Emf för självinduktion i kretsen. Vad är EMF för självinduktion

Uppfinningen hänför sig till elektroteknik, i synnerhet till konstruktioner av induktionsströmgeneratorer, och kan användas i elektromagnetiska installationer och elektriska maskiner, såsom motorer, generatorer, transformatorer, i synnerhet som en step-up transformator. Det tekniska resultatet består i att öka emk vid utgången genom att använda pulsade spänningar på sekundärlindningen och implementera en sekundärlindningsdesign som skulle möjliggöra direkt borttagning av den resulterande pulsade spänningen från generatorn, och samtidigt den totala effekten av primärlindningen och sekundära lindningar. 6 w.p. flyg, 2 ill.

Ritningar till RF-patentet 2524387

Uppfinningen hänför sig till elektroteknik, i synnerhet till konstruktioner av pulserande induktionsströmgeneratorer.

Syftet med denna uppfinning är användningen av en pulsad självinduktions-EMK-generator för att tillhandahålla pulsad strömförsörjning till olika elektromagnetiska installationer och elektriska maskiner, vilket gör det möjligt att avsevärt utöka arsenalen av pulsade energikällor. Den tidigare kända "induktionssynkrongeneratorn", ansökan RU 9811934 7, publ. 09/10/2000, IPC H02K 21/14, med hjälp av strömmarna i statorlindningen, på vars armatur strömmarna pulserar, och induktorn (rotorn), gjord skyddad från magnetiskt fält statorarmaturlindningsströmmar. Låter dig utöka generatorns driftlägen. Generatorn innehåller emellertid roterande delar, och därför har den alla nackdelarna med sådana generatorer, dvs. problemen i samband med byte av elkraften är inte lösta. I den föreslagna designen är det omöjligt att erhålla den erforderliga högspänningen.

Känd "Generator av elektrisk energi", ansökan RU 9402533 5, publ. 06/10/1996, IPC H02K 19/16, innehållande kompositringlindningar med en kärna, en induktionsspole och en excitationslindning. Gör att du kan öka prestandan hos elgeneratorn, minska statorlindningens induktiva motstånd, minska kostnaderna för mekaniskt arbete vid omvandling av mekanisk energi till elektrisk energi och öka effektiviteten. Generatorn tillåter dock, på grund av designfunktionerna, inte användningen av självinduktions-EMK. Generatorn innehåller roterande delar, och därför har den alla nackdelarna med sådana generatorer, dvs. problemen i samband med byte av elkraften är inte lösta.

Känd bruksmodell"Kombinerad elektromagnetisk lindning", patent RU 96443, publ. 2010/07/27, IPC H01F 5/00, där det finns två eller flera ledare med ledningar, och ledarna är åtskilda av ett dielektrikum. Låter dig utöka driftsätten. Båda ledarna används dock som primärlindning, det finns ingen högspänningssekundärlindning, vilket inte tillåter att lindningen används i högspänningstransformatorer, och inte heller säkerställer avlägsnande och användning av induktions-EMK från sekundärlindningen.

Den närmaste tillämpningen av uppfinningen är "Induktiv-statisk metod för att generera elektrisk energi och en anordning för dess implementering", RU 2004124018, publ. 01/27/2006, IPC H01F 1/00, enligt vilken det finns primära och sekundära lindningar som bildar en induktor med övergången av fri magnetisk energi till ett induktivt beroende tillstånd, och induktionens EMF är inducerad och magnetisk flödestäthet erhålls, proportionellt mot ökningen elektrisk kraft. Tillåter användning av en sekundärlindning med en induktans som är mindre med mängden magnetisk flödeskomprimering, vilket uppnår proportionell komprimering och en ökning av generatorns elektriska effekt. Metoden använder induktion och samtidigt statiska genereringsmetoder. Utformningen av generatorns sekundära lindning har dock inte föreslagits, vilket möjliggör direkt borttagning från generatorn av den resulterande pulsade spänningen och självinduktions-EMK-strömmen.

Den närmaste lösningen är också den klassiska kretsschema för demonstrationsexperiment elektromagnetisk induktion när kretsen öppnas. Denna krets (enhet) är funktionellt en självinduktions-EMK-pulsgenerator. I samband med det föregående accepterar vi som prototyp installationen som visas på ritningen - fig. 424 s. 231, lärobok: Fysikkurs, del två, red. "Nauka", Moskva 1970 Författare: L.S. Zhdanov, V.A. Maranjan.

Men i det klassiska systemet, kärnan i elektriskt stål strukturellt är den inte kapabel att samtidigt utföra två funktioner i anordningen: en elektriskt ledande lindning och en klassisk, som i prototyp i Fig. 424, magnetisk krets, d.v.s. kärnan (M) i en induktionsspole. Prototypen tillåter inte direkt borttagning och användning av den självinduktions-EMK som förekommer i kärnan av en klassisk induktionsspole.

Syftet med den föreslagna uppfinningen är användningen av impulsspänningar och implementeringen av utformningen av sekundärlindningen hos generatorn, vilket skulle möjliggöra direkt borttagning från generatorn av den resulterande impulsspänningen.

Det tekniska resultatet som den föreslagna tekniska lösningen ger är en betydande utbyggnad av arsenalen av medel för pulsad generering och omvandling av el. Påstod tekniskt resultat tillhandahålls på grund av det faktum att självinduktions-EMF-pulsgeneratorn är strukturellt utformad i form av primära och sekundära lindningar av en enfas upptrappningstransformator i en standard teknisk prestanda(med hänsyn till det faktum att sekundärlindningen är både funktionellt en elektrisk ledare och en magnetisk krets, föreslås det att betrakta den presenterade designen som den enklaste induktionsspolen med en kärna utformad i form av en spiralspole med möjlighet att ta bort självinduktion EMF från det) och de är utrustade med två eller flera ledare, som separeras av en dielektrikum och varje ledare har terminaler. Generatorn skiljer sig genom att primärlindningen (ledaren) av lågspänning är gjord av spiralband och har minst 2 varv lindad tätt eller med ett litet mellanrum, varv till varv, lindningstejpen är gjord med en bredd på 120 till 200 mm och en tjocklek av 1 till 2 mm; sekundärlindningen (ledaren) av högspänning är också gjord av spiraltejp, lindningstejpen är gjord av elektriskt stål belagd med elektrisk isolering och har minst 100 varv lindad tätt eller med ett litet mellanrum, vrid till varv, tejpen är gjord med en bredd av 120 till 200 mm och inte mer än 0,1 mm tjock. Primärlindningen är elektriskt ansluten till lågspänningsbatteriet genom en omkopplare för att bilda en sluten elektrisk krets, där sekundärlindningen är både en elektriskt ledande lindning och en magnetisk krets. I detta fall är primärlindningens varv placerade utanför sekundärlindningens varv på ett sådant sätt att båda lindningarna bildar en uppstegstransformator, där sekundärlindningen är en induktionsspole till en högspänningstransformator, vilket ger elektrisk ledningsförmåga på grund av det elektriska stålbandet isolerat med ett yttre skikt av isolering och samtidigt utför funktionen kärna för primärlindningen, EMF avlägsnas med hjälp av ledare som är elektriskt anslutna till ändarna av sekundärlindningstejpen, och erhålls på grund av brytarnyckelns periodiska drift, och på grund av brytarnyckelns frekvens, tillhandahålls den beräknade impulsspänningen och strömmen som uppstår i sekundärlindningen av formeln

där - där L är kretsens induktans eller proportionalitetskoefficienten mellan förändringshastigheten för strömstyrkan i kretsen och den resulterande EMF för självinduktion,

- hastigheten för förändring av strömstyrkan i den elektriska kretsen

I särskilda fall kan primärlindningen vara gjord av en koppar- eller aluminiumledare, den kan ha 3 varv eller mer, antalet varv begränsas av transformatorförhållandet: förhållandet mellan antalet varv av sekundärlindningen och antalet av varv av primärlindningen, som bestämmer transformationsförhållandet, dvs. hur mycket spänning i sekundärlindningen är större än i primärlindningen. Till exempel, ackumulatorbatteri låg spänning kan klassificeras till 12-24 volt och det är en källa likström. I synnerhet utförs periodisk drift av brytarnyckeln med en industriell frekvens av växelström på 50 Hz. I det här fallet kan frekvenserna vara alla tekniskt möjliga för implementering, men 50 Hz är bättre, eftersom det är lättare att konvertera eller konsumera det med tillgängliga standardomvandlare eller elektriska apparater. Den beräknade EMF för självinduktion i sekundärlindningen tillhandahålls i synnerhet av kretsens geometri och magnetiska egenskaper kärna för primärlindningen. Så det kan göras med en konturform, som är gjord rund med en diameter på 150 mm eller mer, vilket beror på transformationsförhållandet, som bestämmer diametern på sekundärlindningen, beroende på tjockleken på det elektriska stålet som används, eller en rund spiralform. Eftersom sekundärlindningen är en högspänningslindning och är gjord av elektriskt stål, betyder detta att dess magnetiska egenskaper bestäms av själva materialet (d.v.s. de faktiska magnetiska egenskaperna hos elektriskt stål).

Uppfinningen i den mest generaliserade formen illustreras på ritningarna. specifika designär inte begränsad till de på ritningarna visade utföringsformerna.

Figur 1 visar layouten för primär- och sekundärlindningarna och ett batteri med nyckelbrytare.

Figur 2 visar avsnitt A-A längs de anslutna sekundär- och primärlindningarna.

Denna tekniska lösning illustreras av en ritning, som inte täcker alla möjliga designalternativ för det presenterade anslutningsschemat.

Enheten för EMF-pulsgeneratorn för självinduktion visas i figur 1 och figur 2 (i sektion), och denna enhet är strukturellt gjord i form av en enfas upptrappningstransformator (och är också strukturellt den enklaste induktionen) spole), som består av en primär (1) spiralbandlindning (koppar- eller aluminiumledare), 2-3 varv 1-2 mm tjock, 120 mm bred, ansluten till ett lågspänningsbatteri (2) 12-24 V - a likströmskälla genom en brytarnyckel (3), som bildar en sluten elektrisk krets .

Sekundär högspänningsspiral-tejplindning (4) gjord av elektriskt stål belagd med elektrisk isolering, har ett antal varv på 100 eller fler, tejptjocklek 0,1 mm, bredd 120 mm.

Sekundärlindningen (4) gjord av elektriskt stål utför två funktioner i strukturen samtidigt: en elektriskt ledande lindning och en magnetisk krets.

Som en elektrisk ledare är sekundärlindningen (4) högspänningsinduktionsspolen hos en transformator.

Som en magnetisk krets är sekundärlindningen (4) kärnan för primärlindningen (2) i en klassisk induktionsspole.

De primära (1) och sekundära (4) lindningarna av en enfas upptrappningstransformator och är utrustade med två eller flera ledare (5), de sekundära lindningsledarna har en terminal (6) - d.v.s. EMF avlägsnas med hjälp av ledare (5, 6) som är elektriskt anslutna till ändarna av sekundärlindningstejpen och erhålls på grund av den periodiska driften av brytarnyckeln (3). Dessutom beräknas strömmarna som uppstår i sekundärlindningen med formeln

där L är kretsens induktans eller proportionalitetskoefficienten mellan förändringshastigheten för strömstyrkan i kretsen för primärlindningen (1) och den resulterande EMF för självinduktion i sekundärlindningen (2),

- förändringshastigheten i strömstyrkan i den elektriska kretsen av primärlindningen (1) på grund av brytarnyckeln (3).

Periodisk drift av nyckelbrytaren (3) utförs med en industriell frekvens av växelström på 50 Hz. Den beräknade EMF för självinduktion i sekundärlindningen (4) tillhandahålls av geometrin hos sekundärlindningens (4) krets och de magnetiska egenskaperna hos kärnan (4) för primärlindningen (1).

Formen på kretsen som erhålls av de primära (1) och sekundära (4) lindningarna, i den presenterade versionen, är gjord med en rund diameter på 150 mm eller mer.

Enheten fungerar enligt följande.

När nyckeln (3) stänger primärlindningens (1) elektriska krets uppstår ett magnetfält, vars energi lagras i sekundärlindningens (4) magnetfält.

Att öppna nyckeln (3) för kretsen för primärlindningen (1) bildar en minskande ström, som enligt Lenz-regeln tenderar att bibehålla EMF för den inducerade induktionen av sekundärlindningen (4).

Som ett resultat omvandlas energin som lagras i sekundärlindningens (4) magnetfält till ytterligare energi av primärlindningens (1) självinduktionsström, som matar sekundärlindningens (4) elektriska krets.

Beroende på mängden magnetisk energi som lagras i sekundärlindningskretsen (4), kan självinduktionsströmmens effekt vara annorlunda och bestäms av den välkända formeln:

Således uppnår denna uppfinning det tekniska resultatet, som består i det faktum att designen, materialet och dubbla funktionaliteten hos enhetens sekundära lindning gör att du kan ta bort och effektivt använda den resulterande självinduktions-EMK.

Industriell tillämplighet av den föreslagna teknisk lösning bekräftad generella regler fysik. Så effekten av självinduktion beskrivs i läroboken (L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan, fysikkurs i genomsnitt särskilda institutioner, del 2 el, red. Tredje, stereotyp, huvudupplaga av fysisk och matematisk litteratur, M., 1970, s. 231,232,233). Självinduktion uppstår när kretsen öppnas, den är direkt proportionell mot förändringshastigheten i strömstyrkan i den elektriska kretsen. PÅ traditionella system fenomenet självinduktion åtföljs alltid av uppkomsten av en gnista som uppstår vid punkten för att bryta kretsen. Eftersom det i den föreslagna designen inte finns något avbrott i den elektriska kretsen i sekundärlindningen (4) på ​​grund av dess design, beroende på mängden magnetisk energi som lagras i denna krets, gnistor inte brytströmmen utan går över i den genererade kraften . Sålunda, i utformningen av sekundärlindningen (4), när likströmskretsen i primärlindningen (1) öppnas, omvandlas energin som lagras i magnetfältet i denna krets till energin hos självinduktionsströmmen i sekundärlindningskrets (4).

Eftersom den elektromotoriska kraften (EMF) är kvantiteten lika med arbete externa krafter, i vårt fall är detta det föränderliga magnetfältet för primärspolen (1), hänvisat till en enhet med positiv laddning, detta är EMF som verkar i kretsen eller i dess sektion, i vårt fall är detta den sekundära lindning (4). Yttre krafter kan kännetecknas av det arbete de gör på laddningar som rör sig längs kedjan, och dimensionen av EMF sammanfaller med dimensionen av potentialen och mäts i samma enheter. Därför kallas vektormängden E också för fältstyrkan för yttre krafter. Fältet för yttre krafter i vårt fall uppstår på grund av det alternerande magnetfältet i primärlindningen (1). Således kan EMF som verkar i en sluten krets definieras som cirkulationen av fältstyrkevektorn för externa krafter, dvs. yttre krafter som uppstår i primärlindningen (1) på grund av avbrottet av det elektriska fältet av nyckelbrytaren (3). Denna regel säkerställer förekomsten av induktions-EMK i sekundärlindningen (4). Detta fysiska fenomen beskrivs i läroboken (I.V. Savelyev, Course of Physics, volym 2, elektricitet, s. 84,85, ed. Second stereotypical, ed. Science, main edition of Physical and Mathematical literature, M., 1966. ) .

Förutom yttre krafter verkar krafter på laddningen elektrostatiskt fält, som förekommer direkt i sekundärspolen (4).

Enheten använder också fenomenet elektromagnetisk induktion som beskrivs i (R.A. Mustafaev, V.G. Krivtsov, lärobok, fysik, för att hjälpa universitetssökande, red. M., ta studenten 1989).

Sålunda gör utformningen av generatorn som används i den föreslagna uppfinningen som en anordning det möjligt att effektivt generera, ta bort och använda självinduktions-EMK. Således kan anordningen tillverkas industriellt sätt och introduceras som en lovande effektiv självinduktions-EMF-pulsgenerator, som tillåter att utöka arsenalen tekniska medel för impulsgenerering och omvandling av el.

KRAV

1. En pulsad självinduktions-emk-generator, utformad som en enfas upptrappningstransformator, bestående av primär- och sekundärlindningar och utrustad med två eller flera ledare som är åtskilda av ett dielektrikum, och ledaren har ledningar, kännetecknad av att lågspänningsprimärlindningen är gjord av spiralband och har minst två varv lindade tätt eller på ett litet avstånd från varandra, lindningstejpen är gjord 120-200 mm bred och 1-2 mm tjock; den sekundära högspänningslindningen är också gjord av spiraltejp, lindningstejpen är gjord av elstål belagd med elektrisk isolering, har minst 100 varv lindade tätt eller på litet avstånd från varandra, tejpen är gjord 120-200 mm bred och inte mer än 0 tjock, 1 mm, primärlindningen är elektriskt ansluten till lågspänningsbatteriet genom en nyckelbrytare för att bilda en sluten elektrisk krets, och sekundärlindningen är både en elektriskt ledande lindning och en magnetisk krets, medan primärlindningens varv är placerade utanför sekundärlindningens varv på ett sådant sätt att båda lindningarna bildar en step-up transformator, i vilken sekundärlindningen är en induktionsspole till en step-up transformator, som tillhandahåller elektrisk ledningsförmåga på grund av elektrisk stålband isolerad med ett yttre skikt av isolering, och samtidigt fungerar som en kärna för primärlindningen, emk avlägsnas med hjälp av ledare , elektriskt anslutna till ändarna av det sekundära lindningsbandet, och erhålls på grund av den periodiska driften av brytarnyckeln.

2. Pulsgenerator emf-självinduktion enligt krav 1, kännetecknad av att primärlindningen är gjord av koppar- eller aluminiumledare.

3. Pulsgenerator emk-självinduktion enligt krav 1, kännetecknad av att primärlindningen har tre varv.

4. Pulsgenerator emf-självinduktion enligt krav 1, kännetecknad av att lågspänningsbatteriet är konstruerat för 12-24 volt och är en likströmskälla.

5. Pulsgenerator emk-självinduktion enligt krav 1, kännetecknad av att den periodiska driften av nyckelbrytaren utförs med en industriell frekvens av växelström 50 Hz.

6. Självinduktionspulsgenerator enligt krav 1, kännetecknad av att den beräknade självinduktions-emk tillhandahålls av kretsens geometri och de magnetiska egenskaperna hos kärnan för primärlindningen.

7. Pulsgenerator emf-självinduktion enligt krav 1, kännetecknad av att kretsens form är rund med en diameter av 150 mm eller mer.

självinduktion

Varje ledare genom vilken elektrisk ström flyter är i sitt eget magnetfält.

När strömstyrkan ändras i ledaren ändras m.fältet, d.v.s. det magnetiska flödet som skapas av denna ström ändras. En förändring i det magnetiska flödet leder till uppkomsten av ett elektriskt virvelfält och en induktions-EMK uppträder i kretsen.

Detta fenomen kallas självinduktion.

Självinduktion - fenomenet med förekomsten av induktions-EMK i en elektrisk krets som ett resultat av en förändring i strömstyrkan.
Den resulterande emk kallas självinduktions-emk.

Manifestation av fenomenet självinduktion

Stänger kretsen

När den elektriska kretsen är sluten ökar strömmen vilket orsakar en ökning av det magnetiska flödet i spolen, ett elektriskt virvelfält uppstår, riktat mot strömmen, det vill säga en självinduktion EMF uppstår i spolen, vilket förhindrar strömmen från att öka i kretsen (virvelfältet saktar ner elektronerna).
Som ett resultat lyser L1 senare än L2.

Öppen krets

När den elektriska kretsen öppnas minskar strömmen, det sker en minskning av m.flödet i spolen, ett elektriskt virvelfält uppstår, riktat som en ström (tenderar att behålla samma strömstyrka), d.v.s. En självinduktiv emk uppträder i spolen, som upprätthåller strömmen i kretsen.
Som ett resultat blinkar L starkt när den stängs av.

Inom elektroteknik visar sig fenomenet självinduktion när kretsen är sluten ( elektricitetökar gradvis) och när kretsen öppnas (den elektriska strömmen försvinner inte omedelbart).

INDUKTANS

Vad beror självinduktionens EMF på?

Elektrisk ström skapar sitt eget magnetfält. Det magnetiska flödet genom kretsen är proportionellt mot magnetfältsinduktionen (Ф ~ B), induktionen är proportionell mot strömstyrkan i ledaren
(B ~ I), därför är det magnetiska flödet proportionellt mot strömstyrkan (Ф ~ I).
Självinduktions-emk beror på förändringshastigheten i strömstyrkan i den elektriska kretsen, på ledarens egenskaper (storlek och form) och på den relativa magnetiska permeabiliteten hos mediet i vilket ledaren är placerad.
En fysisk storhet som visar självinduktions-EMK:s beroende av ledarens storlek och form och av miljön där ledaren befinner sig kallas självinduktionskoefficienten eller induktansen.

Induktans - fysisk kvantitet, numeriskt lika med EMF självinduktion som uppstår i kretsen när strömmen ändras med 1 ampere på 1 sekund.
Dessutom kan induktansen beräknas med formeln:

där F är det magnetiska flödet genom kretsen, I är strömstyrkan i kretsen.

SI-enheter för induktans:

Induktansen för en spole beror på:
antalet varv, storleken och formen på spolen och den relativa magnetiska permeabiliteten för mediet (en kärna är möjlig).

SJÄLVINDUKTION EMF

EMF av självinduktion förhindrar ökningen av strömstyrkan när kretsen slås på och minskningen av strömstyrkan när kretsen öppnas.

ENERGI I STRÖMENS MAGNETISKA FÄLT

Runt en ledare med ström finns ett magnetfält som har energi.
Var kommer det ifrån? Strömkällan som ingår i den elektriska kretsen har en energireserv.
I ögonblicket för att stänga den elektriska kretsen förbrukar strömkällan en del av sin energi för att övervinna verkan av den framväxande EMF av självinduktion. Denna del av energin, som kallas strömmens självenergi, går till bildandet av ett magnetfält.

Magnetfältets energi är lika med strömmens självenergi.
Strömmens självenergi är numeriskt lika med det arbete som strömkällan måste göra för att övervinna självinduktions-EMK för att skapa en ström i kretsen.

Energin i magnetfältet som skapas av strömmen är direkt proportionell mot kvadraten på strömstyrkan.
Var försvinner magnetfältets energi efter att strömmen upphört? - sticker ut (när en krets med tillräckligt stor ström öppnas kan en gnista eller ljusbåge uppstå)

FRÅGOR FÖR VERIFIERINGSARBETE

på ämnet "Elektromagnetisk induktion"

1. Lista 6 sätt att få en induktionsström.
2. Fenomenet elektromagnetisk induktion (definition).
3. Lenz regel.
4. Magnetiskt flöde (definition, ritning, formel, inkommande mängder, deras måttenheter).
5. Lagen för elektromagnetisk induktion (definition, formel).
6. Egenskaper hos det elektriska virvelfältet.
7. EMF för induktion av en ledare som rör sig i ett enhetligt magnetfält (orsak till utseende, ritning, formel, ingångsvärden, deras måttenheter).
8. Självinduktion (kort manifestation inom elektroteknik, definition).
9. EMF för självinduktion (dess verkan och formel).
10. Induktans (definition, formler, måttenheter).
11. Energin för strömmens magnetfält (formeln varifrån energin i strömmens m. fält visas, där den försvinner när strömmen upphör).

E. d. s. självinduktion. E. d. s. e L, induktion i en ledare eller spole som ett resultat av en förändring i det magnetiska flödet som skapas av en ström som passerar genom samma ledare eller spole, kallas e. d.s. självinduktion (Fig. 60). Detta e. d.s. inträffar med alla förändringar i strömmen, till exempel vid stängning och öppning av elektriska kretsar, när belastningen på elektriska motorer ändras, etc. Ju snabbare strömförändringar i en ledare eller spole, desto större förändringshastighet för det magnetiska flödet som penetrerar dem och desto större e. d.s. självinduktion induceras i dem. Till exempel, t.ex. d.s. självinduktion e L uppstår i AB-ledaren (se fig. 54) när strömmen som flyter genom den i 1 ändras. Därför inducerar ett förändrat magnetfält t.ex. d.s. i samma ledare där strömmen som skapar detta fält ändras.

Riktning e. d.s. självinduktion bestäms av Lenz regel. E. d. s. självinduktion har alltid en sådan riktning i vilken den förhindrar en förändring i strömmen som orsakade den. Följaktligen, med ökande ström i ledaren (spolen), kommer e. d.s. självinduktion kommer att riktas mot strömmen, det vill säga det kommer att förhindra dess ökning (fig. 61, a), och vice versa, när strömmen minskar i ledaren (spolen), t.ex. d.s. självinduktion, sammanfallande i riktning med strömmen, d.v.s. förhindrar dess minskning (fig. 61, b). Om strömmen i spolen inte ändras, då t.ex. d.s. självinduktion förekommer inte.

Från ovanstående regel för att bestämma riktningen e. d.s. självinduktion följer att detta e. d.s. har en bromsande effekt på förändringen av strömmen i elektriska kretsar. I detta avseende liknar dess verkan verkan av tröghetskraften, vilket förhindrar en förändring av kroppens position. I en elektrisk krets (fig. 62, a), bestående av ett motstånd med resistans R och en spole K, skapas ström i av den kombinerade verkan av källspänningen U och e. d.s. självinduktion e L inducerad i spolen. Vid anslutning av den aktuella kretsen till källan för t.ex. d.s. självinduktion e L (se heldragen pil) hämmar ökningen av strömstyrkan. Därför når strömmen i ett konstant värde I \u003d U / R (enligt Ohms lag) inte omedelbart, utan under en viss tidsperiod (Fig. 62, b). Under denna tid sker en transient process i den elektriska kretsen, under vilken e L och i ändras. Exakt

också, när den elektriska kretsen är avstängd, minskar strömmen i inte omedelbart till noll, utan på grund av verkan av e. d.s. e L (se streckad pil) minskar gradvis.

Induktans. Förmågan hos olika ledare (spolar) att inducera t.ex. d.s. självinduktion uppskattas av induktansen L. Den visar vilken t.ex. d.s. självinduktion sker i en given ledare (spole) när strömmen ändras med 1 A under 1 s. Induktansen mäts i Henry (H), 1 H = 1 Ohm*s. I praktiken mäts induktansen ofta i tusendelar av en henry - millihenry (mH) och i miljondelar av en henry - mikrohenry (µH).

Beror en spoles induktans på antalet varv på spolen? och magnetiskt motstånd Rm för dess magnetiska krets, d.v.s. från dess magnetiska permeabilitet? och geometriska dimensioner l och s. Om en stålkärna sätts in i spolen ökar dess induktans kraftigt på grund av förstärkningen av spolens magnetfält. I detta fall skapar en ström på 1 A ett mycket större magnetiskt flöde än i en kärnlös spole.

Med begreppet induktans L kan man få för t.ex. d.s. självinduktion följande formel:

e L = – L?i/?t (53)

Var?i är förändringen i ström i ledaren (spolen) över en tidsperiod?

Därav, e. d.s. självinduktion är proportionell mot strömförändringshastigheten.

Slå på och av DC-kretsar med en induktor. När den är ansluten till en DC-källa med en spänning U av en elektrisk krets som innehåller R och L, med en omkopplare B1 (Fig. 63, a), ökar strömmen i till ett konstant värde som jag ställer in U / R inte omedelbart, eftersom e. d.s. självinduktion e L , som uppstår i induktansen, verkar mot den pålagda spänningen V och förhindrar att strömmen stiger. För processen i fråga är en gradvis förändring i ström i (fig. 63, b) och spänningar u a och u L längs kurvorna karakteristisk - utställare. Att ändra i, u a och u L längs de angivna kurvorna kallas aperiodisk.

Ökningshastigheten i strömstyrkan i kretsen och förändringen i spänningarna u a och u L kännetecknas av krets tidskonstant

T=L/R (54)

Det mäts i sekunder, beror bara på parametrarna R och L för en given krets, och låter dig uppskatta varaktigheten av den aktuella förändringsprocessen utan att plotta. Denna varaktighet är teoretiskt oändlig. I praktiken anses det vanligtvis vara (3-4) T. Under denna tid når strömmen i kretsen 95-98% av det stabila värdet. Därför, ju större resistans och ju lägre induktans L är, desto snabbare är processen att ändra strömmen i elektriska kretsar med induktans. Tidskonstanten T i en aperiodisk process kan definieras som ett segment AB, avskuret av en tangent som dras från origo till den aktuella kurvan (till exempel ström i) på den linje som motsvarar det konstanta värdet av denna storhet.
Egenskapen för induktans att bromsa strömförändringsprocessen används för att skapa tidsfördröjningar när olika enheter utlöses (till exempel när man styr driften av sandlådor för att periodiskt tillföra delar av sand under hjulen på ett lokomotiv). Det elektromagnetiska tidsreläets funktion är också baserad på användningen av detta fenomen (se § 94).

Växlingsspänningar. E är särskilt stark. d.s. självinduktion vid öppning av kretsar innehållande spolar med ett stort antal varv och med stålkärnor (till exempel lindningar av generatorer, elmotorer, transformatorer etc.), dvs kretsar med hög induktans. I det här fallet blir det resulterande e. d.s. självinduktion e L kan många gånger överskrida källans spänning U och sammanfattningsvis orsaka överspänningar i elektriska kretsar (fig. 64, a), kallad växlande(uppstår när växlande- omkoppling av elektriska kretsar). De är farliga för lindningarna av elmotorer, generatorer och transformatorer, eftersom de kan orsaka nedbrytning av deras isolering.

Stora e. d.s. självinduktion bidrar också till uppkomsten av en elektrisk gnista eller ljusbåge i elektriska enheter som byter elektriska kretsar. Till exempel, i ögonblicket för att öppna knivomkopplarens kontakter (fig. 64, b), resulterar e. d.s. självinduktion ökar kraftigt potentialskillnaden mellan omkopplarens öppna kontakter och bryter igenom luftgapet. Det resulterande elektrisk ljusbåge stöds i, under en tid e. d.s. självinduktion, vilket därmed fördröjer processen att stänga av strömmen i kretsen. Detta fenomen är mycket oönskat, eftersom bågen smälter kontakterna på frånkopplingsanordningarna, vilket leder till deras snabba fel. Därför, i alla enheter som används för att öppna elektriska kretsar, finns speciella ljusbågssläckningsanordningar för att säkerställa accelerationen av ljusbågssläckning.

Dessutom, i kraftkretsar med betydande induktans (till exempel excitationslindningar av generatorer), parallellt R-L kedjor(dvs. motsvarande lindning) inkluderar ett urladdningsmotstånd Rp (fig. 65, a). I det här fallet, efter avstängning av omkopplaren B1, är R-L-kretsen inte avbruten, utan stängs till motståndet R p. Strömmen i kretsen i minskar inte omedelbart, utan gradvis - exponentiellt (Fig. 65.6), eftersom t.ex. d.s. självinduktion eL, som uppstår i induktansen L, förhindrar strömmen från att minska. Spänningen up över urladdningsmotståndet ändras också exponentiellt under strömändringsprocessen. Det är lika med spänningen som appliceras på R-L-kretsen, d.v.s. till terminalerna på motsvarande

strömlindning. I det initiala ögonblicket, U p start = UR p / R, d.v.s. beror på resistansen hos urladdningsmotståndet; vid höga värden på Rp kan denna spänning vara överdrivet hög och farlig för isoleringen elektrisk installation. I praktiken, för att begränsa de resulterande överspänningarna, tas resistansen Rp för urladdningsmotståndet inte mer än 4-8 gånger resistansen R för motsvarande lindning.

Förutsättningar för uppkomsten av övergående processer. De processer som diskuterats ovan när man slår på och av R-L-kretsen kallas övergående processer. De uppstår när du slår på och av källan eller enskilda sektioner av kretsen, såväl som när du byter driftsläge t.ex. med plötslig förändring av belastningen, avbrott och kortslutningar. Samma övergångsprocesser sker när angivna villkor och i kretsar som innehåller kondensatorer med kapacitans C. I vissa fall är transienta processer farliga för källor och mottagare, eftersom de resulterande strömmarna och spänningarna kan vara många gånger högre än nominella värden för vilka dessa enheter är designade. I vissa delar av elektrisk utrustning, särskilt i industriella elektroniska anordningar, är transienter emellertid driftsätt.

Fysiskt förklaras förekomsten av transienta processer av det faktum att induktorer och kondensatorer är energilagringsenheter, och processen för ackumulering och frigöring av energi i dessa element kan inte inträffa omedelbart, därför kan strömmen i induktorn och spänningen över kondensatorn kan inte ändras direkt. Tiden för den transienta processen, under vilken en gradvis förändring av ström och spänning inträffar vid påslagning, avstängning och ändring av kretsens driftläge, bestäms av värdena på R, L och C i kretsen och kan vara bråkdelar och enheter av sekunder. Efter slutet av transienten får strömmen och spänningen nya värden, som kallas Etablerade.

Elektromagnetisk induktion - generering av elektriska strömmar av magnetiska fält som förändras över tiden. Upptäckten av detta fenomen av Faraday och Henry introducerade en viss symmetri till elektromagnetismens värld. Maxwell lyckades i en teori samla kunskap om elektricitet och magnetism. Hans forskning förutspådde existensen elektromagnetiska vågor före experimentella observationer. Hertz bevisade deras existens och öppnade telekommunikationens era för mänskligheten.

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

Faradays experiment

Faradays och Lenz lagar

Elektriska strömmar skapar magnetiska effekter. Är det möjligt för ett magnetfält att generera ett elektriskt? Faraday upptäckte att de önskade effekterna uppstår på grund av förändringar i magnetfältet över tid.

När en ledare korsas av en variabel magnetiskt flöde, en elektromotorisk kraft induceras i den, vilket orsakar en elektrisk ström. Systemet som genererar strömmen kan vara en permanentmagnet eller en elektromagnet.

Fenomenet elektromagnetisk induktion styrs av två lagar: Faradays och Lenzs.

Lenz lag tillåter dig att karakterisera den elektromotoriska kraften med avseende på dess riktning.

Viktig! Riktningen för den inducerade emk är sådan att strömmen den orsakar tenderar att motverka orsaken som skapar den.

Faraday märkte att intensiteten av den inducerade strömmen ökar när antalet ändras snabbare. kraftlinjer, korsar konturen. Med andra ord är EMF för elektromagnetisk induktion direkt beroende av hastigheten på det rörliga magnetiska flödet.

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

EMF-induktion

Induktions-EMK-formeln definieras som:

E \u003d - dF / dt.

"-"-tecknet visar hur polariteten för den inducerade emk är relaterad till tecknet för flödet och den ändrade hastigheten.

En allmän formulering av lagen för elektromagnetisk induktion erhålls, från vilken uttryck för särskilda fall kan härledas.

En tråds rörelse i ett magnetfält

När en tråd med längden l rör sig i ett magnetfält med induktion B, kommer en EMF att induceras inuti den, proportionell mot dess linjära hastighet v. För att beräkna EMF används formeln:

• i fallet med ledarrörelse vinkelrätt mot magnetfältets riktning:

E \u003d - B x l x v;

• vid rörelse i en annan vinkel α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

Den inducerade emk och ström kommer att riktas i den riktning vi finner med hjälp av regeln höger hand: Genom att placera handen vinkelrätt mot magnetfältslinjerna och peka med tummen i ledarrörelsens riktning kan du ta reda på riktningen för EMF med de återstående fyra uträtade fingrarna.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Flytta tråden i MP" width="600" height="429">!}

Flytta en tråd i MP

Roterande spole

Driften av den elektriska kraftgeneratorn är baserad på rotationen av kretsen i MP, som har N varv.

EMF induceras i den elektriska kretsen närhelst det magnetiska flödet passerar den, i enlighet med definitionen av det magnetiska flödet Ф = B x S x cos α (magnetisk induktion multiplicerat med den yta genom vilken MP passerar, och cosinus för vinkel som bildas av vektorn B och den vinkelräta linjen mot planet S).

Det följer av formeln att F kan ändras i följande fall:

• intensiteten av MF-förändringarna - vektorn B;
• området som begränsas av konturen varierar;
• orienteringen mellan dem, given av vinkeln, förändras.

I de första experimenten av Faraday erhölls inducerade strömmar genom att ändra magnetfältet B. Det är dock möjligt att inducera en EMF utan att flytta magneten eller ändra strömmen, utan helt enkelt genom att rotera spolen runt dess axel i magnetfältet. I detta fall ändras det magnetiska flödet på grund av en förändring i vinkeln α. Spolen, under rotation, korsar MP:ns linjer, en emf uppstår.

Om spolen roterar jämnt, resulterar denna periodiska förändring i en periodisk förändring av magnetflödet. Eller antalet MF kraftlinjer som korsas varje sekund tar lika värden med lika tidsintervall.

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

Konturrotation i MP

Viktig! Den inducerade emk förändras med orienteringen över tiden från positiv till negativ och vice versa. Den grafiska representationen av EMF är en sinusformad linje.

För formeln för EMF för elektromagnetisk induktion används uttrycket:

E \u003d B x ω x S x N x sin ωt, där:

• S är det område som begränsas av ett varv eller en ram;
• N är antalet varv;
• ω är den vinkelhastighet med vilken spolen roterar;
• B – MF-induktion;
• vinkel α = ωt.

I praktiken, i generatorer, förblir ofta spolen stationär (stator) och elektromagneten roterar runt den (rotor).

EMF självinduktion

När den passerar genom spolen växelström, genererar det ett variabelt magnetfält, som har ett föränderligt magnetiskt flöde som inducerar en EMF. Denna effekt kallas självinduktion.

Eftersom MP är proportionell mot strömstyrkan, då:

där L är induktansen (H), bestäms av geometriska storheter: antalet varv per längdenhet och måtten på deras tvärsnitt.

För induktions-emk tar formeln formen:

E \u003d - L x dI / dt.

Ömsesidig induktion

Om två spolar är placerade sida vid sida, induceras en EMF av ömsesidig induktion i dem, beroende på geometrin hos båda kretsarna och deras orientering i förhållande till varandra. När separationen av kretsarna ökar, minskar den ömsesidiga induktansen, eftersom det magnetiska flödet som förbinder dem minskar.

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

Ömsesidig induktion

Låt det vara två spolar. Genom ledningen av en spole med N1 varv flyter ström I1, vilket skapar en MF som passerar genom spolen med N2 varv. Sedan:

1. Ömsesidig induktans för den andra spolen i förhållande till den första:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetflöde:

F21 = (M21/N2) x Il;

1. Hitta den inducerade emk:n:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EMF induceras identiskt i den första spolen:

El = -M12 x dI2/dt;

Viktig! Den elektromotoriska kraften som orsakas av ömsesidig induktans i en spole är alltid proportionell mot förändringen i elektrisk ström i den andra.

Ömsesidig induktans kan anses vara lika med:

M12 = M21 = M.

Följaktligen är El = -M x dI2/dt och E2 = M x dIl/dt.

M = K √ (L1 x L2),

där K är kopplingskoefficienten mellan två induktanser.

Fenomenet med ömsesidig induktans används i transformatorer - elektriska enheter som låter dig ändra värdet på spänningen hos en växelström. Enheten består av två spolar lindade runt en kärna. Strömmen som finns i den första skapar ett föränderligt magnetfält i magnetkretsen och en elektrisk ström i den andra spolen. Om antalet varv av den första lindningen är mindre än den andra, ökar spänningen och vice versa.

Termen induktion i elektroteknik betyder förekomsten av ström i en elektrisk sluten krets om den är i ett föränderligt tillstånd.Det upptäcktes för bara tvåhundra år sedan av Michael Faraday. Långt tidigare kunde detta ha gjorts av André Ampère, som utförde liknande experiment. Han stack in en metallstav i spolen och gick sedan, otur, in i ett annat rum för att titta på galvanometernålen – och plötsligt skulle den röra sig. Och pilen gjorde regelbundet sitt jobb - den avvek, men medan Ampere vandrade runt i rummen - återgick den till noll. Så väntade fenomenet självinduktion i ytterligare tio år, tills spolen, apparaten och forskaren samtidigt var på rätt plats.

Huvudpoängen med detta experiment var att induktions-emk uppstår endast när magnetfältet som passerar genom den slutna kretsen ändras. Men du kan ändra det som du vill - antingen ändra värdet på själva magnetfältet eller helt enkelt flytta källan till fältet i förhållande till samma slutna slinga. Den emk, som uppstår i detta fall, kallades "emk för ömsesidig induktion". Men detta var bara början på upptäckter inom induktionsområdet. Ännu mer överraskande var fenomenet självinduktion, som han upptäckte ungefär samtidigt. I hans experiment fann man att spolen inte bara inducerade en ström i en annan spole, utan även när strömmen i denna spole ändrades inducerade den en ytterligare EMF i den. Så det kallades självinduktionens EMF. Av stort intresse är strömmens riktning. Det visade sig att i fallet med självinduktionens EMF är dess ström riktad mot sin "förälder" - strömmen på grund av huvud-EMK.

Är det möjligt att observera fenomenet självinduktion? Som de säger, ingenting är lättare. Vi kommer att montera de två första - en seriekopplad induktor och en glödlampa, och den andra - bara en glödlampa. Anslut dem till batteriet via en gemensam strömbrytare. När den är påslagen kan du se att ljuset i kretsen med spolen tänds "motvilligt", och det andra ljuset, snabbare "att stiga", tänds omedelbart. Vad händer? I båda kretsarna, efter påslagning, börjar strömmen att flyta, och den ändras från noll till dess maximala, och det är bara förändringen i ström som induktorspolen väntar på, som genererar självinduktions-EMK. Det finns en EMF och en sluten krets, vilket innebär att det också finns dess ström, men den är riktad mot kretsens huvudström, som i slutändan kommer att nå det maximala värdet som bestäms av kretsens parametrar och sluta växa, och eftersom det inte sker någon förändring i strömmen, finns det ingen självinduktions-EMK. Allt är enkelt. En liknande bild, men med "exakt motsatsen", observeras när strömmen stängs av. Hon är trogen dålig vana” för att motverka alla förändringar i strömmen bibehåller självinduktions-EMK sitt flöde i kretsen efter att strömmen stängts av.

Omedelbart uppstod frågan - vad är fenomenet självinduktion? Det visade sig att EMF för självinduktion påverkas av strömförändringshastigheten i ledaren, och vi kan skriva:

Av detta kan man se att EMF för självinduktion E är direkt proportionell mot förändringshastigheten för strömmen dI / dt och proportionalitetskoefficienten L, kallad induktans. För sitt bidrag till studiet av frågan om vad fenomenet självinduktion består av belönades George Henry med att enheten för induktans, henry (H), bär hans namn. Det är strömflödeskretsens induktans som bestämmer fenomenet självinduktion. Man kan föreställa sig att induktans är ett slags "lagring" av magnetisk energi. Om strömmen i kretsen ökar Elektrisk energi omvandlas till magnetisk, fördröjer tillväxten av ström, och när strömmen minskar, omvandlas spolens magnetiska energi till elektrisk energi och upprätthåller strömmen i kretsen.

Förmodligen var alla tvungna att se en gnista när kontakten stängdes av från uttaget - detta är den vanligaste varianten av manifestationen av självinduktion EMF i verkliga livet. Men i vardagen öppnas strömmar på max 10-20 A, och öppningstiden är cirka 20 ms. Med en induktans av storleksordningen 1 H kommer EMF för självinduktion i detta fall att vara lika med 500 V. Det verkar som att frågan om vad fenomenet självinduktion består av inte är så komplicerad. Men i själva verket är självinduktions-EMK ett stort tekniskt problem. Summan av kardemumman är att när kretsen går sönder, när kontakterna redan har spridits, upprätthåller självinduktion strömflödet, och detta leder till utbränning av kontakterna, eftersom. inom tekniken växlas kretsar med strömmar på hundratals och till och med tusentals ampere. Här ofta vi pratar om självinduktionens EMF i tiotusentals volt, och detta kräver ytterligare lösning tekniska frågor relaterade till överspänningar i elektriska kretsar.

Men allt är inte så dystert. Det händer att denna skadliga EMF är mycket användbar, till exempel i ICE-tändningssystem. Ett sådant system består av en induktor i form av en autotransformator och en chopper. En ström passerar genom primärlindningen, som stängs av av en brytare. Som ett resultat av en öppen krets uppstår en EMF av självinduktion på hundratals volt (medan batteriet bara ger 12V). Vidare omvandlas denna spänning ytterligare och en puls på mer än 10 kV tillförs tändstiften.