Kao rezultat toga, L svijetlo treperi kada je isključen.

U elektrotehnici se fenomen samoindukcije manifestira kada je strujni krug zatvoren ( struja raste postupno) i kada se sklop otvori (električna struja ne nestaje odmah).

INDUKTANCIJA

O čemu ovisi EMF samoindukcije?

Električna struja stvara vlastito magnetsko polje. Magnetski tok kroz strujni krug proporcionalan je indukciji magnetskog polja (F ~ B), indukcija je proporcionalna jakosti struje u vodiču
(B ~ I), stoga je magnetski tok proporcionalan jakosti struje (F ~ I).
EMF samoindukcije ovisi o brzini promjene jakosti struje u električnom krugu, o svojstvima vodiča (veličina i oblik) te o relativnoj magnetskoj permeabilnosti medija u kojem se vodič nalazi.
Fizikalna veličina koja pokazuje ovisnost EMF-a samoindukcije o veličini i obliku vodiča te o okolini u kojoj se vodič nalazi naziva se koeficijent samoindukcije ili induktivitet.

Induktivitet - fizikalna veličina, brojčano jednak EMF samoindukcija koja se javlja u krugu kada se struja promijeni za 1 amper u 1 sekundi.
Također, induktivnost se može izračunati po formuli:

gdje je F magnetski tok kroz strujni krug, I je jakost struje u krugu.

SI jedinice za induktivitet:

Induktivnost zavojnice ovisi o:
broj zavoja, veličina i oblik zavojnice, te relativna magnetska propusnost medija (moguća je jezgra).

SAMOINDUKCIJSKI EMF

EMF samoindukcije sprječava povećanje jakosti struje pri uključivanju strujnog kruga i smanjenje jakosti struje kada je krug otvoren.

ENERGIJA MAGNETSKOG POLJA STRUJE

Oko vodiča sa strujom postoji magnetsko polje koje ima energiju.
odakle dolazi? Izvor struje uključen u električni krug ima rezervu energije.
U trenutku zatvaranja električnog kruga, izvor struje troši dio svoje energije da prevlada djelovanje nastalog EMF-a samoindukcije. Taj dio energije, koji se naziva vlastita energija struje, ide na stvaranje magnetskog polja.

Energija magnetskog polja jednaka je vlastitoj energiji struje.
Vlastita energija struje brojčano je jednaka radu koji izvor struje mora obaviti da prevlada EMF samoindukcije kako bi stvorio struju u krugu.

Energija magnetskog polja koju stvara struja izravno je proporcionalna kvadratu jakosti struje.
Gdje nestaje energija magnetskog polja nakon što struja prestane? - ističe (kada se otvori strujni krug s dovoljno velikom strujom, može doći do iskre ili luka)

PITANJA ZA RAD PROVJERE

na temu "Elektromagnetska indukcija"

1. Navedite 6 načina dobivanja indukcijske struje.
2. Fenomen elektromagnetske indukcije (definicija).
3. Lenzovo pravilo.
4. Magnetski tok (definicija, crtež, formula, ulazne veličine, njihove mjerne jedinice).
5. Zakon elektromagnetske indukcije (definicija, formula).
6. Svojstva vrtložnog električnog polja.
7. EMF indukcije vodiča koji se kreće u jednoličnom magnetskom polju (razlog izgleda, crtež, formula, ulazne vrijednosti, njihove mjerne jedinice).
8. Samoindukcija (kratka manifestacija u elektrotehnici, definicija).
9. EMF samoindukcije (njegovo djelovanje i formula).
10. Induktivitet (definicija, formule, mjerne jedinice).
11. Energija magnetskog polja struje (formula odakle se pojavljuje energija m. polja struje, gdje nestaje kada struja stane).

E. d. s. samoindukcija. E. d. s. e L, indukcija u vodiču ili zavojnici kao rezultat promjene magnetskog toka stvorenog strujom koja prolazi kroz isti vodič ili zavojnicu, naziva se e. d.s. samoindukcija (slika 60). Ova e. d.s. javlja se kod svake promjene struje, na primjer, pri zatvaranju i otvaranju električnih krugova, kada se mijenja opterećenje elektromotora, itd. Što se struja brže mijenja u vodiču ili zavojnici, to je veća brzina promjene magnetskog toka koji prodire u njih a veća e. d.s. u njima se inducira samoindukcija. Na primjer, e. d.s. samoindukcija e L nastaje u AB vodiču (vidi sliku 54) kada se promijeni struja koja kroz njega teče i 1. Stoga promjenjivo magnetsko polje inducira e. d.s. u istom vodiču u kojem se mijenja struja koja stvara ovo polje.

Smjer e. d.s. samoindukcija je određena Lenzovim pravilom. E. d. s. samoindukcija uvijek ima takav smjer u kojem sprječava promjenu struje koja ju je izazvala. Posljedično, s povećanjem struje u vodiču (zavojnici), e. d.s. samoindukcija će biti usmjerena protiv struje, odnosno spriječit će njezin porast (slika 61, a), i obrnuto, kada se struja smanji u vodiču (zavojnici), na pr. d.s. samoindukcija, koja se podudara u smjeru sa strujom, tj. sprječava njezino smanjenje (slika 61, b). Ako se struja u zavojnici ne promijeni, tada e. d.s. ne dolazi do samoindukcije.

Iz gornjeg pravila za određivanje smjera e. d.s. samoindukcije slijedi da ovaj e. d.s. ima kočni učinak na promjenu struje u električnim krugovima. U tom je pogledu njezino djelovanje slično djelovanju sile tromosti, koja sprječava promjenu položaja tijela. U električnom krugu (slika 62, a), koji se sastoji od otpornika otpora R i zavojnice K, struja i nastaje kombiniranim djelovanjem napona izvora U i e. d.s. samoindukcija e L inducirana u zavojnici. Prilikom spajanja razmatranog kruga na izvor e. d.s. samoindukcija e L (vidi punu strelicu) inhibira povećanje jakosti struje. Stoga struja i doseže stabilnu vrijednost I \u003d U / R (prema Ohmovom zakonu) ne odmah, već tijekom određenog vremenskog razdoblja (slika 62, b). Za to vrijeme u električnom krugu dolazi do prijelaznog procesa tijekom kojeg se mijenjaju e L i i. Točno

također, kada se električni krug isključi, struja i ne pada trenutno na nulu, već zbog djelovanja e. d.s. e L (vidi isprekidanu strelicu) postupno se smanjuje.

Induktivnost. Sposobnost različitih vodiča (zavojnica) da induciraju e. d.s. samoindukcija se procjenjuje induktivitetom L. Pokazuje koja e. d.s. samoindukcija nastaje u danom vodiču (zavojnici) kada se struja promijeni za 1 A za 1 s. Induktivitet se mjeri u Henryju (H), 1 H = 1 Ohm*s. U praksi se induktivnost često mjeri u tisućinkama henrya - milihenrija (mH) i u milijuntim dijelovima henryja - mikrohenrija (µH).

Ovisi li induktivnost svitka o broju zavoja zavojnice? i magnetski otpor R m njegovog magnetskog kruga, tj. od njegove magnetske permeabilnosti? te geometrijske dimenzije l i s. Ako se čelična jezgra umetne u zavojnicu, njezin induktivitet naglo raste zbog pojačanja magnetskog polja zavojnice. U tom slučaju struja od 1 A stvara mnogo veći magnetski tok nego u zavojnici bez jezgre.

Koristeći koncept induktiviteta L, može se dobiti za e. d.s. samoindukcija sljedećom formulom:

e L = – L ?i / ?t (53)

Gdje je? i promjena struje u vodiču (zavojnici) tijekom određenog vremenskog razdoblja? t.

Stoga, e. d.s. samoindukcija je proporcionalna brzini promjene struje.

Uključivanje i isključivanje istosmjernih krugova s ​​induktorom. Kada je spojen na istosmjerni izvor s naponom U električnog kruga koji sadrži R i L, s prekidačem B1 (slika 63, a), struja i raste na stabilnu vrijednost koju postavljam \u003d U / R ne odmah, jer e. d.s. samoindukcija e L , koja nastaje u induktivitetu, djeluje protiv primijenjenog napona V i sprječava porast struje. Za proces koji se razmatra karakteristična je postupna promjena struje i (slika 63, b) i napona u a i u L duž krivulja - izlagači. Promjena i, u a i u L duž naznačenih krivulja naziva se aperiodični.

Brzina porasta jakosti struje u krugu i promjena napona u a i u L karakterizira vremenska konstanta kruga

T=L/R (54)

Mjeri se u sekundama, ovisi samo o parametrima R i L određenog kruga i omogućuje procjenu trajanja procesa promjene struje bez crtanja. Ovo trajanje je teoretski beskonačno. U praksi se obično smatra da je (3-4) T. Za to vrijeme struja u krugu doseže 95-98% vrijednosti stacionarnog stanja. Stoga, što je veći otpor i što je induktivitet L niži, to je brži proces promjene struje u električnim krugovima s induktivitetom. Vremenska konstanta T u aperiodičnom procesu može se definirati kao segment AB, odsječen tangentom povučenom iz ishodišta na krivulju o kojoj je riječ (na primjer, struja i) na liniji koja odgovara stalnoj vrijednosti ove veličine.
Svojstvo induktivnosti da usporava proces promjene struje koristi se za stvaranje vremenskih kašnjenja kada se aktiviraju različiti uređaji (na primjer, kada se kontrolira rad kutija za pijesak za povremeno dovođenje dijelova pijeska ispod kotača lokomotive). Rad elektromagnetskog vremenskog releja također se temelji na korištenju ovog fenomena (vidi § 94).

Prenaponi za prebacivanje. E je posebno jak. d.s. samoindukcija pri otvaranju krugova koji sadrže zavojnice sa veliki broj zavojima i sa čeličnim jezgrama (na primjer, namoti generatora, elektromotora, transformatora itd.), tj. krugovi s visokom induktivnošću. U ovom slučaju, rezultirajuća e. d.s. samoindukcija e L može višestruko premašiti napon U izvora i, zbrajajući ga, uzrokovati prenapone u električnim krugovima (slika 64, a), tzv. prebacivanje(nastaje kada prebacivanje- preklopni električni krugovi). Oni su opasni za namote elektromotora, generatora i transformatora, jer mogu uzrokovati kvar njihove izolacije.

Veliki e. d.s. samoindukcija također pridonosi pojavi električne iskre ili luka u električnim uređajima koji preklapaju električne krugove. Na primjer, u trenutku otvaranja kontakata nožnog prekidača (slika 64, b), rezultirajuća e. d.s. samoindukcija uvelike povećava potencijalnu razliku između otvorenih kontakata sklopke i probija zračni raspor. Dobivena električni luk podržan u, neko vrijeme e. d.s. samoindukcije, što na taj način odgađa proces isključivanja struje u strujnom krugu. Ova pojava je vrlo nepoželjna, jer luk topi kontakte uređaja za odvajanje, što dovodi do njihovog brzog kvara. Stoga su u svim uređajima koji se koriste za otvaranje električnih krugova predviđeni posebni uređaji za gašenje luka koji osiguravaju ubrzanje gašenja luka.

Osim toga, u strujnim krugovima sa značajnom induktivnošću (na primjer, uzbudni namoti generatora), paralelno R-L lanci(tj. odgovarajući namot) uključuju otpornik za pražnjenje R p (slika 65, a). U tom slučaju, nakon isključivanja prekidača B1, krug R-L se ne prekida, već se zatvara na otpornik R p. U tom se slučaju struja u krugu i ne smanjuje trenutno, već postupno - eksponencijalno (slika 65.6), budući da e. d.s. samoindukcija e L , koja nastaje u induktivitetu L, sprječava smanjenje struje. Napon u p na otporniku za pražnjenje također se eksponencijalno mijenja tijekom procesa promjene struje. On je jednak naponu primijenjenom na krug R-L, tj. na stezaljke odgovarajućeg

strujni namot. U početnom trenutku U p start = UR p /R, tj. ovisi o otporu otpornika za pražnjenje; pri visokim vrijednostima Rp, ovaj napon može biti pretjerano visok i opasan za izolaciju električne instalacije. U praksi, da bi se ograničili nastali prenaponi, otpor Rp otpornika za pražnjenje uzima se ne više od 4-8 puta otpora R odgovarajućeg namota.

Uvjeti za nastanak prolaznih procesa. Zovu se gore opisani procesi pri uključivanju i isključivanju kruga R-L prolazni procesi. Oni nastaju prilikom uključivanja i isključivanja izvora ili pojedinih dijelova kruga, kao i prilikom promjene načina rada, na primjer, kada dođe do nagle promjene opterećenja, prekida i kratkih spojeva. Isti procesi tranzicije odvijaju se kada specificirani uvjeti i u krugovima koji sadrže kondenzatore s kapacitetom C. U nekim slučajevima, prijelazni procesi su opasni za izvore i prijemnike, budući da rezultirajuće struje i naponi mogu biti višestruko veći od nominalne vrijednosti za koje su ovi uređaji dizajnirani. Međutim, u nekim elementima električne opreme, posebice u industrijskim elektroničkim uređajima, prijelazni su načini rada.

Fizički se pojava prijelaznih procesa objašnjava činjenicom da su prigušnice i kondenzatori uređaji za pohranu energije, a proces akumulacije i oslobađanja energije u tim elementima ne može se dogoditi trenutno, stoga struja u induktoru i napon na kondenzatoru ne može se promijeniti odmah. Vrijeme prolaznog procesa, tijekom kojeg pri uključivanju, isključivanju i promjeni načina rada kruga dolazi do postupne promjene struje i napona, određeno je vrijednostima R, L i C kruga a mogu biti razlomci i jedinice sekunde. Nakon završetka prijelaznog procesa struja i napon dobivaju nove vrijednosti koje se nazivaju uspostavljena.

Elektromagnetska indukcija - stvaranje električnih struja magnetskim poljima koja se mijenjaju tijekom vremena. Otkriće ovog fenomena od strane Faradaya i Henryja unijelo je određenu simetriju u svijet elektromagnetizma. Maxwell je u jednoj teoriji uspio prikupiti znanje o elektricitetu i magnetizmu. Njegovo istraživanje je predvidjelo postojanje Elektromagnetski valovi prije eksperimentalnih promatranja. Hertz je dokazao njihovo postojanje i otvorio eru telekomunikacija čovječanstvu.

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

Faradayevi eksperimenti

Faradayevi i Lenzovi zakoni

Električne struje stvaraju magnetske efekte. Je li moguće da magnetsko polje generira električno? Faraday je otkrio da željeni učinci nastaju zbog promjena u magnetskom polju tijekom vremena.

Kada se provodnik križa varijablom magnetski tok, u njemu se inducira elektromotorna sila koja uzrokuje električnu struju. Sustav koji stvara struju može biti trajni magnet ili elektromagnet.

Pojavom elektromagnetske indukcije upravljaju dva zakona: Faradayev i Lenzov.

Lenzov zakon omogućuje vam da okarakterizirate elektromotornu silu s obzirom na njezin smjer.

Važno! Smjer induciranog emf-a je takav da se struja koju uzrokuje nastoji suprotstaviti uzroku koji je stvara.

Faraday je primijetio da se intenzitet inducirane struje povećava kada broj linije sile, prelazeći konturu. Drugim riječima, EMF elektromagnetske indukcije izravno ovisi o brzini pokretnog magnetskog toka.

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

EMF indukcija

Formula indukcijske emf definira se kao:

E \u003d - dF / dt.

Znak "-" pokazuje kako je polaritet induciranog emf povezan sa predznakom toka i promjenjivom brzinom.

Dobivena je opća formulacija zakona elektromagnetske indukcije iz koje se mogu izvesti izrazi za pojedine slučajeve.

Kretanje žice u magnetskom polju

Kada se žica duljine l kreće u magnetskom polju s indukcijom B, unutar nje će se inducirati EMF, proporcionalan njezinoj linearnoj brzini v. Za izračunavanje EMF-a koristi se formula:

• u slučaju kretanja vodiča okomito na smjer magnetskog polja:

E \u003d - B x l x v;

• u slučaju kretanja pod drugim kutom α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

Inducirani emf i struja bit će usmjereni u smjeru koji nalazimo pomoću pravila desna ruka: Postavljanjem ruke okomito na linije magnetskog polja i usmjeravanjem palca u smjeru kretanja vodiča, možete saznati smjer EMF-a pomoću preostala četiri ispravljena prsta.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Pomaknite žicu u MP" width="600" height="429">!}

Pomicanje žice u MP

Rotirajući svitak

Rad generatora električne energije temelji se na rotaciji kruga u MP koji ima N zavoja.

EMF se inducira u električnom krugu kad god ga magnetski tok prijeđe, u skladu s definicijom magnetskog toka F = B x S x cos α (magnetska indukcija pomnožena s površinom kroz koju prolazi MP i kosinusom kut kojeg čine vektor B i okomita linija na ravninu S).

Iz formule proizlazi da je F podložan promjenama u sljedećim slučajevima:

• mijenja se intenzitet MF - vektor B;
• područje ograničeno konturom varira;
• orijentacija između njih, zadana kutom, se mijenja.

U prvim Faradayevim pokusima inducirane struje dobivene su promjenom magnetskog polja B. Međutim, moguće je inducirati EMF bez pomicanja magneta ili promjene struje, već jednostavno rotacijom zavojnice oko svoje osi u magnetskom polju. U tom slučaju se magnetski tok mijenja zbog promjene kuta α. Zavojnica, tijekom rotacije, prelazi linije MP, nastaje emf.

Ako se zavojnica rotira jednoliko, ta periodična promjena rezultira periodičnom promjenom magnetskog toka. Ili broj MF linija sile prijeđenih svake sekunde uzima jednake vrijednosti s jednakim vremenskim intervalima.

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

Rotacija konture u MP

Važno! Inducirana emf mijenja se s orijentacijom tijekom vremena iz pozitivne u negativnu i obrnuto. Grafički prikaz EMF-a je sinusna linija.

Za formulu za EMF elektromagnetske indukcije koristi se izraz:

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

• S je područje ograničeno jednim okretom ili okvirom;
• N je broj zavoja;
• ω je kutna brzina kojom se zavojnica rotira;
• B – MF indukcija;
• kut α = ωt.

U praksi, u alternatorima, zavojnica često ostaje nepomična (stator), a elektromagnet se okreće oko nje (rotor).

EMF samoindukcija

Prilikom prolaska kroz zavojnicu naizmjenična struja, stvara promjenjivo magnetsko polje koje ima promjenjivi magnetski tok koji inducira EMF. Taj se učinak naziva samoindukcija.

Budući da je MP proporcionalan intenzitetu struje, tada:

gdje je L induktivitet (H), određen geometrijskim veličinama: brojem zavoja po jedinici duljine i dimenzijama njihovog poprečnog presjeka.

Za indukcijsku emf, formula ima oblik:

E \u003d - L x dI / dt.

Međusobna indukcija

Ako su dvije zavojnice smještene jedna do druge, tada se u njima inducira EMF međusobne indukcije, ovisno o geometriji oba kruga i njihovoj orijentaciji jedan prema drugom. Kada se razdvajanje krugova povećava, međusobna induktivnost se smanjuje, jer se smanjuje magnetski tok koji ih povezuje.

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

Međusobna indukcija

Neka budu dvije zavojnice. Kroz žicu jedne zavojnice s N1 zavojima teče struja I1, stvarajući MF koji prolazi kroz zavojnicu s N2 zavojima. Zatim:

1. Međusobna induktivnost druge zavojnice u odnosu na prvu:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetski tok:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Pronađite inducirani emf:

E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EMF se inducira identično u prvoj zavojnici:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Važno! Elektromotorna sila uzrokovana međusobnom induktivnošću u jednoj zavojnici uvijek je proporcionalna promjeni električne struje u drugoj.

Međusobna induktivnost se može smatrati jednakom:

M12 = M21 = M.

Prema tome, E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

gdje je K koeficijent sprege između dva induktiviteta.

Fenomen međusobne induktivnosti koristi se u transformatorima - električnim uređajima koji vam omogućuju promjenu vrijednosti napona izmjenične električne struje. Uređaj se sastoji od dvije zavojnice namotane oko jedne jezgre. Struja prisutna u prvom stvara promjenjivo magnetsko polje u magnetskom krugu i električnu struju u drugoj zavojnici. Ako je broj zavoja prvog namota manji od drugog, napon se povećava i obrnuto.

Pojam indukcija u elektrotehnici označava pojavu struje u električnom zatvorenom krugu ako je u promjenjivom stanju.Otkrio ju je tek prije dvjesto godina Michael Faraday. Mnogo ranije, to je mogao učiniti André Ampère, koji je proveo slične eksperimente. Ubacio je metalnu šipku u zavojnicu, a onda, na lošu sreću, otišao u drugu sobu pogledati iglu galvanometra - i odjednom bi se pomaknula. I strijela je redovito radila svoj posao – skrenula je, ali dok je Ampere lutao po sobama – vratila se na nulu. Tako je fenomen samoindukcije čekao još desetak godina, dok svitak, uređaj i istraživač nisu bili u isto vrijeme na pravom mjestu.

Glavna poanta ovog eksperimenta bila je da se indukcijska emf javlja samo kada se mijenja magnetsko polje koje prolazi kroz zatvoreni krug. Ali možete ga promijeniti kako želite - ili promijenite vrijednost samog magnetskog polja, ili jednostavno premjestite izvor polja u odnosu na istu zatvorenu petlju. EMF, koji nastaje u ovom slučaju, nazvan je "emf međusobne indukcije". Ali to je bio tek početak otkrića na području indukcije. Još je više iznenađujući bio fenomen samoindukcije, koji je otkrio otprilike u isto vrijeme. U njegovim je pokusima utvrđeno da zavojnica ne samo da inducira struju u drugoj zavojnici, već i kada se struja u ovoj zavojnici promijeni, ona u njoj inducira dodatni EMF. Tako je nazvan EMF samoindukcije. Od velikog je interesa smjer struje. Pokazalo se da je u slučaju EMF-a samoindukcije njegova struja usmjerena protiv svog "roditelja" - struje zbog glavnog EMF-a.

Je li moguće promatrati fenomen samoindukcije? Kako kažu, ništa nije lakše. Sastavit ćemo prva dva - serijski spojenu prigušnicu i žarulju, a drugu - samo žarulju. Spojite ih na bateriju preko zajedničkog prekidača. Kada se uključi, možete vidjeti da se svjetlo u krugu sa zavojnicom pali "nevoljko", a drugo svjetlo, brže "da se diže", pali se trenutno. Što se događa? U oba kruga nakon uključivanja počinje teći struja, koja se mijenja od nule do maksimuma, a samo promjena struje koju čeka zavojnica induktora stvara EMF samoindukcije. Postoji EMF i zatvoreni krug, što znači da postoji i njegova struja, ali je usmjerena suprotno od glavne struje kruga, koja će na kraju dostići maksimalnu vrijednost određenu parametrima kruga i prestati rasti, a budući da nema promjene struje, nema EMF-a samoindukcije. Sve je jednostavno. Slična slika, ali s "točno suprotno", promatra se kada se struja isključi. Njoj vjeran loša navika” kako bi se spriječila bilo kakva promjena struje, samoindukcijski EMF održava svoj tok u krugu nakon što se napajanje isključi.

Odmah se postavilo pitanje - što je fenomen samoindukcije? Utvrđeno je da na EMF samoindukcije utječe brzina promjene struje u vodiču, a možemo napisati:

Iz ovoga se može vidjeti da je EMF samoindukcije E izravno proporcionalan brzini promjene struje dI / dt i koeficijentu proporcionalnosti L, koji se naziva induktivitet. Za svoj doprinos proučavanju pitanja od čega se sastoji fenomen samoindukcije, George Henry je nagrađen činjenicom da jedinica induktivnosti, henry (H), nosi njegovo ime. Upravo induktivitet strujnog strujnog kruga određuje fenomen samoindukcije. Može se zamisliti da je induktivnost svojevrsno "skladište" magnetske energije. Ako se struja u krugu poveća Električna energija pretvara se u magnetsku, odgađa rast struje, a kada se struja smanji, magnetska energija zavojnice pretvara se u električnu energiju i održava struju u krugu.

Vjerojatno su svi morali vidjeti iskru kada je utikač isključen iz utičnice - ovo je najčešća varijanta manifestacije EMF-a samoindukcije u stvaran život. Ali u svakodnevnom životu otvaraju se struje od najviše 10-20 A, a vrijeme otvaranja je oko 20 ms. Uz induktivitet reda 1 H, EMF samoindukcije u ovom slučaju bit će jednak 500 V. Čini se da pitanje od čega se sastoji fenomen samoindukcije nije tako komplicirano. Ali zapravo je samoindukcijski EMF veliki tehnički problem. Zaključak je da kada se strujni krug prekine, kada su se kontakti već raspršili, samoindukcija održava protok struje, a to dovodi do izgaranja kontakata, jer. u tehnologiji se preklapaju krugovi sa strujama od stotina pa čak i tisuća ampera. Ovdje često pričamo o EMF-u samoindukcije u desecima tisuća volti, a to zahtijeva dodatno rješenje tehnički problemi vezani uz prenapone u električnim krugovima.

Ali nije sve tako sumorno. Događa se da je ovaj štetni EMF vrlo koristan, na primjer, u ICE sustavima paljenja. Takav sustav sastoji se od induktora u obliku autotransformatora i sjeckalice. Kroz primarni namot prolazi struja, koju isključuje prekidač. Kao rezultat otvorenog kruga, javlja se EMF samoindukcije od stotine volti (dok baterija daje samo 12V). Nadalje, ovaj napon se dodatno transformira, a na svjećice se dovodi impuls veći od 10 kV.