Definizione di autoinduzione EDS. Qual è l'EMF di autoinduzione

L'invenzione riguarda l'elettrotecnica, in particolare la progettazione di generatori di corrente ad induzione, e può essere utilizzata in impianti elettromagnetici e macchine elettriche, quali motori, generatori, trasformatori, in particolare come trasformatore elevatore. Il risultato tecnico consiste nell'aumentare la fem in uscita utilizzando tensioni pulsate sull'avvolgimento secondario e implementando un design dell'avvolgimento secondario che consentirebbe la rimozione diretta della tensione pulsata risultante dal generatore, e allo stesso tempo la potenza totale del primario e avvolgimenti secondari. 6 p.p. f-ly, 2 ill.

Disegni al brevetto RF 2524387

L'invenzione riguarda l'ingegneria elettrica, in particolare la progettazione di generatori di corrente ad induzione pulsata.

Lo scopo della presente invenzione è l'uso di un generatore di impulsi Autoinduzione EMF per fornire alimentazione pulsata per varie installazioni elettromagnetiche e macchine elettriche, che consente di espandere significativamente l'arsenale di fonti di energia pulsata. La tecnica nota nota "Generatore sincrono a induzione", domanda RU 9811934 7, publ. 09/10/2000, IPC H02K 21/14, utilizzando le correnti dell'avvolgimento statorico, sulla cui armatura pulsano le correnti, e l'induttore (rotore), realizzato protetto da campo magnetico correnti di avvolgimento dell'indotto dello statore. Consente di espandere le modalità di funzionamento del generatore. Tuttavia, il generatore contiene parti rotanti e, pertanto, presenta tutti gli svantaggi di tali generatori, ad es. i problemi legati alla commutazione dell'energia elettrica non sono risolti. Nel progetto proposto, è impossibile ottenere l'alta tensione richiesta.

Conosciuto per Generatore energia elettrica", domanda RU 9402533 5, publ. 06/10/1996, IPC H02K 19/16, contenente avvolgimenti ad anello compositi con un nucleo, una bobina di induzione e un avvolgimento di eccitazione. Consente di aumentare le prestazioni del generatore di energia elettrica, ridurre la resistenza induttiva dell'avvolgimento statorico, ridurre il costo di lavoro meccanico durante la conversione di energia meccanica in energia elettrica e aumentare l'efficienza. Tuttavia, il generatore, per le caratteristiche del design, non consente l'uso di campi elettromagnetici ad autoinduzione. Il generatore contiene parti rotanti e, quindi, presenta tutti gli svantaggi di tali generatori, ad es. i problemi legati alla commutazione dell'energia elettrica non sono risolti.

Conosciuto modello di utilità"Avvolgimento elettromagnetico combinato", brevetto RU 96443, publ. 27/07/2010, IPC H01F 5/00, in cui sono presenti due o più conduttori con conduttori, e i conduttori sono separati da un dielettrico. Consente di espandere le modalità di funzionamento. Tuttavia, entrambi i conduttori sono utilizzati come avvolgimento primario, non esiste un avvolgimento secondario ad alta tensione, che non consente l'utilizzo dell'avvolgimento nei trasformatori ad alta tensione e inoltre non garantisce la rimozione e l'uso dell'EMF a induzione dall'avvolgimento secondario.

L'applicazione più vicina all'invenzione è "Metodo induttivo-statico per la generazione di energia elettrica e dispositivo per la sua attuazione", RU 2004124018, publ. 27/01/2006, IPC H01F 1/00, secondo il quale ci sono avvolgimenti primari e secondari che formano un induttore con il passaggio dell'energia magnetica libera a uno stato induttivamente dipendente, e l'EMF di induzione è indotto e la densità del flusso magnetico si ottiene, proporzionale all'aumento energia elettrica. Consente l'utilizzo di un avvolgimento secondario con un'induttanza inferiore alla quantità di compattazione del flusso magnetico, che ottiene una compattazione proporzionale e un aumento della potenza elettrica del generatore. Il metodo utilizza metodi di generazione a induzione e, allo stesso tempo, statici. Tuttavia, non è stato proposto il progetto dell'avvolgimento secondario del generatore, che consente la rimozione diretta dal generatore della tensione pulsata risultante e della corrente EMF di autoinduzione.

Inoltre, la soluzione più vicina è la classica schema elettrico per esperimenti dimostrativi induzione elettromagnetica quando il circuito è aperto. Questo circuito (dispositivo) è funzionalmente un generatore di impulsi EMF ad autoinduzione. In relazione a quanto sopra, come prototipo, accettiamo l'installazione mostrata nel disegno - Fig. 424 p. 231, libro di testo: Corso di Fisica, parte seconda, ed. "Nauka", Mosca 1970 Autori: L.S. Zhdanov, VA Maranjan.

Tuttavia, nello schema classico, il nucleo di acciaio elettrico strutturalmente non è in grado di svolgere contemporaneamente due funzioni nel dispositivo: un avvolgimento elettricamente conduttivo e un classico, come in Fig. 424 prototipo, circuito magnetico, ovvero il nucleo (M) di una bobina di induzione. Il prototipo non consente la rimozione diretta e l'uso dell'EMF di autoinduzione che si verifica nel nucleo di una bobina di induzione classica.

Scopo della proposta invenzione è l'utilizzo di tensioni impulsive e la realizzazione del progetto dell'avvolgimento secondario del generatore, che consenta la rimozione diretta dal generatore della tensione impulsiva risultante.

Il risultato tecnico fornito dalla soluzione tecnica proposta è un significativo ampliamento dell'arsenale di mezzi per la generazione pulsata e la conversione dell'elettricità. Ha sostenuto risultato tecnico fornito dal fatto che il generatore di impulsi EMF ad autoinduzione è strutturalmente progettato sotto forma di avvolgimenti primari e secondari di un trasformatore step-up monofase in uno standard prestazione tecnica(tenendo conto del fatto che l'avvolgimento secondario è sia funzionalmente un conduttore elettrico che un circuito magnetico, si propone di considerare il progetto presentato come la bobina di induzione più semplice con un nucleo progettato sotto forma di una bobina a spirale con la possibilità di rimuovere autoinduzione EMF da esso) e sono dotati di due o più conduttori, separati da un dielettrico e ogni conduttore ha terminali. Il generatore si differenzia per il fatto che l'avvolgimento primario (conduttore) di bassa tensione è costituito da nastro a spirale e ha almeno 2 giri avvolti strettamente o con un piccolo spazio, giro per giro, il nastro di avvolgimento è realizzato con una larghezza da 120 a 200 mm e uno spessore da 1 a 2 mm; l'avvolgimento secondario (conduttore) di alta tensione è anch'esso in nastro a spirale, il nastro di avvolgimento è in acciaio elettrico rivestito di isolamento elettrico e presenta almeno 100 spire avvolte strettamente o con un piccolo spazio, giro per giro, il nastro è realizzato con una larghezza da 120 a 200 mm e uno spessore non superiore a 0,1 mm. L'avvolgimento primario è collegato elettricamente alla batteria di accumulo a bassa tensione tramite un interruttore per formare un circuito elettrico chiuso, dove l'avvolgimento secondario è sia un avvolgimento elettricamente conduttivo che un circuito magnetico. In questo caso, le spire dell'avvolgimento primario si trovano all'esterno delle spire dell'avvolgimento secondario in modo tale che entrambi gli avvolgimenti formino un trasformatore elevatore, in cui l'avvolgimento secondario è una bobina di induzione di un trasformatore ad alta tensione, fornendo conducibilità dovuta al nastro di acciaio elettrico isolato con uno strato esterno di isolante e, allo stesso tempo, svolge la funzione di nucleo per l'avvolgimento primario, l'EMF viene rimosso per mezzo di conduttori collegati elettricamente alle estremità del nastro dell'avvolgimento secondario, e si ottiene a causa del funzionamento periodico della chiave dell'interruttore e, a causa della frequenza di funzionamento della chiave dell'interruttore, la tensione e la corrente dell'impulso calcolate che si verificano nell'avvolgimento secondario sono fornite dalla formula

dove - dove L è l'induttanza del circuito o il coefficiente di proporzionalità tra la velocità di variazione dell'intensità di corrente nel circuito e l'EMF risultante di autoinduzione,

- la velocità di variazione dell'intensità della corrente nel circuito elettrico

In casi particolari l'avvolgimento primario può essere costituito da un conduttore in rame o alluminio, può avere 3 spire o più, il numero di spire è limitato dal rapporto del trasformatore: il rapporto tra il numero di spire del secondario e il numero di giri dell'avvolgimento primario, che determina il rapporto di trasformazione, cioè quanta tensione nell'avvolgimento secondario è maggiore che nel primario. Per esempio, batteria di accumulatori la bassa tensione può essere valutata a 12-24 volt ed è una sorgente corrente continua. In particolare, l'azionamento periodico della chiave dell'interruttore viene effettuato con una frequenza industriale di corrente alternata di 50 Hz. In questo caso, le frequenze possono essere tecnicamente possibili per l'implementazione, ma 50 Hz è meglio, poiché è più facile convertirlo o consumarlo utilizzando i convertitori standard o gli apparecchi elettrici disponibili. L'EMF calcolato di autoinduzione nell'avvolgimento secondario è fornito, in particolare, dalla geometria del circuito e dalle proprietà magnetiche del nucleo per l'avvolgimento primario. Quindi può essere realizzato con una sagoma di contorno, che viene realizzata in tondo con un diametro di 150 mm o più, che dipende dal rapporto di trasformazione, che determina il diametro dell'avvolgimento secondario, a seconda dello spessore dell'acciaio elettrico utilizzato, oppure una forma rotonda a spirale. Poiché l'avvolgimento secondario è un avvolgimento ad alta tensione ed è realizzato in acciaio elettrico, ciò significa che le sue proprietà magnetiche sono determinate dal materiale stesso (cioè le effettive proprietà magnetiche dell'acciaio elettrico).

L'invenzione nella forma più generale è illustrata nei disegni. specifica design non è limitato alle forme di realizzazione mostrate nei disegni.

La figura 1 mostra la disposizione degli avvolgimenti primari e secondari e una batteria con interruttore a chiave.

La figura 2 mostra sezione A-A lungo gli avvolgimenti secondari e primari collegati.

Questa soluzione tecnica è illustrata da un disegno, che non copre tutte le possibili opzioni di progettazione per lo schema di collegamento presentato.

Il dispositivo del generatore di impulsi EMF di autoinduzione è mostrato nella figura 1 e nella figura 2 (in sezione) e questo dispositivo è strutturalmente realizzato sotto forma di un trasformatore step-up monofase (e anche strutturalmente è l'induzione più semplice bobina), che consiste in un primario (1) avvolgimento di nastro a spirale (conduttore in rame o alluminio), 2-3 spire 1-2 mm di spessore, 120 mm di larghezza, collegato a una batteria a bassa tensione (2) 12-24 V - a sorgente di corrente continua attraverso una chiave dell'interruttore (3), formando un circuito elettrico chiuso .

Avvolgimento secondario a spirale ad alta tensione (4) in acciaio elettrico rivestito con isolamento elettrico, ha un numero di spire di 100 o più, spessore del nastro 0,1 mm, larghezza 120 mm.

L'avvolgimento secondario (4) in acciaio elettrico svolge contemporaneamente due funzioni nella struttura: un avvolgimento elettricamente conduttivo e un circuito magnetico.

In quanto conduttore elettrico, l'avvolgimento secondario (4) è la bobina di induzione ad alta tensione di un trasformatore elevatore.

In quanto circuito magnetico, l'avvolgimento secondario (4) è il nucleo dell'avvolgimento primario (2) di una classica bobina di induzione.

Gli avvolgimenti primari (1) e secondari (4) di un trasformatore elevatore monofase sono dotati di due o più conduttori (5), i conduttori degli avvolgimenti secondari hanno un terminale (6) - cioè L'EMF viene rimossa tramite conduttori (5, 6) collegati elettricamente alle estremità del nastro dell'avvolgimento secondario, ed è ottenuta grazie all'azionamento periodico della chiave dell'interruttore (3). Inoltre, le correnti che sorgono nell'avvolgimento secondario sono calcolate dalla formula

dove L è l'induttanza del circuito o il coefficiente di proporzionalità tra la velocità di variazione dell'intensità di corrente nel circuito dell'avvolgimento primario (1) e la risultante EMF di autoinduzione nell'avvolgimento secondario (2),

- la velocità di variazione dell'intensità di corrente nel circuito elettrico dell'avvolgimento primario (1) a causa della chiave dell'interruttore (3).

L'azionamento periodico dell'interruttore a chiave (3) viene effettuato con una frequenza industriale di corrente alternata di 50 Hz. L'EMF calcolato di autoinduzione nell'avvolgimento secondario (4) è fornito dalla geometria del circuito dell'avvolgimento secondario (4) e dalle proprietà magnetiche del nucleo (4) per l'avvolgimento primario (1).

La forma del circuito ottenuta dagli avvolgimenti primario (1) e secondario (4), nella versione presentata, è realizzata con un diametro tondo di 150 mm o più.

Il dispositivo funziona come segue.

Quando la chiave (3) chiude il circuito elettrico dell'avvolgimento primario (1), si genera un campo magnetico la cui energia viene immagazzinata nel campo magnetico dell'avvolgimento secondario (4).

Aprendo la chiave (3) del circuito del primario (1) si forma una corrente decrescente che, secondo la regola di Lenz, tende a mantenere l'EMF dell'induzione indotta del secondario (4).

Di conseguenza, l'energia immagazzinata nel campo magnetico dell'avvolgimento secondario (4) viene convertita in energia aggiuntiva della corrente di autoinduzione dell'avvolgimento primario (1), che alimenta il circuito elettrico dell'avvolgimento secondario (4).

A seconda della quantità di energia magnetica immagazzinata nel circuito dell'avvolgimento secondario (4), la potenza della corrente di autoinduzione può essere diversa ed è determinata dalla nota formula:

Pertanto, questa invenzione raggiunge il risultato tecnico, che consiste nel fatto che il design, il materiale e la doppia funzionalità dell'avvolgimento secondario del dispositivo consentono di rimuovere e utilizzare efficacemente l'EMF di autoinduzione risultante.

Applicabilità industriale della proposta soluzione tecnica confermato regole generali fisica. Quindi, l'effetto dell'autoinduzione è descritto nel libro di testo (L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan, corso di fisica per la media istituzioni speciali, parte 2 elettricità, ed. Terza edizione stereotipata e principale della letteratura fisica e matematica, M., 1970, pp. 231.232.233). L'autoinduzione si verifica quando il circuito si apre, è direttamente proporzionale alla velocità di variazione dell'intensità della corrente nel circuito elettrico. Nei circuiti tradizionali, il fenomeno dell'autoinduzione è sempre accompagnato dalla comparsa di una scintilla che si verifica nel punto di rottura del circuito. Poiché nel progetto proposto non vi è alcuna interruzione nel circuito elettrico nell'avvolgimento secondario (4) a causa del suo design, a seconda della quantità di energia magnetica immagazzinata in questo circuito, la corrente di interruzione non si accende, ma passa nella potenza generata . Pertanto, nella progettazione dell'avvolgimento secondario (4), quando viene aperto il circuito CC nell'avvolgimento primario (1), l'energia immagazzinata nel campo magnetico di questo circuito viene convertita nell'energia della corrente di autoinduzione nel circuito dell'avvolgimento secondario (4).

Poiché la forza elettromotrice (EMF) è la quantità uguale al lavoro forze esterne, nel nostro caso, questo è il campo magnetico variabile della bobina primaria (1), riferito ad un'unità di carica positiva, questo è l'EMF agente nel circuito o nella sua sezione, nel nostro caso, questo è il secondario avvolgimento (4). Le forze esterne possono essere caratterizzate dal lavoro che svolgono sulle cariche che si muovono lungo la catena e la dimensione dell'EMF coincide con la dimensione del potenziale e viene misurata nelle stesse unità. Pertanto, la quantità vettoriale E è anche chiamata intensità di campo delle forze esterne. Il campo delle forze esterne nel nostro caso è dovuto al campo magnetico alternato nell'avvolgimento primario (1). Pertanto, l'EMF che agisce in un circuito chiuso può essere definito come la circolazione del vettore dell'intensità di campo delle forze esterne, cioè forze esterne che si generano nell'avvolgimento primario (1) a causa dell'interruzione campo elettrico interruttore a chiave (3). Questa regola garantisce il verificarsi di campi elettromagnetici a induzione nell'avvolgimento secondario (4). Questo fenomeno fisico è descritto nel libro di testo (I.V. Savelyev, Corso di Fisica, volume 2, elettricità, pp. 84,85, ed. Secondo stereotipato, ed. Scienza, edizione principale della letteratura fisica e matematica, M., 1966. ) .

Oltre alle forze esterne, la carica è influenzata dalle forze del campo elettrostatico, che si originano direttamente nella bobina secondaria (4).

Il dispositivo utilizza anche il fenomeno dell'induzione elettromagnetica descritto in (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, libro di testo, fisica, per aiutare i candidati universitari, ed. M., scuola di Specializzazione, 1989).

Pertanto, il design del generatore utilizzato nella proposta invenzione come dispositivo rende possibile generare, rimuovere e utilizzare efficacemente campi elettromagnetici ad autoinduzione. Pertanto, il dispositivo può essere realizzato modo industriale ed essere introdotto come un promettente ed efficiente generatore di impulsi EMF ad autoinduzione, che consente di espandere l'arsenale mezzi tecnici per la generazione di impulsi e la conversione di energia elettrica.

RECLAMO

1. Un generatore emf ad autoinduzione impulsiva, concepito come trasformatore elevatore monofase, costituito da avvolgimenti primari e secondari e dotato di due o più conduttori separati da un dielettrico, e il conduttore ha conduttori, caratterizzato dal fatto che l'avvolgimento primario di bassa tensione è costituito da nastro a spirale e ha almeno due spire avvolte strettamente oa una piccola distanza l'una dall'altra, il nastro di avvolgimento è largo 120-200 mm e spesso 1-2 mm; l'avvolgimento secondario dell'alta tensione è anch'esso realizzato in nastro a spirale, il nastro di avvolgimento è in acciaio elettrico rivestito di isolamento elettrico, ha almeno 100 spire avvolte strettamente oa una piccola distanza l'una dall'altra, il nastro è realizzato in larghezza 120-200 mm e di spessore non superiore a 0, 1 mm, l'avvolgimento primario è collegato elettricamente alla batteria di bassa tensione tramite un interruttore a chiave per formare un circuito elettrico chiuso, e l'avvolgimento secondario è sia un avvolgimento elettricamente conduttivo che un circuito magnetico, mentre l'avvolgimento le spire dell'avvolgimento primario si trovano all'esterno delle spire dell'avvolgimento secondario in modo tale che entrambi gli avvolgimenti formino un trasformatore elevatore, in cui l'avvolgimento secondario è una bobina di induzione di un trasformatore elevatore, fornendo conducibilità elettrica a causa di un nastro di acciaio elettrico isolato con uno strato esterno di isolamento, e allo stesso tempo funge da nucleo per l'avvolgimento primario, la fem viene rimossa per mezzo di conduttori , collegati elettricamente alle estremità del nastro di avvolgimento secondario, e sono ottenuti grazie all'azionamento periodico della chiave dell'interruttore.

2. Generatore di impulsi emf autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'avvolgimento primario è realizzato con conduttore in rame o alluminio.

3. Generatore di impulsi emf autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'avvolgimento primario è a tre spire.

4. Generatore di impulsi emf autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la batteria a bassa tensione è predisposta per 12-24 Volt ed è una sorgente di corrente continua.

5. Generatore di impulsi emf autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'azionamento periodico dell'interruttore a chiave avviene con frequenza industriale di corrente alternata 50 Hz.

6. Generatore di impulsi ad autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fem di autoinduzione calcolata è data dalla geometria del circuito e dalle proprietà magnetiche del nucleo per l'avvolgimento primario.

7. Generatore di impulsi emf autoinduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la forma del circuito è realizzata tonda con diametro uguale o superiore a 150 mm.

Induzione elettromagnetica - la generazione di correnti elettriche da campi magnetici che cambiano nel tempo. La scoperta di questo fenomeno da parte di Faraday ed Henry ha introdotto una certa simmetria nel mondo dell'elettromagnetismo. Maxwell in una teoria è riuscito a raccogliere conoscenze sull'elettricità e sul magnetismo. La sua ricerca ha predetto l'esistenza onde elettromagnetiche prima delle osservazioni sperimentali. Hertz ha dimostrato la loro esistenza e ha aperto l'era delle telecomunicazioni all'umanità.

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Gli esperimenti di Faraday

Leggi di Faraday e Lenz

Le correnti elettriche creano effetti magnetici. È possibile che un campo magnetico ne generi uno elettrico? Faraday ha scoperto che gli effetti desiderati sorgono a causa dei cambiamenti nel campo magnetico nel tempo.

Quando un conduttore è attraversato da un flusso magnetico alternato, in esso viene indotta una forza elettromotrice che provoca una corrente elettrica. Il sistema che genera corrente può essere magnete permanente o elettromagnete.

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è regolato da due leggi: quella di Faraday e quella di Lenz.

La legge di Lenz permette di caratterizzare la forza elettromotrice rispetto alla sua direzione.

Importante! La direzione della fem indotta è tale che la corrente che provoca tende ad opporsi alla causa che la crea.

Faraday ha notato che l'intensità della corrente indotta aumenta quando il numero di linee di campo che attraversano il circuito cambia più velocemente. In altre parole, l'EMF dell'induzione elettromagnetica dipende direttamente dalla velocità del movimento flusso magnetico.

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Induzione di campi elettromagnetici

La formula di induzione fem è definita come:

E \u003d - dF / dt.

Il segno "-" mostra come la polarità della fem indotta sia correlata al segno del flusso e alla velocità variabile.

Si ottiene una formulazione generale della legge dell'induzione elettromagnetica, dalla quale si possono ricavare espressioni per casi particolari.

Il movimento di un filo in un campo magnetico

Quando un filo di lunghezza l si muove in un campo magnetico con induzione B, al suo interno verrà indotto un EMF, proporzionale alla sua velocità lineare v. Per calcolare l'EMF, viene utilizzata la formula:

nel caso di movimento del conduttore perpendicolare alla direzione del campo magnetico:

E \u003d - B x l x v;

in caso di movimento con angolo diverso α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

La fem e la corrente indotte saranno dirette nella direzione che troviamo usando la regola mano destra: Posizionando la mano perpendicolare alle linee del campo magnetico e puntando il pollice nella direzione del movimento del conduttore, è possibile scoprire la direzione dell'EMF dalle restanti quattro dita raddrizzate.

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Spostare un filo in MP

Bobina rotante

Il funzionamento del generatore di energia elettrica si basa sulla rotazione del circuito nell'MP, che ha N giri.

L'EMF è indotto nel circuito elettrico ogni volta che il flusso magnetico lo attraversa, secondo la definizione del flusso magnetico Ф = B x S x cos α (induzione magnetica moltiplicata per la superficie attraverso la quale passa il MP, e il coseno del angolo formato dal vettore B e dalla perpendicolare al piano S).

Dalla formula consegue che F è soggetto a modifiche nei seguenti casi:

l'intensità della MF cambia: il vettore B;
l'area delimitata dal contorno varia;
l'orientamento tra di loro, dato dall'angolo, cambia.

Nei primi esperimenti di Faraday si ottenevano correnti indotte variando il campo magnetico B. Tuttavia è possibile indurre un CEM senza muovere il magnete o cambiare la corrente, ma semplicemente ruotando la bobina attorno al proprio asse nel campo magnetico. In questo caso, il flusso magnetico cambia a causa di una variazione dell'angolo α. La bobina, durante la rotazione, attraversa le linee dell'MP, si forma una fem.

Se la bobina ruota in modo uniforme, questo cambiamento periodico si traduce in un cambiamento periodico nel flusso magnetico. Oppure il numero di linee di forza MF attraversate ogni secondo assume valori uguali con intervalli di tempo uguali.

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Rotazione del contorno in MP

Importante! La fem indotta cambia con l'orientamento nel tempo da positivo a negativo e viceversa. La rappresentazione grafica dell'EMF è una linea sinusoidale.

Per la formula dell'EMF dell'induzione elettromagnetica si usa l'espressione:

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

S è l'area limitata da un giro o frame;
N è il numero di giri;
ω è la velocità angolare con cui ruota la bobina;
B – Induzione MF;
angolo α = ωt.

In pratica, negli alternatori, spesso la bobina rimane ferma (statore) e l'elettromagnete ruota attorno ad essa (rotore).

Autoinduzione EMF

Quando si passa attraverso la bobina corrente alternata, genera un campo magnetico variabile, che ha un flusso magnetico variabile che induce un EMF. Questo effetto è chiamato autoinduzione.

Poiché l'MP è proporzionale all'intensità della corrente, allora:

dove L è l'induttanza (H), determinata da grandezze geometriche: il numero di spire per unità di lunghezza e le dimensioni della loro sezione trasversale.

Per la fem induttiva, la formula assume la forma:

E \u003d - L x dI / dt.

Induzione reciproca

Se due bobine si trovano una accanto all'altra, viene indotto un EMF di mutua induzione, a seconda della geometria di entrambi i circuiti e del loro orientamento l'uno rispetto all'altro. Quando la separazione dei circuiti aumenta, l'induttanza reciproca diminuisce, poiché diminuisce il flusso magnetico che li collega.

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Induzione reciproca

Lascia che ci siano due bobine. Attraverso il filo di una bobina con N1 spire, scorre la corrente I1, creando un MF che passa attraverso la bobina con N2 spire. Quindi:

Mutua induttanza della seconda bobina rispetto alla prima:

M21 = (N2 x F21)/I1;

Flusso magnetico:

F21 = (M21/N2) x I1;

Trova la fem indotta:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

L'EMF è indotto in modo identico nella prima bobina:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Importante! La forza elettromotrice causata dalla mutua induttanza in una bobina è sempre proporzionale alla variazione della corrente elettrica nell'altra.

L'induttanza reciproca può essere considerata uguale a:

M12 = M21 = M.

Di conseguenza, E1 = - M x dI2/dt e E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

dove K è il coefficiente di accoppiamento tra due induttanze.

Il fenomeno dell'induttanza reciproca viene utilizzato nei trasformatori: dispositivi elettrici che consentono di modificare il valore della tensione di una corrente elettrica alternata. Il dispositivo è costituito da due bobine avvolte attorno a un nucleo. La corrente presente nel primo crea un campo magnetico variabile nel circuito magnetico e una corrente elettrica nell'altra bobina. Se il numero di spire del primo avvolgimento è inferiore all'altro, la tensione aumenta e viceversa.

Questo fenomeno è chiamato autoinduzione. (Il concetto è legato al concetto di mutua induzione, essendone, per così dire, un caso speciale).

La direzione dell'EMF di autoinduzione risulta sempre essere tale che quando la corrente nel circuito aumenta, l'EMF di autoinduzione impedisce questo aumento (diretto contro corrente) e quando la corrente diminuisce, diminuisce (co -diretto con la corrente). Con questa proprietà, l'EMF di autoinduzione è simile alla forza di inerzia.

Il valore dell'EMF di autoinduzione è proporzionale alla velocità di variazione della corrente:

Viene chiamato il fattore di proporzionalità coefficiente di autoinduzione o induttanza circuito (bobina).

Autoinduzione e corrente sinusoidale

Nel caso di una dipendenza sinusoidale della corrente che scorre attraverso la bobina dal tempo, l'EMF di autoinduzione nella bobina è in ritardo rispetto alla corrente in fase (cioè di 90 °) e l'ampiezza di questo EMF è proporzionale al ampiezza, frequenza e induttanza correnti (). Dopo tutto, la velocità di variazione di una funzione è la sua derivata prima, e .

Per calcolare circuiti più o meno complessi contenenti elementi induttivi, ovvero spire, bobine, ecc. dispositivi in cui si osserva l'autoinduzione, (soprattutto completamente lineare, cioè non contenenti elementi non lineari) nel caso di correnti sinusoidali e tensioni, viene utilizzato il metodo delle impedenze complesse o, in più casi semplici, una versione meno potente, ma più visiva, è il metodo dei diagrammi vettoriali.

Si noti che tutto quanto descritto è applicabile non solo direttamente alle correnti e tensioni sinusoidali, ma anche praticamente a quelle arbitrarie, poiché queste ultime possono quasi sempre essere espanse in una serie o integrale di Fourier e quindi ridotte a quelle sinusoidali.

In connessione più o meno diretta con ciò si può citare l'applicazione del fenomeno dell'autoinduzione (e, di conseguenza, degli induttori) in vari circuiti oscillatori, filtri, linee di ritardo e altri vari circuiti di elettronica ed ingegneria elettrica.

Autoinduzione e sovracorrente

A causa del fenomeno dell'autoinduzione in un circuito elettrico con una sorgente EMF, quando il circuito è chiuso, la corrente non si stabilisce istantaneamente, ma dopo qualche tempo. Processi simili si verificano quando il circuito viene aperto, mentre (con un'apertura brusca) il valore dell'EMF di autoinduzione può in questo momento superare significativamente l'EMF sorgente.

Il più delle volte dentro vita ordinariaè utilizzato nelle bobine di accensione delle automobili. La tensione di accensione tipica con una tensione della batteria di 12 V è di 7-25 kV. Tuttavia, l'eccesso dell'EMF nel circuito di uscita rispetto all'EMF della batteria qui è dovuto non solo a una forte interruzione della corrente, ma anche al rapporto di trasformazione, poiché molto spesso non viene utilizzata una semplice bobina dell'induttore , ma una bobina del trasformatore, il cui avvolgimento secondario, di regola, ha molte volte grande quantità giri (cioè, nella maggior parte dei casi, il circuito è un po' più complesso di quello il cui funzionamento sarebbe completamente spiegato per autoinduzione; tuttavia, la fisica del suo funzionamento in questa versione coincide in parte con la fisica del funzionamento di un circuito con una semplice bobina).

Questo fenomeno si applica anche all'accensione lampade fluorescenti in norma modello tradizionale(qui noi stiamo parlando in particolare su un circuito con un semplice induttore - un'induttanza).

Inoltre, deve sempre essere preso in considerazione quando si aprono i contatti, se la corrente scorre attraverso il carico con un'induttanza evidente: il salto risultante nell'EMF può portare alla rottura del gap di intercontatto e / o ad altri effetti indesiderati, per sopprimere che in questo caso, di regola, è necessario adottare una serie di misure speciali.

Appunti

Collegamenti

Sull'autoinduzione e l'induzione reciproca dalla "Scuola per elettricisti"

Fondazione Wikimedia. 2010.

Bourdon, Robert Gregory
Juan Amar

Guarda cos'è "Auto-induzione" in altri dizionari:

autoinduzione- autoinduzione... Dizionario ortografico

AUTOINDUZIONE- il verificarsi di fem induzione in un circuito conduttore quando la forza della corrente cambia in esso; casi speciali di induzione elettromagnetica. Quando la corrente nel circuito cambia, il flusso magnetico cambia. induzione attraverso la superficie delimitata da questo contorno, risultando in ... Enciclopedia fisica

AUTOINDUZIONE- eccitazione della forza elettromotrice di induzione (emf) in un circuito elettrico al variare della corrente elettrica in questo circuito; caso speciale induzione elettromagnetica. La forza elettromotrice di autoinduzione è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente; ... ... Grande dizionario enciclopedico

AUTOINDUZIONE- AUTO-INDUZIONE, auto-induzione, per le donne. (fisico). 1. solo unità Il fenomeno per cui quando una corrente cambia in un conduttore, una forza elettromotrice appare in esso, impedendo questo cambiamento. Bobina di autoinduzione. 2. Un dispositivo che ha ... ... Dizionario Ushakov

AUTOINDUZIONE- (Autoinduzione) 1. Un dispositivo con resistenza induttiva. 2. Il fenomeno consiste nel fatto che quando una corrente elettrica cambia di intensità e direzione in un conduttore, in essa si genera una forza elettromotrice che impedisce questo ... ... Dizionario marino

AUTOINDUZIONE- guida della forza elettromotrice nei fili, così come negli avvolgimenti di elettr. macchine, trasformatori, apparecchi e strumenti quando si cambia l'intensità o la direzione della corrente elettrica che li attraversa. attuale. La corrente che scorre attraverso i fili e gli avvolgimenti crea intorno a loro ... ... Dizionario tecnico ferroviario

autoinduzione- induzione elettromagnetica causata da una variazione del flusso magnetico che si interblocca con il circuito, a causa della corrente elettrica in questo circuito ... Fonte: ELEKTROTEHNIKA. TERMINI E DEFINIZIONI DEI CONCETTI BASE. GOST R 52002 2003 (approvato ... ... Terminologia ufficiale

autoinduzione- sostantivo, numero di sinonimi: 1 eccitazione della forza elettromotrice (1) Dizionario dei sinonimi ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dizionario dei sinonimi

autoinduzione- Induzione elettromagnetica, causata da una variazione del flusso magnetico ad incastro con il circuito, dovuta alla corrente elettrica in questo circuito. [GOST R 52002 2003] EN autoinduzione induzione elettromagnetica in un tubo di corrente per variazioni… … Manuale tecnico del traduttore

AUTOINDUZIONE- un caso speciale di induzione elettromagnetica (vedi (2)), consistente nel verificarsi di un CEM indotto (indotto) in un circuito e dovuto alle variazioni nel tempo del campo magnetico creato da una corrente variabile che scorre nello stesso circuito. . .. ... Grande Enciclopedia del Politecnico

Libri

Una serie di tavoli. Fisica. Elettrodinamica (10 tabelle), . Album didattico di 10 fogli. Elettricità, forza attuale. Resistenza. Legge di Ohm per una sezione di circuito. Dipendenza della resistenza del conduttore dalla temperatura. Collegamento a filo. EMF. Legge di Ohm…

AUTOINDUZIONE

Ogni conduttore attraverso il quale scorre l'elettricità. la corrente è nel proprio campo magnetico.

Quando l'intensità della corrente cambia nel conduttore, il campo m cambia, ad es. il flusso magnetico creato da questa corrente cambia. Un cambiamento nel flusso magnetico porta all'emergere di un vortice el. campo e induzione emf appare nel circuito.

Questo fenomeno è chiamato autoinduzione.
Autoinduzione: il fenomeno del verificarsi dell'induzione di campi elettromagnetici nell'e-mail. circuito a seguito di una variazione della forza di corrente.
Viene chiamata la fem risultante Autoinduzione EMF

Chiusura del circuito

Quando si chiude in el. la corrente aumenta nel circuito, che provoca un aumento del flusso magnetico nella bobina, si crea un vortice elettrico. campo diretto contro corrente, cioè nella bobina si verifica un EMF di autoinduzione, che impedisce alla corrente di salire nel circuito (il campo del vortice rallenta gli elettroni).
Di conseguenza L1 si accende più tardi, di L2.

Circuito aperto

Quando il circuito elettrico viene aperto, la corrente diminuisce, si ha una diminuzione del m.flusso nella bobina, appare un campo elettrico a vortice, diretto come una corrente (tendente a mantenere la stessa intensità di corrente), cioè Nella bobina appare una fem autoinduttiva, che mantiene la corrente nel circuito.
Di conseguenza, L quando è spento lampeggia brillantemente.

Conclusione

in elettrotecnica il fenomeno dell'autoinduzione si manifesta alla chiusura del circuito (la corrente elettrica aumenta gradualmente) e all'apertura del circuito (la corrente elettrica non scompare immediatamente).

Da cosa dipende l'EMF di autoinduzione?

E-mail la corrente crea il proprio campo magnetico. Il flusso magnetico attraverso il circuito è proporzionale all'induzione del campo magnetico (Ф ~ B), l'induzione è proporzionale alla forza della corrente nel conduttore
(B ~ I), quindi il flusso magnetico è proporzionale all'intensità della corrente (Ф ~ I).
L'EMF dell'autoinduzione dipende dal tasso di variazione della forza attuale nell'e-mail. circuiti, dalle proprietà del conduttore
(dimensione e forma) e sulla relativa permeabilità magnetica del mezzo in cui si trova il conduttore.
Una quantità fisica che mostra la dipendenza dell'EMF di autoinduzione dalle dimensioni e dalla forma del conduttore e dall'ambiente in cui si trova il conduttore è chiamata coefficiente di autoinduzione o induttanza.

Induttanza - fisica. un valore numericamente uguale all'EMF di autoinduzione che si verifica nel circuito quando l'intensità della corrente cambia di 1 ampere in 1 secondo.
Inoltre, l'induttanza può essere calcolata con la formula:

dove F è il flusso magnetico attraverso il circuito, I è l'intensità della corrente nel circuito.

Unità di induttanza nel sistema SI:

L'induttanza di una bobina dipende da:
il numero di spire, la dimensione e la forma della bobina e la relativa permeabilità magnetica del mezzo
(possibile nucleo).

L'EMF di autoinduzione impedisce l'aumento dell'intensità di corrente all'accensione del circuito e la diminuzione dell'intensità di corrente all'apertura del circuito.

Intorno a un conduttore con corrente c'è un campo magnetico che ha energia.
Da dove viene? Fonte attuale inclusa in el. catena, ha una riserva di energia.
Al momento della chiusura dell'e-mail. Nel circuito, la sorgente di corrente spende parte della sua energia per superare l'azione dell'emergente CEM di autoinduzione. Questa parte dell'energia, chiamata autoenergia della corrente, va alla formazione di un campo magnetico.

L'energia del campo magnetico è propria energia attuale.
L'autoenergia della corrente è numericamente uguale al lavoro che la sorgente di corrente deve fare per superare l'EMF di autoinduzione al fine di creare una corrente nel circuito.

L'energia del campo magnetico creato dalla corrente è direttamente proporzionale al quadrato dell'intensità della corrente.
Dove scompare l'energia del campo magnetico dopo che la corrente si interrompe? - si distingue (quando viene aperto un circuito con una corrente sufficientemente grande, può verificarsi una scintilla o un arco)

DOMANDE PER IL LAVORO DI VERIFICA
sull'argomento "Induzione elettromagnetica"

1. Elenca 6 modi per ottenere una corrente di induzione.
2. Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica (definizione).
3. La regola di Lenz.
4. Flusso magnetico (definizione, disegno, formula, grandezze in entrata, loro unità di misura).
5. Legge dell'induzione elettromagnetica (definizione, formula).
6. Proprietà del campo elettrico del vortice.
7. EMF di induzione di un conduttore che si muove in un campo magnetico uniforme (motivo dell'aspetto, disegno, formula, valori di input, loro unità di misura).
7. Autoinduzione (breve manifestazione in ingegneria elettrica, definizione).
8. CEM di autoinduzione (la sua azione e formula).
9. Induttanza (definizione, formule, unità di misura).
10. L'energia del campo magnetico della corrente (la formula da cui proviene l'energia del campo m. della corrente, dove scompare quando la corrente si interrompe).

Una corrente elettrica che passa attraverso un conduttore crea un campo magnetico attorno ad esso. Il flusso magnetico Ф attraverso il circuito da questo conduttore è proporzionale al modulo di induzione B del campo magnetico all'interno del circuito e l'induzione del campo magnetico, a sua volta, è proporzionale alla forza della corrente nel conduttore. Pertanto, il flusso magnetico attraverso il circuito è direttamente proporzionale alla forza della corrente nel circuito:

Il coefficiente di proporzionalità tra l'intensità della corrente I nel circuito e il flusso magnetico F creato da questa corrente è chiamato induttanza. L'induttanza dipende dalle dimensioni e dalla forma del conduttore, su proprietà magnetiche l'ambiente in cui si trova il conduttore.

Unità di induttanza.

per unità di induttanza sistema internazionale accettato henry Questa unità è determinata in base alla formula (55.1):

L'induttanza del circuito è uguale se, con una corrente continua di 1 A, il flusso magnetico attraverso il circuito è

Autoinduzione.

Quando la forza della corrente nella bobina cambia, il flusso magnetico creato da questa corrente cambia. Un cambiamento nel flusso magnetico che penetra nella bobina dovrebbe causare la comparsa di una fem di induzione nella bobina. Il fenomeno del verificarsi di induzione di campi elettromagnetici in

circuito elettrico a seguito di una variazione della forza di corrente in questo circuito è chiamato autoinduzione.

Secondo la regola di Lenz, l'EMF di autoinduzione impedisce l'aumento della forza di corrente quando il circuito è acceso e la diminuzione della forza di corrente quando il circuito è spento.

Il fenomeno dell'autoinduzione può essere osservato assemblando un circuito elettrico da una bobina con una grande induttanza, un resistore, due lampade a incandescenza identiche e una sorgente di corrente (Fig. 197). La resistenza deve avere lo stesso resistenza elettrica così come il filo della bobina. L'esperienza mostra che quando il circuito è chiuso, una lampada elettrica collegata in serie con una bobina si accende un po' più tardi di una lampada collegata in serie con una resistenza. L'aumento di corrente nel circuito della bobina alla chiusura è impedito dall'EMF di autoinduzione che si verifica con un aumento del flusso magnetico nella bobina. Quando la fonte di alimentazione è spenta, entrambe le spie lampeggiano. In questo caso, la corrente nel circuito è supportata dall'EMF di autoinduzione, che si verifica quando il flusso magnetico nella bobina diminuisce.

EMF di autoinduzione che si forma in una bobina con induttanza secondo la legge dell'induzione elettromagnetica è uguale a

L'EMF dell'autoinduzione è direttamente proporzionale all'induttanza della bobina e alla velocità di variazione della forza di corrente nella bobina.

Usando l'espressione (55.3), possiamo dare la seconda definizione dell'unità di induttanza: un elemento di un circuito elettrico ha induttanza in se, con una variazione uniforme dell'intensità di corrente nel circuito di 1 A per 1 s, un EMF di in esso si verifica l'autoinduzione di 1 V.

L'energia del campo magnetico.

Quando l'induttore è scollegato dalla sorgente di corrente, una lampada a incandescenza collegata in parallelo alla bobina emette un breve lampeggio. La corrente nel circuito sorge sotto l'azione dell'EMF di autoinduzione. La fonte di energia rilasciata in questo caso nel circuito elettrico è il campo magnetico della bobina.

L'energia del campo magnetico di un induttore può essere calcolata nel modo seguente. Per semplificare il calcolo, si consideri il caso in cui, dopo aver scollegato la bobina dalla sorgente, la corrente nel circuito diminuisce nel tempo secondo una legge lineare. In questo caso, l'EMF di autoinduzione ha un valore costante pari a