Az önindukció Emf-je az áramkörben. Mi az önindukció EMF-je

A találmány elektrotechnikára, különösen indukciós áramgenerátorok kialakítására vonatkozik, és felhasználható elektromágneses berendezésekben és elektromos gépekben, például motorokban, generátorokban, transzformátorokban, különösen fokozó transzformátorként. A műszaki eredmény abban áll, hogy a kimeneten megnöveljük az emf-et a szekunder tekercs impulzusfeszültségének alkalmazásával, és olyan szekunder tekercs kialakítást valósítunk meg, amely lehetővé teszi a keletkező impulzusfeszültség közvetlen eltávolítását a generátorból, és ezzel egyidejűleg a primer teljes teljesítményét. és szekunder tekercsek. 6 w.p. f-ly, 2 ill.

A 2524387 számú RF szabadalom rajzai

A találmány elektrotechnikára, különösen impulzusos indukciós áramgenerátorokra vonatkozik.

A jelen találmány célja egy impulzusos önindukciós EMF generátor alkalmazása különböző elektromágneses berendezések és elektromos gépek impulzusos tápellátására, amely lehetővé teszi az impulzusos energiaforrások arzenáljának jelentős bővítését. A technika állása szerint ismert "Indukciós szinkrongenerátor", RU 9811934 7, publikáció. A mágneses mezőállórész armatúra tekercselési áramai. Lehetővé teszi a generátor üzemmódjainak bővítését. A generátor azonban forgó alkatrészeket tartalmaz, ezért megvan az ilyen generátorok összes hátránya, pl. a villamos energia kapcsolásával kapcsolatos problémák nem oldódnak meg. A javasolt kialakításban lehetetlen a szükséges nagyfeszültség elérése.

Ismert "villamosenergia-generátor", RU 9402533 5, közb. 1996.06.10., IPC H02K 19/16, maggal, indukciós tekercssel és gerjesztőtekerccsel ellátott kompozit gyűrűtekercseket tartalmaz. Lehetővé teszi az elektromos generátor teljesítményének növelését, az állórész tekercsének induktív ellenállásának csökkentését, a költségek csökkentését gépészeti munka amikor a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják át és növelik a hatékonyságot. A generátor azonban a tervezési jellemzők miatt nem teszi lehetővé az önindukciós EMF használatát. A generátor forgó alkatrészeket tartalmaz, ezért megvan az ilyen generátorok összes hátránya, pl. a villamos energia kapcsolásával kapcsolatos problémák nem oldódnak meg.

Ismert használati modell„Kombinált elektromágneses tekercselés”, RU 96443 szabadalom, közb. 2010.07.27., IPC H01F 5/00, amelyben két vagy több vezeték van kivezetéssel, és a vezetők dielektrikummal vannak elválasztva. Lehetővé teszi a működési módok bővítését. Azonban mindkét vezetőt primer tekercsként használják, nincs nagyfeszültségű szekunder tekercs, ami nem teszi lehetővé a tekercs nagyfeszültségű transzformátorokban való használatát, és nem biztosítja az indukciós EMF eltávolítását és felhasználását a szekunder tekercsből.

A találmány legközelebbi alkalmazási területe az "Induktív-statikus módszer elektromos energia előállítására és egy eszköz az ennek megvalósítására", RU 2004124018, publik. 2006.01.27., IPC H01F 1/00, amely szerint vannak primer és szekunder tekercsek, amelyek induktort képeznek a szabad mágneses energia átmenetével induktívan függő állapotba, és az indukció EMF-je indukálódik és a mágneses fluxus sűrűsége növekedésével arányos elektromos erő. Lehetővé teszi a mágneses fluxus-tömörítés mértékével kisebb induktivitású szekunder tekercs használatát, amely arányos tömörítést és a generátor elektromos teljesítményének növekedését eredményezi. A módszer indukciós és egyben statikus generálási módszereket alkalmaz. Azonban nem javasolták a generátor szekunder tekercsének kialakítását, amely lehetővé teszi a keletkező impulzusfeszültség és az önindukciós EMF áram közvetlen eltávolítását a generátorból.

Ezenkívül a klasszikus megoldás a legközelebbi megoldás kördiagramm demonstrációs kísérletekhez elektromágneses indukció amikor az áramkör nyitva van. Ez az áramkör (eszköz) funkcionálisan egy önindukciós EMF impulzusgenerátor. A fentiekkel kapcsolatban prototípusként elfogadjuk a rajzon látható telepítést - 424. ábra 231. o., tankönyv: Fizika kurzus, második rész, szerk. "Nauka", Moszkva 1970 Szerzők: L.S. Zsdanov, V.A. Maranjan.

A klasszikus sémában azonban a mag a elektromos acél szerkezetileg nem képes egyszerre két funkciót ellátni a készülékben: egy elektromosan vezető tekercset és egy klasszikus, mint a 424. ábrán látható prototípus mágneses áramkört, azaz egy indukciós tekercs magját (M). A prototípus nem teszi lehetővé az önindukciós EMF közvetlen eltávolítását és használatát, amely a klasszikus indukciós tekercs magjában fordul elő.

A javasolt találmány célja impulzusfeszültségek alkalmazása és a generátor szekunder tekercsének kialakítása, amely lehetővé teszi a keletkező impulzusfeszültség közvetlen eltávolítását a generátorból.

A javasolt műszaki megoldás műszaki eredménye az impulzusos villamosenergia-termelés és -átalakítás eszköztárának jelentős bővítése. Azt állította technikai eredmény annak a ténynek köszönhető, hogy az önindukciós EMF impulzusgenerátor szerkezetileg egyfázisú fokozó transzformátor primer és szekunder tekercseinek formájában van kialakítva szabványban műszaki teljesítmény(figyelembe véve azt a tényt, hogy a szekunder tekercs funkcionálisan elektromos vezető és mágneses áramkör is, javasoljuk, hogy a bemutatott kialakítást a legegyszerűbb indukciós tekercsnek tekintsük, amelynek magja spiráltekercs formájában van kialakítva, és eltávolítható önindukciós EMF belőle) és két vagy több vezetővel vannak felszerelve, amelyeket dielektrikum választ el egymástól, és mindegyik vezetőnek van kivezetése. A generátor abban különbözik, hogy a kisfeszültségű primer tekercs (vezető) spirálszalagból készül, és legalább 2 fordulattal szorosan vagy kis hézaggal van feltekerve, fordulatról fordulásra, a tekercsszalag szélessége 120-200 mm és vastagsága 1-2 mm; a nagyfeszültségű szekunder tekercs (vezető) szintén spirálszalagból készül, a tekercsszalag elektromos szigeteléssel bevont elektromos acélból készült, és legalább 100 fordulattal szorosan vagy kis hézaggal feltekerve, fordulattal fordulat, a szalag készül 120-200 mm széles és legfeljebb 0,1 mm vastag. A primer tekercs elektromosan kapcsolódik a kisfeszültségű akkumulátorhoz egy kapcsolón keresztül, így zárt elektromos áramkört alkotnak, ahol a szekunder tekercs egyben elektromosan vezető tekercs és egy mágneses áramkör is. Ebben az esetben a primer tekercs menetei a szekunder tekercs menetein kívül helyezkednek el úgy, hogy mindkét tekercs egy lépcsős transzformátort képez, amelyben a szekunder tekercs egy nagyfeszültségű transzformátor indukciós tekercse, amely elektromosságot biztosít. a vezetőképesség a külső szigetelőréteggel szigetelt elektromos acél szalagnak köszönhetően, amely egyúttal az elsődleges tekercs funkcióját is ellátja, az EMF eltávolítása a szekunder tekercsszalag végeihez elektromosan csatlakoztatott vezetők segítségével történik, és a megszakítókulcs periodikus működése miatt kapjuk, és a megszakítókulcs működési gyakorisága miatt a szekunder tekercsben keletkező számított impulzusfeszültséget és áramot a képlet adja

ahol - ahol L az áramkör induktivitása vagy az áramkörben lévő áramerősség változási sebessége és az ebből eredő önindukciós EMF közötti arányossági együttható,

- az áramerősség változásának sebessége az elektromos áramkörben

Bizonyos esetekben a primer tekercs készülhet réz vagy alumínium vezetőből, lehet 3 vagy több menetes, a menetek számát a transzformátor áttétele korlátozza: a szekunder tekercs menetszámának aránya a számhoz az átalakítási arányt meghatározó primer tekercs menete, azaz. mennyivel nagyobb a feszültség a szekunder tekercsben, mint a primer tekercsben. Például, akkumulátor akkumulátor Az alacsony feszültség 12-24 V-ra nevezhető, és ez egy forrás egyenáram. Különösen a megszakítókulcs időszakos működését 50 Hz-es váltakozó áram ipari frekvenciájával hajtják végre. Ebben az esetben a frekvenciák bármilyen műszakilag kivitelezhetőek lehetnek, de az 50 Hz jobb, mivel a rendelkezésre álló szabványos átalakítók vagy elektromos készülékek segítségével könnyebben konvertálható vagy fogyasztható. A szekunder tekercsben az önindukció számított EMF-jét különösen az áramkör geometriája és mágneses tulajdonságok mag az elsődleges tekercshez. Így készülhet kontúr alakzattal, amely 150 mm-es vagy annál nagyobb átmérőjű kör alakú, amely az átalakulási aránytól függ, amely meghatározza a szekunder tekercs átmérőjét, a felhasznált elektromos acél vastagságától függően, ill. kerek spirál alakú. Mivel a szekunder tekercs nagyfeszültségű tekercs, és elektromos acélból készül, ez azt jelenti, hogy mágneses tulajdonságait maga az anyag határozza meg (azaz az elektromos acél tényleges mágneses tulajdonságai).

A találmányt a legáltalánosabb formában a rajzok szemléltetik. Különleges tervezés nem korlátozódik a rajzokon látható kiviteli alakokra.

Az 1. ábra a primer és a szekunder tekercs elrendezését, valamint a kulcsos megszakítóval ellátott akkumulátort mutatja.

A 2. ábra mutatja A-A szakasz a csatlakoztatott szekunder és primer tekercsek mentén.

Ezt a műszaki megoldást egy rajz illusztrálja, amely nem fedi le az összes lehetséges tervezési lehetőséget a bemutatott kapcsolási rajzhoz.

Az önindukciós EMF impulzusgenerátor berendezése az 1. és a 2. ábrán (metszetben) látható, és szerkezetileg egyfázisú fokozó transzformátor (és szerkezetileg is a legegyszerűbb indukciós) tekercs), amely primer (1) spirális szalagtekercsből áll (réz vagy alumínium vezető), 2-3 menet 1-2 mm vastag, 120 mm széles, alacsony feszültségű akkumulátorhoz (2) 12-24 V - a egyenáramforrás egy megszakítókulcson (3) keresztül, zárt elektromos áramkört képezve.

Az elektromos szigeteléssel bevont elektromos acél másodlagos nagyfeszültségű spirálszalag tekercsének (4) a menetszáma 100 vagy több, a szalag vastagsága 0,1 mm, szélessége 120 mm.

Az elektromos acélból készült szekunder tekercs (4) egyszerre két funkciót lát el a szerkezetben: egy elektromosan vezető tekercset és egy mágneses áramkört.

Elektromos vezetőként a szekunder tekercs (4) egy emelőtranszformátor nagyfeszültségű indukciós tekercse.

Mágneses áramkörként a szekunder tekercs (4) a klasszikus indukciós tekercs primer tekercsének (2) magja.

Az egyfázisú fokozó transzformátor primer (1) és szekunder (4) tekercselése két vagy több vezetővel (5) van felszerelve, a szekunder tekercs vezetőinek van egy kivezetése (6) - azaz. Az EMF-t a szekunder tekercsszalag végeihez elektromosan csatlakoztatott vezetők (5, 6) segítségével távolítják el, és a megszakítókulcs (3) időszakos működése révén keletkezik. Ezenkívül a szekunder tekercsben keletkező áramokat a képlet számítja ki

ahol L az áramkör induktivitása vagy a primer tekercs áramkörében az áramerősség változásának sebessége (1) és a szekunder tekercsben (2) kialakuló önindukciós EMF közötti arányossági együttható,

- az áramerősség változásának sebessége az elsődleges tekercs (1) elektromos áramkörében a megszakítókulcs (3) miatt.

A kulcs-megszakító (3) időszakos működtetése 50 Hz-es váltakozó áram ipari frekvenciájával történik. A szekunder tekercsben (4) az önindukció számított EMF-jét a szekunder tekercs (4) áramkörének geometriája és a primer tekercs (1) magjának (4) mágneses tulajdonságai biztosítják.

A primer (1) és szekunder (4) tekercsekkel kapott áramkör alakja a bemutatott változatban 150 mm vagy annál nagyobb kerek átmérőjű.

A készülék a következőképpen működik.

Amikor a kulcs (3) lezárja az elsődleges tekercs (1) elektromos áramkörét, mágneses tér keletkezik, amelynek energiája a szekunder tekercs (4) mágneses mezőjében tárolódik.

Az (1) primer tekercs áramkörének kulcsát (3) kinyitva csökkenő áram keletkezik, amely a Lenz-szabály szerint fenntartja a szekunder tekercs (4) indukált indukciójának EMF-jét.

Ennek eredményeként a szekunder tekercs (4) mágneses terében tárolt energia a primer tekercs (1) önindukciós áramának további energiájává alakul, amely táplálja a szekunder tekercs (4) elektromos áramkörét.

A szekunder tekercs (4) áramkörében tárolt mágneses energia mennyiségétől függően az önindukciós áram teljesítménye eltérő lehet, és a jól ismert képlet határozza meg:

Így ez a találmány eléri azt a műszaki eredményt, amely abból áll, hogy a készülék szekunder tekercsének kialakítása, anyaga és kettős funkcionalitása lehetővé teszi a kapott önindukciós EMF eltávolítását és hatékony felhasználását.

A javasolt ipari alkalmazhatósága műszaki megoldás megerősített Általános szabályok fizika. Tehát az önindukció hatását a tankönyv írja le (L. S. Zhdanov, V. A. Marandzhjan, fizika kurzus átlagosnak speciális intézmények, 2. rész villany, szerk. Harmadik, sztereotip, a fizikai és matematikai irodalom főkiadása, M., 1970, 231, 232, 233). Az önindukció az áramkör nyitásakor következik be, ez egyenesen arányos az áramerősség változásának sebességével az elektromos áramkörben. NÁL NÉL hagyományos sémák az önindukció jelensége mindig az áramkör megszakításának pontján fellépő szikra megjelenésével jár együtt. Mivel a javasolt kivitelben a szekunder tekercsben (4) a kialakítása miatt nincs szakadás az elektromos áramkörben, az ebben az áramkörben tárolt mágneses energia mennyiségétől függően a megszakítóáram nem szikrázik, hanem átmegy a megtermelt teljesítménybe. . Így a szekunder tekercs (4) kialakítása során, amikor az elsődleges tekercsben (1) lévő egyenáramú áramkört kinyitják, ennek az áramkörnek a mágneses mezőjében tárolt energia az önindukciós áram energiájává alakul át. szekunder tekercs áramkör (4).

Mivel az elektromotoros erő (EMF) a mennyiség egyenlő a munkával külső erők, esetünkben ez a primer tekercs (1) változó mágneses tere, pozitív töltési egységre vonatkoztatva ez az áramkörben vagy annak szakaszában ható EMF, esetünkben ez a másodlagos tekercselés (4). A külső erők a lánc mentén mozgó töltéseken végzett munkájukkal jellemezhetők, és az EMF mérete egybeesik a potenciál dimenziójával, és ugyanabban az egységben mérik. Ezért az E vektormennyiséget a külső erők térerősségének is nevezik. A külső erők tere esetünkben a primer tekercsben (1) lévő váltakozó mágneses tér miatt keletkezik. Így a zárt áramkörben ható EMF a külső erők térerősségvektorának cirkulációjaként definiálható, azaz. a primer tekercsben (1) fellépő külső erők az elektromos mezőnek a kulcs-megszakító (3) általi megszakítása miatt. Ez a szabály biztosítja az indukciós EMF előfordulását a szekunder tekercsben (4). Ezt a fizikai jelenséget leírja a tankönyv (I. V. Saveljev, Fizika kurzusa, 2. kötet, Villany, 84., 85. o., szerk. Második sztereotip, szerk. Tudomány, a fizikai és matematikai irodalom fő kiadása, M., 1966. ) .

A külső erők mellett erők hatnak a töltésre elektrosztatikus mező, amelyek közvetlenül a szekunder tekercsben (4) fordulnak elő.

A készülék az elektromágneses indukció jelenségét is felhasználja, amelyet a (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, tankönyv, fizika, az egyetemre jelentkezők segítésére, szerk. M., elvégezni az iskolát, 1989).

Így a javasolt találmányban használt generátor eszközként történő kialakítása lehetővé teszi az önindukciós EMF hatékony előállítását, eltávolítását és alkalmazását. Így a készülék elkészíthető ipari módonés ígéretes, hatékony önindukciós EMF impulzusgenerátorként kerül bevezetésre, amely lehetővé teszi az arzenál bővítését technikai eszközökkel elektromos áram impulzustermelésére és átalakítására.

KÖVETELÉS

1. Impulzusos önindukciós emf generátor, primer és szekunder tekercsből álló, egyfázisú emelőtranszformátorként, és két vagy több, dielektrikummal elválasztott vezetővel van felszerelve, és a vezető vezetékekkel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a kisfeszültségű primer tekercs spirálszalagból készül, és legalább két menettel szorosan vagy egymástól kis távolságra van feltekerve, a tekercsszalag 120-200 mm széles és 1-2 mm vastag; a másodlagos nagyfeszültségű tekercs szintén spirálszalagból készül, a tekercsszalag elektromos szigeteléssel bevont elektroacélból készült, legalább 100 fordulattal szorosan vagy egymástól kis távolságra van feltekerve, a szalag 120-200 mm széles és legfeljebb 0 vastagságú, 1 mm, a primer tekercs elektromosan csatlakozik a kisfeszültségű akkumulátorhoz egy megszakítókulcson keresztül, hogy zárt elektromos áramkört képezzen, és a szekunder tekercs egyszerre elektromosan vezető tekercs és mágneses áramkör, míg a a primer tekercs menetei a szekunder tekercs menetein kívül helyezkednek el úgy, hogy mindkét tekercs egy emelőtranszformátort képez, amelyben a szekunder tekercs egy emelőtranszformátor indukciós tekercse, amely elektromos vezetőképességet biztosít elektromos acél szalag külső szigetelőréteggel szigetelve, és egyúttal az elsődleges tekercs magjaként is működik, az emf-et vezetők segítségével eltávolítják , amelyek elektromosan csatlakoznak a másodlagos tekercsszalag végeihez, és a megszakítókulcs időszakos működése miatt érhetők el.

2. Az 1. igénypont szerinti impulzusgenerátor emf önindukció, azzal jellemezve, hogy a primer tekercs réz- vagy alumíniumvezetőből van.

3. Az 1. igénypont szerinti impulzusgenerátor emf önindukció, azzal jellemezve, hogy a primer tekercs három menetes.

4. Az 1. igénypont szerinti impulzusgenerátor emf önindukció, azzal jellemezve, hogy a kisfeszültségű akkumulátor 12-24 V-ra van kialakítva, és egyenáram forrása.

5. Az 1. igénypont szerinti impulzusgenerátoros emf önindukció, azzal jellemezve, hogy a kulcs-megszakító periodikus működése 50 Hz-es váltóáramú ipari frekvenciával történik.

6. Az 1. igénypont szerinti önindukciós impulzusgenerátor, azzal jellemezve, hogy a számított önindukciós emf-et az áramkör geometriája és a primer tekercs magjának mágneses tulajdonságai biztosítják.

7. Az 1. igénypont szerinti impulzusgenerátor emf önindukció, azzal jellemezve, hogy az áramkör alakja kerek, legalább 150 mm átmérőjű.

önindukció

Minden vezető, amelyen elektromos áram folyik, a saját mágneses mezőjében van.

Amikor az áramerősség változik a vezetőben, megváltozik az m.tér, azaz. az áram által keltett mágneses fluxus megváltozik. A mágneses fluxus változása örvény elektromos mező kialakulásához vezet, és az áramkörben indukciós EMF jelenik meg.

Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik.

Önindukció - az indukciós EMF jelensége egy elektromos áramkörben az áramerősség változása következtében.
A kapott emf-et önindukciós emf-nek nevezzük.

Az önindukció jelenségének megnyilvánulása

Az áramkör lezárása

Ha az elektromos áramkör zárva van, az áram megnő, ami a tekercsben a mágneses fluxus növekedését okozza, örvénylő elektromos mező keletkezik, amely az áram ellen irányul, azaz önindukciós EMF lép fel a tekercsben, ami megakadályozza az áramot. az áramkörben való növekedéstől (az örvénytér lelassítja az elektronokat).
Ennek eredményeként az L1 később világít, mint az L2.

Nyitott áramkör

Az elektromos áramkör nyitásakor az áramerősség csökken, a tekercsben csökken a m.áramlás, örvényszerű elektromos tér jelenik meg, áramként irányítva (azonos áramerősség fenntartására hajlamos), pl. A tekercsben megjelenik egy öninduktív emf, amely fenntartja az áramkörben lévő áramot.
Ennek eredményeként az L fényesen villog, ha ki van kapcsolva.

Az elektrotechnikában az önindukció jelensége az áramkör zárásakor nyilvánul meg ( elektromosság fokozatosan növekszik) és az áramkör nyitásakor (az elektromos áram nem tűnik el azonnal).

INDUKTANCE

Mitől függ az önindukció EMF-je?

Az elektromos áram létrehozza a saját mágneses terét. Az áramkörön áthaladó mágneses fluxus arányos a mágneses tér indukciójával (Ф ~ B), az indukció arányos a vezetőben lévő áramerősséggel
(B ~ I), ezért a mágneses fluxus arányos az áramerősséggel (Ф ​​~ I).
Az önindukció EMF függ az áramerősség változásának sebességétől az elektromos áramkörben, a vezető tulajdonságaitól (mérete és alakja), valamint a közeg relatív mágneses permeabilitása, amelyben a vezető található.
Önindukciós együtthatónak vagy induktivitásnak nevezzük azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja az önindukciós EMF függését a vezető méretétől és alakjától, valamint a környezettől, amelyben a vezető található.

Induktivitás - fizikai mennyiség, numerikusan egyenlő az EMF-felönindukció, amely akkor lép fel az áramkörben, amikor az áramerősség 1 amperrel 1 másodperc alatt megváltozik.
Ezenkívül az induktivitás kiszámítható a következő képlettel:

ahol F az áramkörön áthaladó mágneses fluxus, I az áramerősség az áramkörben.

Az induktivitás SI mértékegységei:

A tekercs induktivitása a következőktől függ:
a fordulatok száma, a tekercs mérete és alakja, valamint a közeg relatív mágneses permeabilitása (mag is lehetséges).

ÖNINDUKCIÓS EMF

Az önindukciós EMF megakadályozza az áramerősség növekedését az áramkör bekapcsolásakor és az áramerősség csökkenését az áramkör nyitásakor.

AZ ÁRAM MÁGNESES TERE ENERGIÁJA

Az árammal rendelkező vezető körül mágneses mező van, amelynek energiája van.
Honnan származik? Az elektromos áramkörben lévő áramforrás energiatartalékkal rendelkezik.
Az elektromos áramkör zárásának pillanatában az áramforrás energiája egy részét arra fordítja, hogy leküzdje az önindukciós EMF hatását. Az energia ezen része, amelyet az áram önenergiájának neveznek, mágneses mező kialakításához megy.

A mágneses tér energiája megegyezik az áram önenergiájával.
Az áram önenergiája számszerűen megegyezik azzal a munkával, amelyet az áramforrásnak el kell végeznie az önindukciós EMF leküzdése érdekében, hogy áramot hozzon létre az áramkörben.

Az áram által létrehozott mágneses tér energiája egyenesen arányos az áramerősség négyzetével.
Hol tűnik el a mágneses tér energiája az áram leállása után? - kiemelkedik (amikor egy kellően nagy áramerősségű áramkört kinyitnak, szikra vagy ív keletkezhet)

KÉRDÉSEK AZ ELLENŐRZÉSI MUNKÁHOZ

az "Elektromágneses indukció" témában

1. Soroljon fel 6 módot az indukciós áram elérésére!
2. Az elektromágneses indukció jelensége (definíció).
3. Lenz-szabály.
4. Mágneses fluxus (definíció, rajz, képlet, bejövő mennyiségek, mértékegységeik).
5. Az elektromágneses indukció törvénye (definíció, képlet).
6. Az örvény elektromos tér tulajdonságai.
7. Egyenletes mágneses térben mozgó vezető indukciójának EMF-je (megjelenés oka, rajz, képlet, bemeneti értékek, mértékegységeik).
8. Önindukció (rövid megnyilvánulás az elektrotechnikában, meghatározás).
9. Az önindukció EMF-je (működése és képlete).
10. Induktivitás (definíció, képletek, mértékegységek).
11. Az áram mágneses mezőjének energiája (az a képlet, ahonnan az áram m. mezőjének energiája megjelenik, ahonnan az áram leállásakor eltűnik).

E. d. s. önindukció. E. d. s. Az e L-t, a vezetőben vagy tekercsben az ugyanazon a vezetőn vagy tekercsen áthaladó áram által létrehozott mágneses fluxus változása következtében létrejövő indukciót e-nek nevezzük. d.s. önindukció (60. ábra). Ez az e. d.s. Bármilyen áramváltozás esetén bekövetkezik, például elektromos áramkörök zárásakor és nyitásakor, amikor az elektromos motorok terhelése megváltozik, stb. Minél gyorsabban változik az áram egy vezetőben vagy tekercsben, annál nagyobb a változás sebessége a behatoló mágneses fluxusban. és a nagyobb e. d.s. önindukció indukálódik bennük. Például e. d.s. önindukció e L akkor lép fel az AB vezetőben (lásd 54. ábra), amikor a rajta átfolyó áram i 1 megváltozik. Ezért a változó mágneses tér pl. d.s. ugyanabban a vezetőben, amelyben a mezőt létrehozó áram változik.

Irány e. d.s. az önindukciót Lenz szabálya határozza meg. E. d. s. az önindukciónak mindig van olyan iránya, amelyben megakadályozza az azt okozó áram változását. Következésképpen a vezetőben (tekercsben) növekvő áram hatására az e. d.s. az önindukció az áram ellen irányul, azaz megakadályozza annak növekedését (61. ábra, a), és fordítva, amikor a vezetőben (tekercsben) csökken az áram, pl. d.s. önindukció, irányában egybeesik az árammal, azaz megakadályozza annak csökkenését (61. ábra, b). Ha a tekercsben az áramerősség nem változik, akkor pl. d.s. önindukció nem következik be.

A fenti iránymeghatározási szabályból e. d.s. önindukcióból következik, hogy ez az e. d.s. fékező hatással van az elektromos áramkörök áramváltozására. Ebben a tekintetben hatása hasonló a tehetetlenségi erő hatásához, amely megakadályozza a test helyzetének megváltozását. Egy R ellenállású ellenállásból és K tekercsből álló elektromos áramkörben (62. ábra, a) az U és e forrásfeszültség együttes hatására i áram jön létre. d.s. önindukció e L indukálva a tekercsben. Amikor a vizsgált áramkört az e. d.s. önindukció e L (lásd a szilárd nyilat) gátolja az áramerősség növekedését. Ezért az i áram eléri az állandó értéket I \u003d U / R (Ohm törvénye szerint) nem azonnal, hanem egy bizonyos idő alatt (62. ábra, b). Ezalatt az elektromos áramkörben tranziens folyamat megy végbe, melynek során e L és i változik. Pontosan

továbbá az elektromos áramkör kikapcsolásakor az i áram nem azonnal csökken nullára, hanem az e. d.s. e L (lásd a szaggatott nyilat) fokozatosan csökken.

Induktivitás. Különféle vezetők (tekercsek) azon képessége, hogy e. d.s. az önindukciót az L induktivitás becsüli meg. Megmutatja, hogy melyik pl. d.s. adott vezetőben (tekercsben) önindukció lép fel, amikor az áramerősség 1 A-val változik 1 másodpercig. Az induktivitás mérése Henry-ben (H), 1 H = 1 Ohm*s. A gyakorlatban az induktivitást gyakran henry-mikrohenry ezredrészében (mH) és henry-mikrohenry ezredrészében (µH) mérik.

A tekercs induktivitása függ a tekercs fordulatszámától? és mágneses áramkörének R m mágneses ellenállása, azaz mágneses permeabilitása? és geometriai méretek l és s. Ha a tekercsbe acélmagot helyezünk, annak induktivitása a tekercs mágneses terének felerősítése miatt meredeken megnő. Ebben az esetben az 1 A-es áram sokkal nagyobb mágneses fluxust hoz létre, mint egy mag nélküli tekercsben.

Az L induktivitás fogalmát használva megkaphatjuk e-re. d.s. önindukció a következő képlet szerint:

e L = – L ?i / ?t (53)

Hol van i a vezetőben (tekercsben) lévő áram változása egy idő alatt? t.

Ennélfogva, e. d.s. az önindukció arányos az áram változási sebességével.

Egyenáramú áramkörök be- és kikapcsolása induktorral. Ha egy R-t és L-t tartalmazó elektromos áramkör U feszültségű egyenáramú forrásához csatlakozik egy B1 kapcsolóval (63. ábra, a), az i áram az általam beállított állandó értékre = U / R nem azonnal nő, mivel e. d.s. az induktivitásban fellépő önindukció e L a rákapcsolt V feszültség ellen hat és megakadályozza az áram emelkedését. A vizsgált folyamatra az i áram (63. ábra, b) és az u a és u L feszültségek fokozatos változása a görbék mentén jellemző - kiállítók. Az i, u a és u L megváltoztatását a jelzett görbék mentén hívjuk időszakos.

Az áramkörben az áramerősség növekedési ütemét és az u a és u L feszültségek változását a következőképpen jellemzi: áramköri időállandó

T=L/R (54)

Mérése másodpercben történik, csak az adott áramkör R és L paramétereitől függ, és lehetővé teszi az áramváltozási folyamat időtartamának becslését ábrázolás nélkül. Ez az időtartam elméletileg végtelen. A gyakorlatban általában úgy gondolják, hogy ez (3-4) T. Ezalatt az áramkörben az áram eléri az állandó érték 95-98%-át. Ezért minél nagyobb az ellenállás és minél kisebb az L induktivitás, annál gyorsabban változik az áram az induktivitású elektromos áramkörökben. A T időállandó egy aperiodikus folyamatban egy AB szakaszként definiálható, amelyet az origóból a kérdéses görbére húzott érintő (például i áram) vág le a mennyiség állandó értékének megfelelő egyenesen.
Az induktivitásnak az áramváltozás folyamatát lelassító tulajdonságát arra használják, hogy késleltetéseket hozzanak létre különböző eszközök aktiválásakor (például a homokozók működésének vezérlésekor a mozdony kerekei alatti homokrészek időszakos ellátására). Az elektromágneses időrelé működése is ennek a jelenségnek a felhasználásán alapul (lásd 94. §).

Kapcsolási túlfeszültségek. E különösen erős. d.s. önindukció a tekercseket tartalmazó áramkörök nyitásakor egy nagy szám fordulatokkal és acélmaggal (például generátorok, villanymotorok, transzformátorok tekercselése stb.), azaz nagy induktivitású áramkörök. Ebben az esetben a kapott e. d.s. önindukció e L sokszorosan meghaladhatja a forrás U feszültségét, és ezzel összegezve túlfeszültséget okozhat az elektromos áramkörökben (64. ábra, a), ún. átkapcsolás(amikor előfordul átkapcsolás- elektromos áramkörök kapcsolása). Veszélyesek az elektromos motorok, generátorok és transzformátorok tekercselésére, mivel szigetelésük tönkremenetelét okozhatják.

Nagy e. d.s. az önindukció is hozzájárul az elektromos szikra vagy ív kialakulásához az elektromos áramkört kapcsoló elektromos készülékekben. Például a késkapcsoló érintkezőinek kinyitásának pillanatában (64. ábra, b) a keletkező e. d.s. az önindukció nagymértékben megnöveli a kapcsoló nyitott érintkezői közötti potenciálkülönbséget és áttöri a légrést. A kapott elektromos ív támogatott, egy ideig e. d.s. önindukció, ami így késlelteti az áramkörben lévő áram kikapcsolásának folyamatát. Ez a jelenség nagyon nem kívánatos, mivel az ív megolvasztja a leválasztó eszközök érintkezőit, ami gyors meghibásodáshoz vezet. Ezért minden elektromos áramkörök nyitására használt készülékben speciális ívoltó készülékek vannak felszerelve, amelyek biztosítják az ívkioltás felgyorsítását.

Ezenkívül jelentős induktivitású áramkörökben (például generátorok gerjesztő tekercseiben) párhuzamosan R-L láncok(azaz a megfelelő tekercs) tartalmaznak egy R p kisülési ellenállást (65. ábra, a). Ebben az esetben a B1 kapcsoló kikapcsolása után az R-L áramkör nem szakad meg, hanem az R p ellenállásra záródik. Az i áramkörben az áramerősség nem azonnal, hanem fokozatosan - exponenciálisan csökken (65.6. ábra), mivel pl. d.s. Az L induktivitásban fellépő e L önindukció megakadályozza az áramerősség csökkenését. A kisülési ellenálláson lévő u p feszültség szintén exponenciálisan változik az áramváltozási folyamat során. Ez egyenlő az R-L áramkörre, azaz a megfelelő kapcsaira adott feszültséggel.

áram tekercselés. A kezdeti pillanatban U p start = UR p / R, azaz a kisülési ellenállás ellenállásától függ; magas Rp értékeknél ez a feszültség túl magas lehet, és veszélyes lehet a szigetelésre villanyszerelés. A gyakorlatban a keletkező túlfeszültségek korlátozása érdekében a kisülési ellenállás R p ellenállását legfeljebb a megfelelő tekercs R ellenállásának 4-8-szorosára kell venni.

Az átmeneti folyamatok előfordulásának feltételei. A fent tárgyalt folyamatokat az R-L áramkör be- és kikapcsolásakor hívjuk tranziensek. Felmerülnek a forrás vagy az áramkör egyes szakaszainak be- és kikapcsolásakor, valamint az üzemmód megváltoztatásakor például a terhelés hirtelen megváltozásával, szakadásokkal és rövidzárlatokkal. Ugyanezek az átmeneti folyamatok mennek végbe, amikor meghatározott feltételek valamint C kapacitású kondenzátorokat tartalmazó áramkörökben. Egyes esetekben a tranziens folyamatok veszélyesek a forrásokra és a vevőkre, mivel az így létrejövő áramok és feszültségek sokszor nagyobbak lehetnek, mint a névleges értékek amelyekre ezeket az eszközöket tervezték. Az elektromos berendezések egyes elemeiben, különösen az ipari elektronikai eszközökben azonban a tranziensek működési módok.

Fizikailag a tranziens folyamatok előfordulását az magyarázza, hogy az induktorok és a kondenzátorok energiatároló eszközök, és az energia felhalmozódása és felszabadulása ezekben az elemekben nem mehet végbe azonnal, ezért az induktorban lévő áram és a kondenzátoron lévő feszültség nem változhat azonnal. Az áramkör R, L és C értékei határozzák meg a tranziens folyamat idejét, amely során az áramkör be-, kikapcsolásakor és üzemmódjának megváltoztatásakor az áram és a feszültség fokozatos változása következik be. és a másodperc törtrészei és mértékegységei lehetnek. A tranziens vége után az áram és a feszültség új értékeket kap, amelyeket ún alapított.

Elektromágneses indukció - elektromos áramok generálása mágneses mezők által, amelyek idővel változnak. Ennek a jelenségnek Faraday és Henry felfedezése bizonyos szimmetriát vezetett be az elektromágnesesség világába. Maxwellnek az egyik elméletben sikerült tudást gyűjtenie az elektromosságról és a mágnesességről. Kutatásai megjósolták a létezést elektromágneses hullámok kísérleti megfigyelések előtt. A Hertz bebizonyította létezésüket, és megnyitotta a távközlés korszakát az emberiség előtt.

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

Faraday kísérletei

Faraday és Lenz törvényei

Az elektromos áramok mágneses hatást keltenek. Lehetséges, hogy egy mágneses mező elektromosat generál? Faraday felfedezte, hogy a kívánt hatások a mágneses tér időbeli változásai miatt jelentkeznek.

Amikor egy vezetőt egy változó keresztez mágneses fluxus, elektromotoros erő indukálódik benne, ami elektromos áramot okoz. Az áramot előállító rendszer lehet állandó mágnes vagy elektromágnes.

Az elektromágneses indukció jelenségét két törvény szabályozza: Faraday és Lenz.

A Lenz-törvény lehetővé teszi, hogy az elektromotoros erőt annak irányában jellemezzük.

Fontos! Az indukált emf iránya olyan, hogy az általa előidézett áram hajlamos szembeszállni az azt létrehozó okkal.

Faraday észrevette, hogy az indukált áram intenzitása növekszik, ha a szám gyorsabban változik. erővonalak, átlépve a kontúrt. Más szóval, az elektromágneses indukció EMF-je közvetlenül függ a mozgó mágneses fluxus sebességétől.

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

EMF indukció

Az indukciós emf képlet a következőképpen definiálható:

E \u003d - dF / dt.

A "-" jel azt mutatja, hogy az indukált emf polaritása hogyan függ össze a fluxus előjelével és a változó sebességgel.

Megkapjuk az elektromágneses indukció törvényének általános megfogalmazását, amelyből az adott esetekre vonatkozó kifejezések származtathatók.

A vezeték mozgása mágneses térben

Ha egy l hosszúságú vezeték B indukciójú mágneses térben mozog, akkor EMF indukálódik benne, arányos v lineáris sebességével. Az EMF kiszámításához a következő képletet kell használni:

• a vezető mágneses tér irányára merőleges mozgása esetén:

E \u003d - B x l x v;

• eltérő α szögben történő mozgás esetén:

E \u003d - B x l x v x sin α.

Az indukált emf és az áram abba az irányba lesz irányítva, amelyet a szabály segítségével találunk jobb kéz: Ha a kezét merőlegesen helyezi a mágneses erővonalakra, és hüvelykujjával a vezető mozgásának irányába mutat, a maradék négy kiegyenesedett ujjal megtudhatja az EMF irányát.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Vezeték mozgatása MP-ben" width="600" height="429">!}

Vezeték mozgatása MP-ben

Forgó tekercs

Az elektromos áramfejlesztő működése az MP-ben lévő áramkör forgásán alapul, amelynek N fordulata van.

EMF indukálódik az elektromos áramkörben, amikor a mágneses fluxus áthalad rajta, a Ф = B x S x cos α mágneses fluxus definíciójának megfelelően (a mágneses indukció szorozva azzal a felülettel, amelyen az MP áthalad, és a mágneses fluxus koszinuszával). a B vektor és az S síkra merőleges egyenes által alkotott szög).

A képletből az következik, hogy F a következő esetekben változhat:

• az MF intenzitása változik - a B vektor;
• a körvonal által határolt terület változik;
• a köztük lévő, a szög által adott tájolás megváltozik.

Faraday első kísérleteiben a B mágneses tér megváltoztatásával indukált áramokat kaptak. Azonban lehetséges az EMF előidézése a mágnes mozgatása vagy az áramerősség megváltoztatása nélkül, hanem egyszerűen a tekercs tengelye körüli forgatásával a mágneses térben. Ebben az esetben a mágneses fluxus az α szög változása miatt változik. A tekercs forgás közben keresztezi az MP vonalait, emf keletkezik.

Ha a tekercs egyenletesen forog, ez a periodikus változás a mágneses fluxus periodikus változását eredményezi. Vagy a másodpercenként keresztezett MF erővonalak száma egyenlő időközönként egyenlő értékeket vesz fel.

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

Kontúr elforgatása MP-ben

Fontos! Az indukált emf az orientációval idővel pozitívról negatívra változik, és fordítva. Az EMF grafikus ábrázolása szinuszos vonal.

Az elektromágneses indukció EMF képletére a következő kifejezést használjuk:

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

• S az egy fordulattal vagy kerettel korlátozott terület;
• N a fordulatok száma;
• ω az a szögsebesség, amellyel a tekercs forog;
• B – MF indukció;
• α = ωt szög.

A gyakorlatban a generátorokban gyakran a tekercs mozdulatlan marad (állórész), és az elektromágnes forog körülötte (rotor).

EMF önindukció

Amikor áthalad a tekercsen váltakozó áram, változó mágneses teret hoz létre, amelynek változó mágneses fluxusa EMF-et indukál. Ezt a hatást önindukciónak nevezik.

Mivel az MP arányos az áram intenzitásával, akkor:

ahol L a geometriai mennyiségekkel meghatározott induktivitás (H): a menetek száma egységnyi hosszon és keresztmetszetük méretei.

Az indukciós emf esetében a képlet a következőképpen alakul:

E \u003d - L x dI / dt.

Kölcsönös indukció

Ha két tekercs van egymás mellett, akkor kölcsönös indukciós EMF indukálódik bennük, mindkét áramkör geometriájától és egymáshoz viszonyított orientációjától függően. Az áramkörök szétválasztásának növekedésével a kölcsönös induktivitás csökken, mivel az őket összekötő mágneses fluxus csökken.

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

Kölcsönös indukció

Legyen két tekercs. Egy N1 menetű tekercs vezetékén keresztül az I1 áram folyik, ami egy MF-et hoz létre, amely N2 fordulattal halad át a tekercsen. Azután:

1. A második tekercs kölcsönös induktivitása az elsőhöz képest:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Mágneses fluxus:

F21 = (M21/N2) x 11;

1. Keresse meg az indukált emf-et:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dl/dt;

1. Az EMF azonos módon indukálódik az első tekercsben:

E1 = -M12 x dl2/dt;

Fontos! Az egyik tekercsben a kölcsönös induktivitás által okozott elektromotoros erő mindig arányos a másik tekercs elektromos áramának változásával.

A kölcsönös induktivitás egyenlőnek tekinthető:

M12 = M21 = M.

Ennek megfelelően E1 = -MxdI2/dt és E2 = MxdI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

ahol K a csatolási együttható két induktivitás között.

A kölcsönös induktivitás jelenségét transzformátorokban használják - olyan elektromos eszközökben, amelyek lehetővé teszik a váltakozó elektromos áram feszültségének értékét. A készülék két tekercsből áll egy mag köré. Az elsőben lévő áram változó mágneses teret hoz létre a mágneses körben, és elektromos áramot a másik tekercsben. Ha az első tekercs fordulatszáma kisebb, mint a másiké, a feszültség nő, és fordítva.

Az indukció az elektrotechnikában az áram fellépését jelenti egy elektromos zárt áramkörben, ha az változó állapotban van.Csak kétszáz éve fedezte fel Michael Faraday. Sokkal korábban ezt André Ampère is megtehette volna, aki hasonló kísérleteket végzett. Fémrudat szúrt a tekercsbe, majd balszerencse miatt bement egy másik szobába, hogy megnézze a galvanométer tűjét – és az hirtelen megmozdult. A nyíl pedig rendszeresen tette a dolgát – eltért, de míg Ampere a szobákban vándorolt ​​– nullára tért vissza. Így várt még tíz évet az önindukció jelensége, amíg a tekercs, a készülék és a kutató egyszerre került a megfelelő helyre.

A kísérlet lényege az volt, hogy az indukciós emf csak akkor lép fel, ha a zárt áramkörön áthaladó mágneses tér megváltozik. De tetszés szerint megváltoztathatja - vagy módosíthatja magának a mágneses mezőnek az értékét, vagy egyszerűen mozgathatja a mező forrását ugyanahhoz a zárt hurokhoz képest. Az ebben az esetben felmerülő emf-et „kölcsönös indukció emf-jének” nevezték. De ez csak a felfedezések kezdete volt az indukció területén. Még meglepőbb volt az önindukció jelensége, amelyet nagyjából ugyanabban az időben fedezett fel. Kísérleteiben azt találták, hogy a tekercs nemcsak áramot indukált egy másik tekercsben, hanem amikor ebben a tekercsben megváltozott az áram, további EMF-et indukált benne. Tehát az önindukció EMF-jének hívták. Nagyon érdekes az áram iránya. Kiderült, hogy az önindukciós EMF esetében az áram a „szülője” ellen irányul - a fő EMF miatti áram.

Megfigyelhető-e az önindukció jelensége? Ahogy mondják, semmi sem könnyebb. Összeszereljük az első kettőt - egy sorba kapcsolt induktort és egy izzót, a másodikat pedig csak egy izzót. Csatlakoztassa őket az akkumulátorhoz egy közös kapcsolón keresztül. Bekapcsoláskor láthatja, hogy a tekercses áramkörben a lámpa „keletlenül” világít, és a második, gyorsabban „emelkedni” lámpa azonnal kigyullad. Mi történik? Mindkét áramkörben a bekapcsolás után elkezd folyni az áram, és nulláról a maximumra változik, és az induktortekercs éppen az áramváltozásra vár, ami generálja az önindukciós EMF-et. Van egy EMF és egy zárt áramkör, ami azt jelenti, hogy van az áramköre is, de az az áramkör főáramával ellentétes irányban van irányítva, ami végül eléri az áramkör paraméterei által meghatározott maximális értéket és megáll a növekedés, és mivel nincs változás az áramban, nincs önindukciós EMF. Minden egyszerű. Hasonló kép figyelhető meg, de „pont az ellenkezőjével”, amikor az áramot kikapcsolják. Hűséges hozzá rossz szokás” az áramváltozás ellensúlyozására az önindukciós EMF fenntartja áramlását az áramkörben a tápfeszültség kikapcsolása után.

Azonnal felmerült a kérdés – mi az önindukció jelensége? Megállapították, hogy az önindukció EMF-jét befolyásolja a vezetőben lévő áram változási sebessége, és ezt írhatjuk:

Ebből látható, hogy az E önindukció EMF egyenesen arányos az áram dI / dt változási sebességével és az L arányossági együtthatóval, amelyet induktivitásnak nevezünk. Az önindukció jelenségének mibenléte kérdésének vizsgálatához való hozzájárulásáért George Henryt azzal a ténnyel jutalmazták, hogy az induktivitás mértékegysége, a henry (H) az ő nevét viseli. Az áramkör induktivitása határozza meg az önindukció jelenségét. Elképzelhető, hogy az induktivitás a mágneses energia egyfajta „tárolója”. Ha az áramkörben nő az áram Elektromos energia mágnesessé alakul, késlelteti az áram növekedését, és amikor az áram csökken, a tekercs mágneses energiája elektromos energiává alakul, és fenntartja az áramot az áramkörben.

Valószínűleg mindenkinek szikrát kellett látnia, amikor a dugót kikapcsolták a konnektorból - ez az önindukciós EMF megnyilvánulásának leggyakoribb változata való élet. De a mindennapi életben legfeljebb 10-20 A áramot nyitnak meg, és a nyitási idő körülbelül 20 ms. 1 H nagyságrendű induktivitás esetén az önindukció EMF-je ebben az esetben 500 V lesz. Úgy tűnik, hogy nem olyan bonyolult az a kérdés, hogy miből áll az önindukció jelensége. Valójában azonban az önindukciós EMF nagy technikai probléma. A lényeg az, hogy amikor az áramkör megszakad, amikor az érintkezők már szétszóródtak, az önindukció fenntartja az áram áramlását, és ez az érintkezők kiégéséhez vezet, mert. a technikában több száz, sőt több ezer amper áramú áramkörök kapcsolódnak. Itt gyakran beszélgetünk az önindukció EMF-jéről több tízezer voltban, és ez megköveteli kiegészítő megoldás az elektromos áramkörök túlfeszültségeivel kapcsolatos műszaki kérdések.

De nem minden olyan borús. Előfordul, hogy ez a káros EMF nagyon hasznos, például az ICE gyújtórendszerekben. Egy ilyen rendszer egy autotranszformátor formájú induktorból és egy szaggatóból áll. A primer tekercsen áram folyik át, amelyet egy megszakító kapcsol le. A szakadt áramkör eredményeként több száz voltos önindukciós EMF lép fel (miközben az akkumulátor csak 12 V-ot ad). Ezenkívül ezt a feszültséget tovább alakítják, és a gyújtógyertyákhoz 10 kV-nál nagyobb impulzus kerül.