Emf samoindukcije v vezju. Kaj je EMF samoindukcije

Izum se nanaša na elektrotehniko, zlasti na zasnovo indukcijskih tokovnih generatorjev, in se lahko uporablja v elektromagnetnih napravah in električnih strojih, kot so motorji, generatorji, transformatorji, zlasti kot pospeševalni transformator. Tehnični rezultat je povečanje emf na izhodu z uporabo impulznih napetosti na sekundarnem navitju in izvedbo zasnove sekundarnega navitja, ki bi omogočila neposredno odvajanje nastale impulzne napetosti iz generatorja, hkrati pa celotno moč primarnega navitja. in sekundarna navitja. 6 w.p. f-ly, 2 ill.

Risbe k patentu RF 2524387

Izum se nanaša na elektrotehniko, zlasti na zasnove impulznih indukcijskih tokovnih generatorjev.

Namen tega izuma je uporaba impulznega samoindukcijskega generatorja EMF za zagotavljanje impulznega napajanja različnih elektromagnetnih inštalacij in električnih strojev, kar omogoča znatno razširitev arzenala impulznih virov energije. Znano stanje tehnike "Indukcijski sinhroni generator", prijava RU 9811934 7, publ. 09/10/2000, IPC H02K 21/14, z uporabo tokov statorskega navitja, na armaturi katerega tokovi utripajo, in induktorja (rotorja), izdelano zaščiteno pred magnetno polje tokovi navitja statorske armature. Omogoča razširitev načinov delovanja generatorja. Vendar pa generator vsebuje vrtljive dele, zato ima vse slabosti takšnih generatorjev, tj. težave, povezane s preklopom električne energije, niso rešene. V predlagani zasnovi je nemogoče pridobiti zahtevano visoko napetost.

Znan "generator električne energije", aplikacija RU 9402533 5, publ. 06/10/1996, IPC H02K 19/16, ki vsebuje sestavljena obročna navitja z jedrom, indukcijsko tuljavo in vzbujevalnim navitjem. Omogoča vam, da povečate zmogljivost generatorja električne energije, zmanjšate induktivni upor navitja statorja, zmanjšate stroške mehansko delo pri pretvarjanju mehanske energije v električno energijo in povečanju učinkovitosti. Vendar pa generator zaradi konstrukcijskih značilnosti ne dovoljuje uporabe samoindukcijske EMF. Generator vsebuje vrtljive dele, zato ima vse slabosti takšnih generatorjev, tj. težave, povezane s preklopom električne energije, niso rešene.

znano uporabni model"Kombinirano elektromagnetno navitje", patent RU 96443, publ. 27.07.2010, IPC H01F 5/00, v katerem sta dva ali več vodnikov z vodniki, vodniki pa so ločeni z dielektrikom. Omogoča razširitev načinov delovanja. Vendar se oba vodnika uporabljata kot primarno navitje, ni visokonapetostnega sekundarnega navitja, ki ne omogoča uporabe navitja v visokonapetostnih transformatorjih in tudi ne zagotavlja odstranitve in uporabe indukcijske EMF iz sekundarnega navitja.

Najbližja uporaba izuma je "Induktivno-statična metoda za pridobivanje električne energije in naprava za njeno izvedbo", RU 2004124018, publ. 27.01.2006, IPC H01F 1/00, po katerem obstajata primarna in sekundarna navitja, ki tvorijo induktor s prehodom proste magnetne energije v induktivno odvisno stanje, induciran EMF in gostota magnetnega pretoka dobimo, sorazmerno povečanju električna energija. Omogoča uporabo sekundarnega navitja z induktivnostjo, ki je manjša za količino stiskanja magnetnega toka, s čimer dosežemo proporcionalno zbijanje in povečanje električne moči generatorja. Metoda uporablja indukcijsko in hkrati statično generiranje. Vendar ni bila predlagana zasnova sekundarnega navitja generatorja, ki omogoča neposredno odstranitev iz generatorja nastale impulzne napetosti in samoindukcijskega EMF toka.

Prav tako je najbližja rešitev klasična diagram vezja za demonstracijske poskuse elektromagnetna indukcija ko je vezje odprto. To vezje (naprava) je funkcionalno samoindukcijski generator impulzov EMF. V zvezi z navedenim kot prototip sprejemamo inštalacijo, prikazano na risbi - slika 424 str.231, učbenik: Tečaj fizike, drugi del, ur. "Nauka", Moskva 1970 Avtorji: L.S. Ždanov, V.A. Maranjan.

Vendar pa je v klasični shemi jedro električno jeklo strukturno ni sposoben hkrati opravljati dveh funkcij v napravi: električno prevodnega navitja in klasičnega, kot je na sliki 424 prototipa, magnetnega vezja, to je jedra (M) indukcijske tuljave. Prototip ne omogoča neposredne odstranitve in uporabe samoindukcijske EMF, ki se pojavi v jedru klasične indukcijske tuljave.

Cilj predlaganega izuma je uporaba impulznih napetosti in izvedba zasnove sekundarnega navitja generatorja, ki bi omogočila neposredno odstranitev iz generatorja nastale impulzne napetosti.

Tehnični rezultat, ki ga prinaša predlagana tehnična rešitev, je znatno razširitev arzenala sredstev za impulzno proizvodnjo in pretvorbo električne energije. Zahtevano tehnični rezultat zagotovljeno zaradi dejstva, da je samoindukcijski EMF impulzni generator strukturno zasnovan v obliki primarnih in sekundarnih navitij enofaznega pospeševalnega transformatorja v standardu tehnično zmogljivost(ob upoštevanju dejstva, da je sekundarno navitje funkcionalno električni prevodnik in magnetno vezje, se predlaga, da se predstavljeno zasnovo obravnava kot najpreprostejša indukcijska tuljava z jedrom, zasnovanim v obliki spiralne tuljave z možnostjo odstranitve samoindukcijski EMF iz njega) in so opremljeni z dvema ali več prevodniki, ki sta ločeni z dielektrikom in ima vsak vodnik sponke. Generator se razlikuje po tem, da je primarno navitje (prevodnik) nizke napetosti izdelano iz spiralnega traku in ima vsaj 2 zavoja navita tesno ali z majhno režo, zavoj do zavoja, navijalni trak je izdelan s širino od 120 do 200 mm in debelino od 1 do 2 mm; sekundarno navitje (prevodnik) visoke napetosti je tudi iz spiralnega traku, navijalni trak je izdelan iz elektro jekla, prevlečenega z električno izolacijo in ima najmanj 100 zavojev navitih tesno ali z majhno režo, zavoj do zavoja, trak je izdelan s širino od 120 do 200 mm in debelino največ 0,1 mm. Primarno navitje je električno povezano z nizkonapetostno baterijo za shranjevanje preko stikala, da tvori zaprto električno vezje, kjer je sekundarno navitje tako električno prevodno navitje kot magnetno vezje. V tem primeru se zavoji primarnega navitja nahajajo izven zavojev sekundarnega navitja tako, da obe navitji tvorita pospeševalni transformator, v katerem je sekundarno navitje indukcijska tuljava visokonapetostnega transformatorja, ki zagotavlja električno prevodnost zaradi električnega jeklenega traku, izoliranega z zunanjo plastjo izolacije in hkrati opravlja funkcijsko jedro za primarno navitje, EMF se odstrani s pomočjo prevodnikov, ki so električno priključeni na konce sekundarnega navitja, in se dobi zaradi periodičnega delovanja odklopnega ključa, zaradi pogostosti delovanja odklopnega ključa pa sta izračunana impulzna napetost in tok, ki nastaneta v sekundarnem navitju, zagotovljena s formulo

kjer je L induktivnost vezja ali koeficient sorazmernosti med hitrostjo spremembe jakosti toka v vezju in posledično samoindukcijsko EMF,

- hitrost spremembe jakosti toka v električnem tokokrogu

V posebnih primerih je primarno navitje lahko izdelano iz bakrenega ali aluminijastega prevodnika, lahko ima 3 zavoje ali več, število zavojev je omejeno z razmerjem transformatorja: razmerje med številom zavojev sekundarnega navitja in številom zavojev primarnega navitja, ki določa razmerje transformacije, t.j. koliko napetosti v sekundarnem navitju je večja kot v primarnem. na primer akumulatorska baterija nizka napetost je lahko ocenjena na 12-24 voltov in je vir enosmerni tok. Zlasti periodično delovanje odklopnega ključa se izvaja z industrijsko frekvenco izmeničnega toka 50 Hz. V tem primeru so frekvence lahko poljubne tehnično možne za izvedbo, vendar je boljša 50 Hz, saj jo je lažje pretvoriti ali porabiti s pomočjo razpoložljivih standardnih pretvornikov ali električnih aparatov. Izračunan EMF samoindukcije v sekundarnem navitju je zagotovljen predvsem z geometrijo vezja in magnetne lastnosti jedro za primarno navitje. Tako se lahko izdela s konturno obliko, ki je okrogla s premerom 150 mm ali več, kar je odvisno od transformacijskega razmerja, ki določa premer sekundarnega navitja, odvisno od debeline uporabljenega elektro jekla oz. okrogle spiralne oblike. Ker je sekundarno navitje visokonapetostno navitje in je izdelano iz električnega jekla, to pomeni, da njegove magnetne lastnosti določa sam material (tj. dejanske magnetne lastnosti električnega jekla).

Izum v najbolj posplošeni obliki je prikazan na risbah. Specifično oblikovanje ni omejena na izvedbe, prikazane na risbah.

Slika 1 prikazuje postavitev primarnega in sekundarnega navitja ter baterije z odklopnikom ključa.

Slika 2 prikazuje oddelek A-A vzdolž povezanih sekundarnih in primarnih navitij.

Ta tehnična rešitev je ponazorjena s risbo, ki ne zajema vseh možnih oblikovnih možnosti za predstavljeni priključni diagram.

Naprava EMF impulznega generatorja samoindukcije je prikazana na sliki 1 in sliki 2 (v prerezu), ta naprava pa je konstrukcijsko izdelana v obliki enofaznega pospeševalnega transformatorja (in je tudi strukturno najpreprostejša indukcijska tuljava), ki je sestavljen iz primarnega (1) spiralnega navitja traku (bakrenega ali aluminijastega vodnika), 2-3 zavojev debeline 1-2 mm, širine 120 mm, priključenega na nizkonapetostno baterijo (2) 12-24 V - a vir enosmernega toka skozi odklopni ključ (3), ki tvori zaprt električni tokokrog.

Sekundarni visokonapetostni spiralni trak (4) je izdelan iz elektro jekla, prevlečenega z električno izolacijo, ima število zavojev 100 ali več, debelina traku 0,1 mm, širina 120 mm.

Sekundarni navit (4) iz elektro jekla opravlja v konstrukciji dve funkciji hkrati: električno prevodno navitje in magnetno vezje.

Kot električni prevodnik je sekundarno navitje (4) visokonapetostna indukcijska tuljava povišanega transformatorja.

Kot magnetno vezje je sekundarno navitje (4) jedro za primarno navitje (2) klasične indukcijske tuljave.

Primarno (1) in sekundarno (4) navitje enofaznega pospeševalnega transformatorja in sta opremljena z dvema ali več prevodniki (5), vodniki sekundarnega navitja imajo sponko (6) - t.j. EMF se odstranjuje s pomočjo prevodnikov (5, 6), električno povezanih na koncih sekundarnega navitja traku, in se pridobi zaradi periodičnega delovanja prekinjevalnega ključa (3). Poleg tega se tokovi, ki nastanejo v sekundarnem navitju, izračunajo po formuli

kjer je L induktivnost vezja ali koeficient sorazmernosti med hitrostjo spremembe jakosti toka v vezju primarnega navitja (1) in posledično EMF samoindukcije v sekundarnem navitju (2),

- hitrost spremembe tokovne jakosti v električnem tokokrogu primarnega navitja (1) zaradi odklopnega ključa (3).

Periodično delovanje odklopnika (3) poteka z industrijsko frekvenco izmeničnega toka 50 Hz. Izračunano EMF samoindukcije v sekundarnem navitju (4) zagotavlja geometrija vezja sekundarnega navitja (4) in magnetne lastnosti jedra (4) za primarno navitje (1).

Oblika vezja, pridobljena s primarnim (1) in sekundarnim (4) navitjem, je v predstavljeni različici izdelana z okroglim premerom 150 mm ali več.

Naprava deluje na naslednji način.

Ko ključ (3) zapre električni tokokrog primarnega navitja (1), se pojavi magnetno polje, katerega energija je shranjena v magnetnem polju sekundarnega navitja (4).

Odpiranje ključa (3) vezja primarnega navitja (1) tvori padajoči tok, ki po Lenzovem pravilu teži k ohranjanju EMF inducirane indukcije sekundarnega navitja (4).

Posledično se energija, shranjena v magnetnem polju sekundarnega navitja (4), pretvori v dodatno energijo samoindukcijskega toka primarnega navitja (1), ki napaja električni tokokrog sekundarnega navitja (4).

Glede na količino magnetne energije, shranjene v vezju sekundarnega navitja (4), je moč samoindukcijskega toka lahko različna in je določena z dobro znano formulo:

Tako ta izum dosega tehnični rezultat, ki je sestavljen iz dejstva, da zasnova, material in dvojna funkcionalnost sekundarnega navitja naprave omogočajo odstranitev in učinkovito uporabo nastalega samoindukcijskega EMF.

Industrijska uporabnost predlaganega tehnična rešitev potrjeno splošna pravila fizika. Torej je učinek samoindukcije opisan v učbeniku (L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan, tečaj fizike za povprečje posebne ustanove, 2. del elektrika, ur. Tretja, stereotipna, glavna izdaja fizikalne in matematične literature, M., 1970, str. 231,232,233). Samoindukcija se pojavi, ko se vezje odpre, je neposredno sorazmerna s hitrostjo spremembe jakosti toka v električnem tokokrogu. AT tradicionalne sheme pojav samoindukcije vedno spremlja pojav iskre, ki se pojavi na mestu prekinitve tokokroga. Ker v predlagani zasnovi ni prekinitve električnega tokokroga v sekundarnem navitju (4) zaradi njegove zasnove, odvisno od količine magnetne energije, shranjene v tem vezju, prekinitveni tok ne iskri, ampak prehaja v ustvarjeno moč. . Tako se pri zasnovi sekundarnega navitja (4) ob odpiranju enosmernega tokokroga v primarnem navitju (1) energija, shranjena v magnetnem polju tega vezja, pretvori v energijo samoindukcijskega toka v vezje sekundarnega navitja (4).

Ker je elektromotorna sila (EMF) količina enako delu zunanje sile, v našem primeru je to spreminjajoče se magnetno polje primarne tuljave (1), ki se nanaša na enoto pozitivnega naboja, to je EMF, ki deluje v vezju ali v njegovem odseku, v našem primeru je to sekundarni navitje (4). Zunanje sile lahko označimo z delom, ki ga opravijo na nabojih, ki se gibljejo vzdolž verige, dimenzija EMF pa sovpada z dimenzijo potenciala in se meri v istih enotah. Zato vektorsko količino E imenujemo tudi poljska jakost zunanjih sil. Polje zunanjih sil v našem primeru nastane zaradi izmeničnega magnetnega polja v primarnem navitju (1). Tako lahko EMF, ki deluje v zaprtem krogu, definiramo kot kroženje vektorja poljske jakosti zunanjih sil, t.j. zunanje sile, ki nastanejo v primarnem navitju (1) zaradi prekinitve električnega polja z odklopnikom (3). To pravilo zagotavlja pojav indukcijske EMF v sekundarnem navitju (4). Ta fizični pojav je opisan v učbeniku (I.V. Savelyev, Tečaj fizike, zvezek 2, elektrika, str. 84,85, ur. Drugi stereotip, ur. Znanost, glavna izdaja fizikalne in matematične literature, M., 1966. ) .

Poleg zunanjih sil na naboj delujejo tudi sile elektrostatično polje, ki se pojavljajo neposredno v sekundarni tuljavi (4).

Naprava uporablja tudi pojav elektromagnetne indukcije, opisan v (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, učbenik, fizika, za pomoč univerzitetnim kandidatom, ur. M., podiplomska šola, 1989).

Tako zasnova generatorja, ki se uporablja v predlaganem izumu kot naprava, omogoča učinkovito ustvarjanje, odstranjevanje in uporabo samoindukcijske EMF. Tako je napravo mogoče izdelati industrijski način in biti predstavljen kot obetaven učinkovit samoindukcijski generator impulzov EMF, ki omogoča razširitev arzenala tehnična sredstva za ustvarjanje impulzov in pretvorbo električne energije.

ZAHTEVAJ

1. Impulzni samoindukcijski generator emf, zasnovan kot enofazni pospeševalni transformator, sestavljen iz primarnih in sekundarnih navitij in opremljen z dvema ali več prevodniki, ki sta ločeni z dielektrikom, in ima vodnik vodnike, označeni s tem, da nizkonapetostno primarno navitje je izdelano iz spiralnega traku in ima vsaj dva zavoja navita tesno ali na majhni razdalji drug od drugega, navijalni trak je širok 120-200 mm in debel 1-2 mm; sekundarno visokonapetostno navitje je prav tako iz spiralnega traku, navijalni trak je izdelan iz električnega jekla, prevlečenega z električno izolacijo, ima najmanj 100 zavojev navitih tesno ali na majhni razdalji drug od drugega, trak je izdelan širok 120-200 mm in ne več kot 0 debel, 1 mm, je primarno navitje električno povezano z nizkonapetostno baterijo preko odklopnika ključa, da tvori zaprt električni tokokrog, sekundarno navitje pa je tako električno prevodno navitje kot magnetno vezje, medtem ko je zavoji primarnega navitja so nameščeni izven zavojev sekundarnega navitja tako, da obe navitji tvorita povišan transformator, pri katerem je sekundarno navitje indukcijska tuljava povišanega transformatorja, ki zagotavlja električno prevodnost zaradi električne jekleni trak, izoliran z zunanjo plastjo izolacije, hkrati pa deluje kot jedro za primarno navitje, emf se odstrani s pomočjo prevodnikov , električno priključeni na konce sekundarnega navitja traku, in so pridobljeni zaradi periodičnega delovanja odklopnega ključa.

2. Impulzni generator emf samoindukcije po zahtevku 1, označen s tem, da je primarno navitje izdelano iz bakrenega ali aluminijastega prevodnika.

3. Impulzni generator emf samoindukcije po zahtevku 1, označen s tem, da ima primarno navitje tri zavoje.

4. Impulzni generator emf samoindukcije po zahtevku 1, označen s tem, da je nizkonapetostna baterija zasnovana za 12-24 voltov in je vir enosmernega toka.

5. Impulzni generator emf samoindukcije po zahtevku 1, označen s tem, da se periodično delovanje odklopnika izvaja z industrijsko frekvenco izmeničnega toka 50 Hz.

6. Samoindukcijski impulzni generator po zahtevku 1, označen s tem, da je izračunana samoindukcijska emf zagotovljena z geometrijo vezja in magnetnimi lastnostmi jedra za primarno navitje.

7. Impulzni generator emf samoindukcije po zahtevku 1, označen s tem, da je oblika vezja okrogla s premerom 150 mm ali več.

samoindukcija

Vsak prevodnik, skozi katerega teče električni tok, je v svojem magnetnem polju.

Ko se spremeni jakost toka v prevodniku, se spremeni m.polje, t.j. magnetni tok, ki ga ustvari ta tok, se spremeni. Sprememba magnetnega toka vodi do nastanka vrtinčnega električnega polja in v vezju se pojavi indukcijski EMF.

Ta pojav se imenuje samoindukcija.

Samoindukcija - pojav pojava indukcijske EMF v električnem tokokrogu kot posledica spremembe jakosti toka.
Nastala emf se imenuje emf samoindukcije.

Manifestacija fenomena samoindukcije

Zapiranje kroga

Ko se električni tokokrog sklene, se tok poveča, kar povzroči povečanje magnetnega toka v tuljavi, nastane vrtinčno električno polje, usmerjeno proti toku, torej v tuljavi nastane samoindukcijski EMF, ki preprečuje tok od povečanja v vezju (vrtinčno polje upočasni elektrone).
Posledično L1 zasveti pozneje kot L2.

Odprto vezje

Ko se električni tokokrog odpre, se tok zmanjša, zmanjša se m.tok v tuljavi, pojavi se vrtinčno električno polje, usmerjeno kot tok (ki teži k ohranjanju enake jakosti toka), t.j. V tuljavi se pojavi samoinduktivna emf, ki vzdržuje tok v vezju.
Posledično L močno utripa, ko je izklopljen.

V elektrotehniki se pojav samoindukcije kaže, ko je vezje zaprto ( elektrika narašča postopoma) in ko se vezje odpre (električni tok ne izgine takoj).

INDUKTIVNOST

Od česa je odvisen EMF samoindukcije?

Električni tok ustvarja lastno magnetno polje. Magnetni tok skozi vezje je sorazmeren z indukcijo magnetnega polja (Ф ~ B), indukcija je sorazmerna z jakostjo toka v prevodniku
(B ~ I), zato je magnetni tok sorazmeren z jakostjo toka (Ф ~ I).
EMF samoindukcije je odvisna od hitrosti spreminjanja jakosti toka v električnem tokokrogu, od lastnosti prevodnika (velikost in oblika) in od relativne magnetne prepustnosti medija, v katerem se prevodnik nahaja.
Fizikalna količina, ki kaže odvisnost EMF samoindukcije od velikosti in oblike prevodnika ter od okolja, v katerem se prevodnik nahaja, se imenuje samoindukcijski koeficient ali induktivnost.

Induktivnost - fizikalna količina, številčno enako EMF samoindukcija, ki se pojavi v vezju, ko se tok spremeni za 1 amper v 1 sekundi.
Induktivnost se lahko izračuna tudi po formuli:

kjer je F magnetni tok skozi vezje, I je jakost toka v vezju.

SI enote za induktivnost:

Induktivnost tuljave je odvisna od:
število zavojev, velikost in oblika tuljave ter relativna magnetna prepustnost medija (možno je jedro).

SAMOINDUKCIJSKI EMF

EMF samoindukcije preprečuje povečanje jakosti toka, ko je vezje vklopljeno, in zmanjšanje jakosti toka, ko je vezje odprto.

ENERGIJA MAGNETNEGA POLJA TOKA

Okoli prevodnika s tokom je magnetno polje, ki ima energijo.
od kod prihaja? Vir toka, vključen v električni tokokrog, ima rezervo energije.
V trenutku sklenitve električnega tokokroga vir toka porabi del svoje energije za premagovanje delovanja nastajajočega EMF samoindukcije. Ta del energije, imenovan lastna energija toka, gre za nastanek magnetnega polja.

Energija magnetnega polja je enaka lastni energiji toka.
Lastna energija toka je številčno enaka delu, ki ga mora opraviti vir toka, da premaga samoindukcijsko EMF, da ustvari tok v vezju.

Energija magnetnega polja, ki ga ustvari tok, je neposredno sorazmerna s kvadratom jakosti toka.
Kje izgine energija magnetnega polja, ko se tok ustavi? - izstopa (ko se odpre vezje z dovolj velikim tokom, se lahko pojavi iskra ali lok)

VPRAŠANJA ZA VERIFIKACIJSKO DELO

na temo "Elektromagnetna indukcija"

1. Naštej 6 načinov za pridobitev indukcijskega toka.
2. Pojav elektromagnetne indukcije (definicija).
3. Lenzovo pravilo.
4. Magnetni tok (definicija, risba, formula, vhodne količine, njihove merske enote).
5. Zakon elektromagnetne indukcije (definicija, formula).
6. Lastnosti vrtinčnega električnega polja.
7. EMF indukcije prevodnika, ki se giblje v enotnem magnetnem polju (razlog videza, risba, formula, vhodne vrednosti, njihove merske enote).
8. Samoindukcija (kratka manifestacija v elektrotehniki, definicija).
9. EMF samoindukcije (njegovo delovanje in formula).
10. Induktivnost (definicija, formule, merske enote).
11. Energija magnetnega polja toka (formula od koder se pojavi energija m. polja toka, kjer izgine, ko se tok ustavi).

E. d. s. samoindukcija. E. d. s. e L, indukcija v prevodniku ali tuljavi kot posledica spremembe magnetnega toka, ki ga ustvari tok, ki teče skozi isti prevodnik ali tuljavo, se imenuje e. d.s. samoindukcija (slika 60). Ta e. d.s. se pojavi pri vsaki spremembi toka, na primer pri zapiranju in odpiranju električnih tokokrogov, pri spreminjanju obremenitve elektromotorjev itd. Hitreje kot se tok spreminja v prevodniku ali tuljavi, večja je hitrost spremembe magnetnega toka, ki prodira vanje. in večji e. d.s. v njih se inducira samoindukcija. Na primer, e. d.s. samoindukcija e L se pojavi v AB prevodniku (glej sliko 54), ko se tok, ki teče po njem i 1, spremeni. Zato spreminjajoče se magnetno polje inducira e. d.s. v istem prevodniku, v katerem se spreminja tok, ki ustvarja to polje.

Smer e. d.s. samoindukcijo določa Lenzovo pravilo. E. d. s. samoindukcija ima vedno takšno smer, v kateri prepreči spremembo toka, ki jo je povzročil. Posledično se s povečanjem toka v prevodniku (tuljavi) e. d.s. samoindukcija bo usmerjena proti toku, to pomeni, da bo preprečila njegovo povečanje (slika 61, a), in obratno, ko se tok v prevodniku (tuljavi) zmanjša, npr. d.s. samoindukcija, ki sovpada v smeri s tokom, t.j. preprečuje njegovo zmanjšanje (slika 61, b). Če se tok v tuljavi ne spremeni, potem e. d.s. do samoindukcije ne pride.

Iz zgornjega pravila za določanje smeri e. d.s. samoindukcije sledi, da ta e. d.s. ima zavorni učinek na spremembo toka v električnih tokokrogih. V tem pogledu je njeno delovanje podobno delovanju sile vztrajnosti, ki preprečuje spremembo položaja telesa. V električnem vezju (slika 62, a), ki ga sestavljata upor z uporom R in tuljavo K, nastane tok i s kombiniranim delovanjem izvorne napetosti U in e. d.s. samoindukcija e L, inducirana v tuljavi. Pri priključitvi obravnavanega vezja na vir e. d.s. samoindukcija e L (glej trdno puščico) zavira povečanje jakosti toka. Zato tok i doseže stabilno vrednost I = U / R (po Ohmovem zakonu) ne takoj, ampak v določenem časovnem obdobju (slika 62, b). V tem času se v električnem tokokrogu zgodi prehodni proces, med katerim se spremenita e L in i. Točno tako

tudi, ko je električni tokokrog izklopljen, tok i ne pade takoj na nič, ampak zaradi delovanja e. d.s. e L (glej črtkano puščico) se postopoma zmanjšuje.

Induktivnost. Sposobnost različnih prevodnikov (tuljav), da inducirajo e. d.s. samoindukcijo ocenimo z induktivnostjo L. Kaže, kateri e. d.s. samoindukcija se pojavi v danem prevodniku (tuljavi), ko se tok spremeni za 1 A za 1 s. Induktivnost se meri v Henryju (H), 1 H = 1 Ohm*s. V praksi se induktivnost pogosto meri v tisočinkah henrija - milihenrija (mH) in v milijoninkah henrija - mikrohenrija (µH).

Ali je induktivnost tuljave odvisna od števila zavojev tuljave? in magnetni upor R m njegovega magnetnega vezja, to je od njegove magnetne prepustnosti? in geometrijske mere l in s. Če je jekleno jedro vstavljeno v tuljavo, se njegova induktivnost zaradi ojačanja magnetnega polja tuljave močno poveča. V tem primeru tok 1 A ustvari veliko večji magnetni tok kot v tuljavi brez jedra.

Z uporabo koncepta induktivnosti L lahko dobimo za e. d.s. samoindukcijo po naslednji formuli:

e L = – L ?i / ?t (53)

Kje? i je sprememba toka v prevodniku (tuljavi) v določenem časovnem obdobju? t.

zato e. d.s. samoindukcija je sorazmerna s hitrostjo spremembe toka.

Vklop in izklop enosmernih tokokrogov z induktorjem. Ko je priključen na vir enosmernega toka z napetostjo U električnega tokokroga, ki vsebuje R in L, s stikalom B1 (slika 63, a), se tok i poveča na enakomerno vrednost, ki sem jo nastavil \u003d U / R ne takoj, saj e. d.s. samoindukcija e L , ki nastane v induktivnosti, deluje proti uporabljeni napetosti V in preprečuje dvig toka. Za obravnavani proces je značilna postopna sprememba toka i (slika 63, b) in napetosti u a in u L vzdolž krivulj - razstavljavci. Sprememba i, u a in u L vzdolž navedenih krivulj se imenuje aperiodično.

Značilna je hitrost povečanja tokovne jakosti v vezju in sprememba napetosti u a in u L časovna konstanta vezja

T=L/R (54)

Meri se v sekundah, odvisen je samo od parametrov R in L danega vezja in omogoča oceno trajanja trenutnega procesa spremembe brez grafiranja. To trajanje je teoretično neskončno. V praksi se običajno šteje, da je (3-4) T. V tem času tok v tokokrogu doseže 95-98 % stabilne vrednosti. Zato je večji kot je upor in nižja je induktivnost L, hitrejši je proces spreminjanja toka v električnih vezjih z induktivnostjo. Časovno konstanto T v aperiodičnem procesu lahko definiramo kot odsek AB, odrezan s tangento, potegnjeno iz izhodišča na zadevno krivuljo (na primer tok i) na premici, ki ustreza stalni vrednosti te količine.
Lastnost induktivnosti, da upočasni proces spremembe toka, se uporablja za ustvarjanje časovnih zamikov, ko se sprožijo različne naprave (na primer pri nadzoru delovanja peskovnikov za občasno dovajanje delov peska pod kolesa lokomotive). Na uporabi tega pojava temelji tudi delovanje elektromagnetnega časovnega releja (glej § 94).

Preklopni udarci. E je še posebej močan. d.s. samoindukcija pri odpiranju tokokrogov, ki vsebujejo tuljave s veliko število zavoji in z jeklenimi jedri (na primer navitja generatorjev, elektromotorjev, transformatorjev itd.), to je vezja z visoko induktivnostjo. V tem primeru nastali e. d.s. samoindukcija e L lahko večkrat preseže napetost U vira in, če seštejemo z njo, povzroči prenapetost v električnih tokokrogih (slika 64, a), imenovane preklapljanje(se pojavi, ko preklapljanje- preklopni električni tokokrogi). Nevarni so za navitja elektromotorjev, generatorjev in transformatorjev, saj lahko povzročijo okvaro njihove izolacije.

Velika e. d.s. samoindukcija prispeva tudi k nastanku električne iskre ali obloka v električnih napravah, ki preklapljajo električna vezja. Na primer, v trenutku odpiranja kontaktov nožnega stikala (slika 64, b), nastali e. d.s. samoindukcija močno poveča potencialno razliko med odprtimi kontakti stikala in prebije zračno režo. Nastala električni lok podprt v, nekaj časa e. d.s. samoindukcijo, ki s tem upočasni proces izklopa toka v vezju. Ta pojav je zelo nezaželen, saj lok stopi kontakte odklopnih naprav, kar vodi do njihove hitre okvare. Zato so v vseh napravah, ki se uporabljajo za odpiranje električnih tokokrogov, predvidene posebne naprave za gašenje obloka, ki zagotavljajo pospeševanje gašenja obloka.

Poleg tega v močnostnih vezjih s pomembno induktivnostjo (na primer vzbujevalna navitja generatorjev) vzporedno R-L verige(tj. ustrezno navitje) vključujejo razelektritveni upor R p (slika 65, a). V tem primeru se po izklopu stikala B1 vezje R-L ne prekine, ampak se zapre na upor R p. Tok v vezju i se ne zmanjša takoj, ampak postopoma - eksponentno (slika 65.6), saj e. d.s. samoindukcija e L , ki nastane v induktivnosti L, preprečuje zmanjševanje toka. Napetost u p na razelektritvenem uporu se prav tako eksponentno spreminja med postopkom spreminjanja toka. Enaka je napetosti, ki se nanaša na vezje R-L, to je na sponke ustreznega

tokovno navitje. V začetnem trenutku je U p start = UR p / R, to je odvisno od upora razelektritvenega upora; pri visokih vrednostih Rp je lahko ta napetost previsoka in nevarna za izolacijo električna inštalacija. V praksi se za omejevanje nastalih prenapetosti upor R p razelektritvenega upora vzame največ 4-8-krat od upora R ustreznega navitja.

Pogoji za nastanek prehodnih procesov. Zgoraj obravnavani postopki pri vklopu in izklopu vezja R-L se imenujejo prehodni dogodki. Pojavljajo se pri vklopu in izklopu vira ali posameznih odsekov vezja, pa tudi pri spreminjanju načina delovanja, na primer z nenadno spremembo obremenitve, prelomov in kratkih stikov. Isti prehodni procesi potekajo, ko določene pogoje in v vezjih, ki vsebujejo kondenzatorje s kapacitivnostjo C. V nekaterih primerih so prehodni procesi nevarni za vire in sprejemnike, saj so lahko nastali tokovi in ​​napetosti večkrat višji od nazivne vrednosti za katere so te naprave zasnovane. Vendar pa so v nekaterih elementih električne opreme, zlasti v industrijskih elektronskih napravah, prehodni načini delovanja.

Fizično je pojav prehodnih procesov razložen z dejstvom, da so induktorji in kondenzatorji naprave za shranjevanje energije, proces kopičenja in sproščanja energije v teh elementih pa se ne more zgoditi takoj, zato tok v induktorju in napetost na kondenzatorju ne more spremeniti takoj. Čas prehodnega procesa, med katerim ob vklopu, izklopu in spreminjanju načina delovanja vezja pride do postopne spremembe toka in napetosti, je določen z vrednostmi R, L in C vezja. in so lahko ulomki in enote sekund. Po koncu prehodnega pojava tok in napetost pridobita nove vrednosti, ki se imenujejo ustanovljeno.

Elektromagnetna indukcija - ustvarjanje električnih tokov z magnetnimi polji, ki se sčasoma spreminjajo. Odkritje tega pojava, ki sta ga odkrila Faraday in Henry, je v svet elektromagnetizma vneslo določeno simetrijo. Maxwellu je v eni teoriji uspelo zbrati znanje o elektriki in magnetizmu. Njegove raziskave so napovedale obstoj elektromagnetnih valov pred eksperimentalnimi opazovanji. Hertz je dokazal njihov obstoj in človeštvu odprl dobo telekomunikacij.

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

Faradayjevi poskusi

Faradayev in Lenzov zakon

Električni tokovi ustvarjajo magnetne učinke. Ali je možno, da magnetno polje ustvari električno? Faraday je odkril, da se želeni učinki pojavijo zaradi sprememb v magnetnem polju skozi čas.

Ko prevodnik prekriža spremenljivka magnetni tok, v njem se inducira elektromotorna sila, ki povzroči električni tok. Sistem, ki ustvarja tok, je lahko trajni magnet ali elektromagnet.

Pojav elektromagnetne indukcije urejata dva zakona: Faradayev in Lenzov.

Lenzov zakon vam omogoča, da označite elektromotorno silo glede na njeno smer.

Pomembno! Smer inducirane emf je taka, da tok, ki ga povzroča, teži proti vzroku, ki ga ustvarja.

Faraday je opazil, da se intenzivnost induciranega toka poveča, ko je število črte sile, prečkanje konture. Z drugimi besedami, EMF elektromagnetne indukcije je neposredno odvisen od hitrosti premikajočega se magnetnega toka.

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

EMF indukcija

Formula indukcijske emf je opredeljena kot:

E \u003d - dF / dt.

Znak "-" kaže, kako je polarnost inducirane emf povezana s predznakom toka in spreminjajočo se hitrostjo.

Pridobljena je splošna formulacija zakona elektromagnetne indukcije, iz katere je mogoče izpeljati izraze za posamezne primere.

Gibanje žice v magnetnem polju

Ko se žica dolžine l premika v magnetnem polju z indukcijo B, se v njej inducira EMF, sorazmerna z njeno linearno hitrostjo v. Za izračun EMF se uporablja formula:

• v primeru gibanja prevodnika pravokotno na smer magnetnega polja:

E \u003d - B x l x v;

• v primeru gibanja pod drugačnim kotom α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

Inducirana emf in tok bosta usmerjena v smer, ki jo najdemo s pravilom desno roko: Če roko postavite pravokotno na črte magnetnega polja in usmerite palec v smer gibanja prevodnika, lahko po preostalih štirih zravnanih prstih ugotovite smer EMF.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Premakni žico v MP" width="600" height="429">!}

Premikanje žice v MP

Vrtljiva tuljava

Delovanje generatorja električne energije temelji na vrtenju vezja v MP, ki ima N obratov.

EMF se v električnem tokokrogu inducira vsakič, ko ga magnetni tok prečka, v skladu z definicijo magnetnega pretoka Ф = B x S x cos α (magnetna indukcija, pomnožena s površino, skozi katero prehaja MP, in kosinusom kot, ki ga tvorita vektor B in pravokotnica na ravnino S).

Iz formule izhaja, da je F podvržen spremembam v naslednjih primerih:

• intenzivnost MF se spreminja - vektor B;
• območje, omejeno s konturo, se razlikuje;
• orientacija med njima, ki jo poda kot, se spremeni.

V prvih Faradayevih poskusih so bili inducirani tokovi pridobljeni s spreminjanjem magnetnega polja B. Je pa mogoče inducirati EMF brez premikanja magneta ali spreminjanja toka, ampak preprosto z vrtenjem tuljave okoli svoje osi v magnetnem polju. V tem primeru se magnetni tok spremeni zaradi spremembe kota α. Tuljava med vrtenjem prečka črte MP, nastane emf.

Če se tuljava enakomerno vrti, ta periodična sprememba povzroči periodično spremembo magnetnega toka. Ali pa število prečkanih silnih črt MF vsako sekundo ima enake vrednosti z enakimi časovnimi intervali.

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

Vrtenje konture v MP

Pomembno! Inducirana emf se s orientacijo skozi čas spreminja iz pozitivne v negativno in obratno. Grafični prikaz EMF je sinusna črta.

Za formulo za EMF elektromagnetne indukcije se uporablja izraz:

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

• S je območje, omejeno z enim zavojem ali okvirjem;
• N je število zavojev;
• ω je kotna hitrost, s katero se tuljava vrti;
• B – MF indukcija;
• kot α = ωt.

V praksi pri alternatorjih tuljava pogosto ostane nepremična (stator) in se elektromagnet vrti okoli nje (rotor).

EMF samoindukcija

Pri prehodu skozi tuljavo izmenični tok, ustvarja spremenljivo magnetno polje, ki ima spreminjajoč se magnetni tok, ki inducira EMF. Ta učinek se imenuje samoindukcija.

Ker je MP sorazmeren z jakostjo toka, potem:

kjer je L induktivnost (H), določena z geometrijskimi količinami: številom zavojev na enoto dolžine in dimenzijami njihovega preseka.

Za indukcijsko emf ima formula naslednjo obliko:

E \u003d - L x dI / dt.

Vzajemna indukcija

Če sta dve tuljavi nameščeni drug ob drugem, se v njih inducira EMF medsebojne indukcije, odvisno od geometrije obeh vezij in njune orientacije drug proti drugemu. Ko se ločitev vezij poveča, se medsebojna induktivnost zmanjša, saj se magnetni tok, ki jih povezuje, zmanjša.

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

Vzajemna indukcija

Naj bosta dve tuljavi. Skozi žico ene tuljave z zavoji N1 teče tok I1, ki ustvarja MF, ki poteka skozi tuljavo z zavoji N2. Nato:

1. Medsebojna induktivnost druge tuljave glede na prvo:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetni tok:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Poiščite inducirano emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EMF se inducira identično v prvi tuljavi:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Pomembno! Elektromotorna sila, ki jo povzroča medsebojna induktivnost v eni tuljavi, je vedno sorazmerna s spremembo električnega toka v drugi.

Medsebojno induktivnost lahko štejemo za enako:

M12 = M21 = M.

V skladu s tem je E1 = - M x dI2/dt in E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

kjer je K sklopni koeficient med dvema induktivnostima.

Pojav medsebojne induktivnosti se uporablja v transformatorjih - električnih napravah, ki vam omogočajo spreminjanje vrednosti napetosti izmeničnega električnega toka. Naprava je sestavljena iz dveh tuljav, navitih okoli enega jedra. Tok, ki je prisoten v prvem, ustvarja spreminjajoče se magnetno polje v magnetnem vezju in električni tok v drugi tuljavi. Če je število zavojev prvega navitja manjše od drugega, se napetost poveča in obratno.

Izraz indukcija v elektrotehniki pomeni pojav toka v električnem zaprtem tokokrogu, če je ta v spremenljivem stanju, odkril ga je šele pred dvesto leti Michael Faraday. Veliko prej bi to lahko storil André Ampère, ki je izvedel podobne poskuse. V tuljavo je vstavil kovinsko palico, nato pa je po nesreči odšel v drugo sobo pogledat iglo galvanometra - in nenadoma se je premaknila. In puščica je redno opravljala svoje delo - odstopala je, a medtem ko je Ampere taval po sobah - se je vrnila na ničlo. Tako je fenomen samoindukcije čakal še deset let, dokler niso bili tuljava, naprava in raziskovalec hkrati na pravem mestu.

Glavna točka tega poskusa je bila, da se indukcijska emf pojavi le, ko se spremeni magnetno polje, ki poteka skozi zaprt krog. Lahko pa ga spremenite, kot želite - spremenite vrednost samega magnetnega polja ali preprosto premaknite vir polja glede na isto zaprto zanko. EMF, ki nastane v tem primeru, se je imenovala "emf medsebojne indukcije". Toda to je bil šele začetek odkritij na področju indukcije. Še bolj presenetljiv je bil fenomen samoindukcije, ki ga je odkril približno ob istem času. V njegovih poskusih je bilo ugotovljeno, da tuljava ne samo inducira tok v drugi tuljavi, ampak tudi, ko se tok v tej tuljavi spremeni, v njej inducira dodatno EMF. Tako se je imenoval EMF samoindukcije. Zelo zanimiva je smer toka. Izkazalo se je, da je v primeru EMF samoindukcije njegov tok usmerjen proti svojemu "staršu" - toku zaradi glavnega EMF.

Ali je mogoče opaziti pojav samoindukcije? Kot pravijo, nič ni lažje. Sestavili bomo prva dva - serijsko povezani induktor in žarnico, drugo pa samo žarnico. Povežite jih z baterijo prek skupnega stikala. Ko je vklopljen, lahko vidite, da se lučka v vezju s tuljavo prižge "nejevoljno", druga lučka, ki se hitreje dvigne, pa se takoj prižge. Kaj se dogaja? V obeh tokokrogih po vklopu začne teči tok, ki se spreminja od nič do maksimuma, in samoindukcijsko EMF generira le sprememba toka, na katero čaka tuljava induktorja. Obstajata EMF in zaprto vezje, kar pomeni, da obstaja tudi njegov tok, vendar je usmerjen nasproti glavnega toka vezja, ki bo na koncu dosegel največjo vrednost, določeno s parametri vezja in prenehati rasti, in ker se tok ne spremeni, ni samoindukcijske EMF. Vse je preprosto. Podobno sliko, vendar s "ravno nasprotno", opazimo, ko je tok izklopljen. Zvest ji slaba navada” da prepreči kakršno koli spremembo toka, samoindukcijski EMF ohranja svoj tok v tokokrogu po izklopu napajanja.

Takoj se je pojavilo vprašanje - kaj je fenomen samoindukcije? Ugotovljeno je bilo, da na EMF samoindukcije vpliva hitrost spremembe toka v prevodniku in lahko zapišemo:

Iz tega je razvidno, da je EMF samoindukcije E neposredno sorazmeren s hitrostjo spremembe toka dI / dt in koeficientom sorazmernosti L, ki se imenuje induktivnost. Za prispevek k preučevanju vprašanja, iz česa je sestavljen fenomen samoindukcije, je bil George Henry nagrajen z dejstvom, da enota induktivnosti, henry (H), nosi njegovo ime. Induktivnost tokovnega tokokroga določa pojav samoindukcije. Lahko si predstavljamo, da je induktivnost neke vrste "skladiščenje" magnetne energije. Če se tok v tokokrogu poveča Električna energija se pretvori v magnetno, upočasni rast toka, in ko se tok zmanjša, se magnetna energija tuljave pretvori v električno energijo in vzdržuje tok v vezju.

Verjetno so vsi morali videti iskro, ko je bil vtič izklopljen iz vtičnice - to je najpogostejša različica manifestacije samoindukcijske EMF v resnično življenje. Toda v vsakdanjem življenju se odprejo tokovi največ 10-20 A, čas odpiranja pa je približno 20 ms. Z induktivnostjo reda 1 H bo EMF samoindukcije v tem primeru enak 500 V. Zdi se, da vprašanje, iz česa je sestavljen pojav samoindukcije, ni tako zapleteno. Toda v resnici je samoindukcijski EMF velik tehnični problem. Bistvo je, da ko se vezje prekine, ko so kontakti že razpršeni, samoindukcija vzdržuje tok toka, kar vodi do izgorevanja kontaktov, ker. v tehnologiji se preklapljajo vezja s tokovi na stotine in celo tisoče amperov. Tukaj pogosto govorimo o EMF samoindukcije v več deset tisoč voltih, in to zahteva dodatna rešitev tehnične težave v zvezi s prenapetostmi v električnih tokokrogih.

Ni pa vse tako mračno. Zgodi se, da je ta škodljivi EMF zelo uporaben, na primer v sistemih za vžig ICE. Tak sistem je sestavljen iz induktorja v obliki avtotransformatorja in sekljalnika. Skozi primarno navitje teče tok, ki ga izklopi odklopnik. Kot posledica odprtega tokokroga se pojavi EMF samoindukcije na stotine voltov (medtem ko baterija daje le 12 V). Nadalje se ta napetost dodatno transformira in na svečke se dovaja impulz več kot 10 kV.