ЕРС самоіндукції визначення. Чому дорівнює ЕРС самоіндукції

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до конструкцій індукційних генераторів струму, і може бути використане в електромагнітних установках та електричних машинах, таких як двигуни, генератори, трансформатори, зокрема як підвищує трансформатора. Технічний результат полягає у підвищенні ЕДС на виході за рахунок використання імпульсних напруг на вторинній обмотці та здійснення конструкції вторинної обмотки, яка б дозволяла виробляти безпосереднє знімання з генератора виникає імпульсної напруги, і одночасно сумарної потужності первинної та вторинної обмоток. 6 з.п. ф-ли, 2 іл.

Малюнки до патенту РФ 2524387

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема конструкцій імпульсних індукційних генераторів струму.

Призначенням даного винаходу є використання генератора імпульсного ЕРС самоіндукціїдля забезпечення імпульсного енергоживлення різних електромагнітних установок та електричних машин, що дозволяє суттєво розширити арсенал імпульсних джерел енергії. З рівня техніки відомий Індукційний синхронний генератор, Заявка RU 9811934 7, опубл. 10.09.2000, МПК H02K 21/14, який використовує струми обмотки статора, на якорі якого струми пульсують, та індуктор (ротор), виконаний захищеним від магнітного поляструмів обмотки якоря статора. Дозволяє розширити режими роботи генератора. Однак у генераторі присутні обертові частини, а отже, він має всі недоліки таких генераторів, тобто. не вирішено проблем, пов'язаних з комутацією електроенергії. У запропонованій конструкції неможливе отримання необхідної високої напруги.

Відомий «Генератор електричної енергії», Заявка RU 9402533 5, опубл. 10.06.1996, МПК H02K 19/16, що містить складові кільцеві обмотки з сердечником, індукційну котушку та обмотку збудження. Дозволяє збільшити продуктивність генератора електричної енергії, зменшити індуктивний опір статорної обмотки, зменшити витрати на механічну роботупри перетворенні механічної енергії на електричну і підвищити ККД. Однак генератор через особливості конструкції не дозволяє використовувати ЕРС самоіндукції. У генераторі присутні обертові частини, отже, має всі недоліки таких генераторів, тобто. не вирішено проблем, пов'язаних з комутацією електроенергії.

Відома корисна модель"Комбінована електромагнітна обмотка", патент RU 96443, опубл. 27.07.2010, МПК H01F 5/00, в якій є два або більше провідників з висновками, та провідники розділені діелектриком. Дозволяє розширити режими роботи. Однак обидва провідники застосовуються як первинна обмотка, відсутня вторинна обмотка високої напруги, що не дозволяє обмотку використовувати в трансформаторах високої напруги, а також не забезпечує знімання та використання ЕРС індукції від вторинної обмотки.

Найбільш близькою заявкою на винахід є «Індуктивно-статичний спосіб генерації електричної енергії та пристрій для його здійснення», UA 2004124018, опубл. 27.01.2006, МПК H01F 1/00, відповідно до якого є первинна та вторинна обмотки, що утворюють котушку індуктивності з переходом вільної магнітної енергії в індуктивно-залежний стан, та відбувається наведення ЕРС індукції та отримання ущільнення магнітних збільшень, електричної потужності. Дозволяє використовувати вторинну обмотку з меншою величину ущільнення магнітних потоків індуктивністю, ніж досягається пропорційне ущільнення і збільшення електричної потужності генератора. У способі використовують індукційний і одночасно статичний способи генерації. Однак не запропонована конструкція вторинної обмотки генератора, яка дозволяє проводити безпосереднє знімання з генератора імпульсна напруга, що виникає, і струм ЕРС самоіндукції.

Також найближчим рішенням є класична електрична схемадля проведення дослідів з демонстрації електромагнітної індукціїпри розмиканні ланцюга. Ця схема (пристрій) функціонально є імпульсним генератором ЕРС самоіндукції. У зв'язку з вищесказаним, як прототип приймаємо установку, показану на кресленні - рис.424 стр.231, підручник: Курс фізики, частина друга, вид. «Наука», Москва 1970 Автори: Л.С. Жданов, В.А. Маранджан.

Однак у класичній схемі сердечник з електротехнічної сталіконструктивно не здатний виконувати у пристрої одночасно дві функції: електропровідної обмотки та класичного, як на рис.424 прототипу, магнітопроводу, тобто сердечника (М) індукційної котушки. Прототип не дозволяє проводити безпосереднє знімання та використання ЕРС самоіндукції, що виникає в сердечнику класичної індукційної котушки.

Завданням запропонованого винаходу є використання імпульсних напруг і здійснення конструкції вторинної обмотки генератора, яка дозволяла б проводити безпосереднє знімання з генератора виникає імпульсної напруги.

Технічним результатом, який забезпечує запропоноване технічне рішення, є суттєве розширення арсеналу засобів для імпульсного генерування та перетворення електроенергії. Заявлений технічний результатзабезпечений за рахунок того, що імпульсний генератор ЕРС самоіндукції конструктивно виконаний у вигляді первинної та вторинної обмоток однофазного підвищуючого трансформатора у стандартному технічному виконанні(з урахуванням того, що вторинна обмотка є одночасно функціонально електропровідником та магнітопроводом, то пропонується розглядати представлену конструкцію як найпростішу індукційну котушку із сердечником, конструктивно виконаним у вигляді спіральної котушки з можливістю знімання з нього ЕРС самоіндукції) і вони забезпечені двома або більше провідниками, які розділені діелектриком, і кожен провідник має висновки. Генератор відрізняється тим, що первинна обмотка (провідник) низької напруги виконана спірально-стрічковою і має щонайменше 2 витки, намотані щільно або з невеликим зазором, виток до витка, стрічка обмотки виконана шириною від 120 до 200 мм і товщиною від 1 до 2 мм; вторинна обмотка (провідник) високої напруги також виконана спірально-стрічковою, стрічка обмотки виконана з електротехнічної сталі, покритої електроізоляцією, і має щонайменше 100 витків, намотаних щільно або з невеликим зазором, виток до витка, стрічка виконана шириною від 120 до 200 мм та товщиною не більше 0,1 мм. Первинна обмотка електрично з'єднана з акумуляторною батареєю низької напруги через ключ-переривник з утворенням замкненого електричного ланцюга, де вторинна обмотка є одночасно електропровідною обмоткою та магнітопроводом. При цьому витки первинної обмотки розташовані зовні витків вторинної обмотки таким чином, що обидві обмотки утворюють підвищує трансформатор, в якому вторинна обмотка є індукційною котушкою трансформатора високої напруги, забезпечуючи електропровідність за рахунок стрічки з електротехнічної сталі, ізольованої зовнішнім шаром ізоляції сердечника для первинної обмотки, ЕРС знімають за допомогою провідників, електрично приєднаних до кінців стрічки вторинної обмотки, і отримують за рахунок періодичного спрацьовування ключа-переривника, причому забезпечують за рахунок частоти спрацьовування ключа-переривника розрахункові імпульсна напруга і струм, що виникають у

де - де L - індуктивність ланцюга або коефіцієнт пропорційності між швидкістю зміни сили струму в контурі і виникає внаслідок цього ЕРС самоіндукції,

- швидкість зміни сили струму в електричному ланцюзі

У окремих випадках первинна обмотка може бути виконана з мідного або алюмінієвого провідника, може мати 3 витка і більше, кількість витків обмежена трансформаторним ставленням: відношення кількості витків вторинної обмотки до кількості витків первинної обмотки, що визначає коефіцієнт трансформації, тобто. наскільки напруга у вторинній обмотці більша, ніж у первинній. Наприклад, акумуляторна батареянизької напруги може бути розрахована на 12-24 вольт і вона є джерелом постійного струму. Зокрема, періодичне спрацьовування ключа-переривника здійснюють із промисловою частотою змінного струму 50 Гц. При цьому частоти можуть бути будь-які технічно можливі для здійснення, але краще 50 Гц, так як її простіше перетворити або споживати за допомогою стандартних перетворювачів або електроприладів. Розрахункова ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці забезпечується, зокрема, геометрією контуру та магнітними властивостями сердечника для первинної обмотки. Так вона може бути виконана з формою контуру, який виконаний круглим діаметром 150 мм і більше, що залежить від коефіцієнта трансформації, який і визначить діаметр вторинної обмотки в залежності від застосовуваної товщини електротехнічної сталі, або круглою спіральною формою. Оскільки вторинна обмотка є обмоткою високої напруги та виконана з електротехнічної сталі, це означає, що її магнітні властивості визначені самим матеріалом (тобто власне магнітними властивостями електротехнічної сталі).

Винахід у найбільш узагальненому вигляді ілюструється кресленнями. Конкретне конструктивне виконанняне обмежується показаними на кресленнях варіантами виконання.

На Фіг.1 показана схема розташування первинної та вторинної обмоток та акумуляторна батарея з ключем-переривником.

На Фіг.2 показано переріз А-Аза з'єднаними вторинною та первинною обмотками.

Дане технічне рішення ілюструється кресленням, яке не охоплює всіх можливих конструктивних варіантів виконання представленої схеми підключення.

Пристрій Імпульсного генератора ЕРС самоіндукції показано на фіг.1 і фіг.2 (в розрізі), і цей пристрій конструктивно виконано у вигляді однофазного підвищуючого трансформатора (а також конструктивно є найпростішою котушкою індукційної), який складається з первинної (1) спірально-стрічкової обмотки (мідний або алюмінієвий провідник), 2-3 витка товщиною 1-2 мм, шириною 120 мм, підключеною до акумуляторної батареї (2) низької напруги 12-24 в - джерело постійного струму через ключ-переривник (3), що утворюють замкнутий електричний ланцюг .

Вторинна спірально-стрічкова обмотка високої напруги (4) із електротехнічної сталі, покритої електроізоляцією, має кількість витків від 100 і більше, товщина стрічки 0,1 мм, ширина 120 мм.

Вторинна обмотка (4) з електротехнічної сталі виконує в конструкції дві функції одночасно: електропровідної обмотки та магнітопроводу.

В якості електропровідника вторинна обмотка (4) є індукційною котушкою високої напруги трансформатора, що підвищує.

Як магнітопровод вторинна обмотка (4) є сердечником для первинної обмотки (2) класичної індукційної котушки.

Первинна (1) та вторинна (4) обмотки однофазного підвищуючого трансформатора та забезпечені двома або більше провідниками (5), провідники вторинної обмотки мають висновок (6) - тобто. ЕРС знімають за допомогою провідників (5, 6), електрично приєднаних до кінців стрічки вторинної обмотки, і отримують за рахунок періодичного спрацьовування ключа-переривника (3). Причому струми, що виникають у вторинній обмотці, розраховують за формулою

де L - індуктивність ланцюга або коефіцієнт пропорційності між швидкістю зміни сили струму в контурі первинної обмотки (1) і виникає внаслідок цього ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці (2),

- швидкість зміни сили струму в електричному ланцюзі первинної обмотки (1) за рахунок ключа-переривника (3).

Періодичне спрацьовування ключа-переривника (3) здійснюють із промисловою частотою змінного струму 50 Гц. Розрахункову ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці (4) забезпечують геометрією контуру вторинної обмотки (4) та магнітними властивостями сердечника (4) для первинної обмотки (1).

Форма контуру, отриманого первинної (1) і вторинної (4) обмотками, представленому варіанті виконана круглою діаметром 150 мм і більше.

Пристрій працює в такий спосіб.

При замиканні ключем (3) електричного кола первинної обмотки (1) виникає магнітне поле, енергія якого запасається в магнітному полі вторинної обмотки (4).

Розмикання ключа (3) ланцюга первинної обмотки (1) утворює спадний струм, який за правилом Ленца прагне підтримати ЕРС наведеної індукції вторинної обмотки (4).

В результаті запасена в магнітному полі вторинної обмотки (4) енергія перетворюється на додаткову енергію струму самоіндукції первинної обмотки (1), що запитала електричний ланцюг вторинної обмотки (4).

Залежно від кількості запасної в ланцюзі вторинної обмотки (4) магнітної енергії потужність струму самоіндукції може бути різною і визначається за відомою формулою:

Таким чином, даним винаходом досягається технічний результат, що полягає в тому, що конструкція, матеріал і подвійне функціональне призначення вторинної обмотки пристрою дозволяє знімати та ефективно використовувати ЕРС самоіндукції, що виникає.

Промислова застосовність запропонованого технічного рішенняпідтверджується загальними правиламифізики. Так, ефект самоіндукції описаний у підручнику (Л.С. Жданов, В.А. Маранджян, курс фізики для середніх спеціальних закладів, Ч. 2 електрика, вид. Третє, стереотипне, головна редакція фізико-математичної літератури, М., 1970, стор.231,232,233). Самоіндукція виникає при розмиканні ланцюга, вона прямо пропорційна швидкості зміни сили струму електричного ланцюга. У традиційних схемах явище самоіндукції завжди супроводжується виникненням іскри, що виникає у місці розриву ланцюга. Оскільки у запропонованій конструкції немає розриву електричного ланцюга у вторинній обмотці (4) завдяки його конструкції, залежно від кількості запасеної в цьому ланцюгу магнітної енергії, струм розмикання не здійснює іскріння, а переходить у генеровану потужність. Таким чином, у конструкції вторинної обмотки (4) при розмиканні ланцюга постійного струму в первинній обмотці (1) запасена в магнітному полі цього ланцюга енергія перетворюється на енергію струму самоіндукції ланцюга вторинної обмотки (4).

Оскільки електрорушійною силою (ЕРС) називають величину, рівну роботісторонніх сил, у разі - це змінне магнітне полі первинної котушки (1), віднесеної до одиниці позитивного заряду, і є ЕРС, що у ланцюга чи його ділянці, у разі - це вторинна обмотка (4). Сторонні сили можна охарактеризувати роботою, яку вони здійснюють над зарядами, що переміщуються по ланцюгу, і розмірність ЕРС збігається з розмірністю потенціалу і вимірюється в тих же одиницях. Тому векторну величину Е ще називають напругою поля сторонніх сил. Поле сторонніх сил у разі виникає з допомогою змінного магнітного поля первинної обмотці (1). Таким чином, ЕРС, що діє в замкнутому ланцюзі, може бути визначена як циркуляція вектора напруженості поля сторонніх сил, тобто. сторонніх сил, що виникають у первинній обмотці (1) за рахунок переривання електричного поляключем-переривником (3). Це правило забезпечує виникнення ЕРС індукції у вторинній обмотці (4). Це фізичне явище описано в підручнику (І.В. Савельєв, Курс фізики, том 2, електрика, стр.84,85, вид. Друге стереотипне, вид. Наука, головна редакція фізико-математичної літератури, М., 1966 р. ).

Крім сторонніх сил, на заряд діють сили електростатичного поля, які виникають у вторинній котушці (4).

Пристрій також використовує явище електромагнітної індукції, описаної в (Р.А. Мустафаєв, В.Г. Кривцов, підручник, фізика, на допомогу вступникам до ВНЗ, вид. М., вища школа, 1989).

Таким чином, конструкція генератора, що використовується в запропонованому винаході, як пристрій дозволяє ефективно генерувати, знімати і використовувати ЕРС самоіндукції. Таким чином, пристрій може бути виготовлено промисловим способомі впроваджуватися як перспективний ефективний імпульсний генератор ЕРС самоіндукції, який дозволяє розширити арсенал технічних засобівдля імпульсного генерування та перетворення електроенергії.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції, конструктивно виконаний у вигляді однофазного підвищуючого трансформатора, що складається з первинної та вторинної обмоток і забезпечений двома або більше провідниками, які розділені діелектриком, а провідник має висновки, що відрізняється тим, що первинна обмотка низької напруги виконана має щонайменше два витки, намотані щільно або на невеликій відстані один від одного, стрічка обмотки виконана шириною 120-200 мм і товщиною 1-2 мм; вторинна обмотка високої напруги також виконана спірально-стрічковою, стрічка обмотки виконана з електротехнічної сталі, покритої електроізоляцією, має щонайменше 100 витків, намотаних щільно або на невеликій відстані один від одного, стрічка виконана шириною 120-200 мм і товщиною не більше 0, 1 мм, первинна обмотка електрично з'єднана з акумуляторною батареєю низької напруги через ключ-переривник з утворенням замкнутого електричного ланцюга, а вторинна обмотка є одночасно електропровідною обмоткою і магнітопроводом, при цьому витки первинної обмотки розташовані зовні витків вторинної обмотки таким чином, що трансформатор, в якому вторинна обмотка є індукційною котушкою підвищуючого трансформатора, забезпечуючи електропровідність за рахунок стрічки з електротехнічної сталі, ізольованої зовнішнім шаром ізоляції, і одночасно виконує функцію сердечника для первинної обмотки, ЕДС знімають за допомогою провідників , Електрично приєднаних до кінців стрічки вторинної обмотки, і отримують за рахунок періодичного спрацьовування ключа-переривника.

2. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції за п.1, який відрізняється тим, що первинна обмотка виконана з мідного або алюмінієвого провідника.

3. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції за п.1, який відрізняється тим, що первинна обмотка має три витки.

4. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції за п.1, який відрізняється тим, що акумуляторна батарея низької напруги розрахована на 12-24 вольт і є джерелом постійного струму.

5. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції за п.1, який відрізняється тим, що періодичне спрацьовування ключа-переривника здійснюють з промисловою частотою змінного струму 50 Гц.

6. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції за п.1, який відрізняється тим, що розрахункову ЕДС самоіндукції забезпечують геометрією контуру і магнітними властивостями сердечника для первинної обмотки.

7. Імпульсний генератор ЕДС самоіндукції по п.1, який відрізняється тим, що форма контуру виконана круглою діаметром 150 мм і більше.

Електромагнітна індукція – генерування електрострумів магнітними полями, що змінюються у часі. Відкриття Фарадеєм і Генрі цього феномену запровадило певну симетрію у світ електромагнетизму. Максвеллу в одній теорії вдалося зібрати знання про електрику та магнетизм. Його дослідження передбачали існування електромагнітних хвильперед експериментальними спостереженнями Герц довів їхнє існування і відкрив людству епоху телекомунікацій.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Експерименти Фарадея

Закони Фарадея та Ленца

Електричні струми створюють магнітні ефекти. А чи можливе, щоб магнітне поле породжувало електричне? Фарадей виявив, що ефекти, що шукаються, виникають внаслідок зміни МП у часі.

Коли провідник перетинається змінним магнітним потоком, у ньому індукується електрорушійна сила, що викликає електрострум. Системою, яка генерує струм, може бути постійний магнітчи електромагніт.

Явище електромагнітної індукції регулюється двома законами: Фарадея та Ленца.

Закон Ленца дозволяє охарактеризувати електрорушійну силу щодо її спрямованості.

Важливо!Напрямок індукованої ЕРС таке, що викликаний нею струм прагне протистояти причині, що створює.

Фарадей помітив, що інтенсивність індукованого струму зростає, коли швидше змінюється кількість силових ліній, що перетинають контур. Іншими словами, ЕРС електромагнітної індукції знаходиться в прямій залежності від швидкості рухомого магнітного потоку.

600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w" sizes="(max-width: 600px)

ЕРС індукції

Формула ЕРС індукції визначена як:

Е = - dФ/dt.

Знак «-» показує, як полярність індукованої ЕРС пов'язана зі знаком потоку і швидкістю, що змінюється.

Отримано загальне формулювання закону електромагнітної індукції, з якого можна вивести висловлювання для окремих випадків.

Рух дроту у магнітному полі

Коли провід довжиною l рухається в МП, має індукцію, всередині нього буде наводитися ЕРС, пропорційна його лінійної швидкості v. Для розрахунку ЕРС застосовується формула:

у разі руху провідника перпендикулярно до напрямку магнітного поля:

Е = - У x l x v;

у разі руху під іншим кутом α:

Е = - У x l x v x sin α.

Індукована ЕРС і струм будуть направлені у бік, який знаходимо, користуючись правилом правої руки: розташувавши руку перпендикулярно силовим лініям магнітного поля і вказуючи великим пальцем у бік переміщення провідника, можна дізнатися напрямок ЕРС по чотирьох розпрямлених пальцях, що залишилися.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Переміщення дроту в МП" width="600" height="429">!}

Переміщення дроту в МП

Котушка, що обертається

Робота генератора електроенергії заснована на обертанні контуру МП, що має N витків.

ЕРС індукується в електроцепи завжди, коли магнітний потік її перетинає, відповідно до визначення магнітного потоку Ф = B x S х cos α (магнітна індукція, помножена на поверхневу площу, через яку проходить МП, і косинус кута, утвореного вектором і перпендикулярною лінією до площини S).

З формули випливає, що Ф схильний до змін у наступних випадках:

змінюється інтенсивність МП – вектор;
варіюється площа, обмежена контуром;
змінюється орієнтація з-поміж них, задана кутом.

У перших дослідах Фарадея індуковані струми були отримані шляхом зміни магнітного поля В. Проте можна індукувати ЕРС, не рухаючи магніт або змінюючи струм, а просто обертаючи котушку навколо своєї осі в МП. У разі магнітний потік змінюється через зміни кута α. Котушка при обертанні перетинає лінії МП, виникає ЕРС.

Якщо котушка обертається рівномірно, ця періодична зміна призводить до періодичного зміни магнітного потоку. Або кількість силових ліній МП, що перетинаються кожну секунду, набуває рівних значень з рівними інтервалами часу.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Обертання контуру в МП

Важливо!Наведена ЕРС змінюється разом з орієнтацією з часом від позитивної до негативної та навпаки. Графічне уявлення ЕРС є синусоїдальною лінією.

Для формули ЕРС електромагнітної індукції застосовується вираз:

Е = В х ω х S x N x sin ωt, де:

S – площа, обмежена одним витком чи рамкою;
N – кількість витків;
ω – кутова швидкість, з якою обертається котушка;
В – індукція МП;
кут α = ωt.

Насправді в генераторах змінного струму часто котушка залишається нерухомої (статор), а електромагніт обертається навколо неї (ротор).

ЕРС самоіндукції

Коли через котушку проходить змінний струм, Він генерує змінне МП, що володіє магнітним потоком, що змінюється, що індукує ЕРС. Цей ефект називається самоіндукцією.

Оскільки МП пропорційно інтенсивності струму, то:

де L – індуктивність (Гн), що визначається геометричними величинами: кількістю витків на одиницю довжини та розмірами їх поперечного перерізу.

Для ЕРС індукції формула набуває вигляду:

Е = - L x dI/dt.

Взаємоіндукція

Якщо дві котушки розташовані поруч, то в них наводиться ЕРС взаємоіндукції, що залежить від геометрії обох схем та їхньої орієнтації щодо один одного. Коли поділ ланцюгів зростає, взаємоіндуктивність знижується, так як зменшується магнітний потік, що з'єднує їх.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w" sizes="(max-width: 600px)

Взаємоіндукція

Нехай є дві котушки. По дроту однієї котушки, що має N1 витками, протікає струм I1, що створює МП, що проходить через котушку з N2 витками. Тоді:

Взаємоіндуктивність другої котушки щодо першої:

М21 = (N2 x F21)/I1;

Магнітний потік:

Ф21 = (М21/N2) x I1;

Знайдемо індуковану ЕРС:

Е2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

Ідентично у першій котушці індукується ЕРС:

Е1 = - M12 x dI2/dt;

Важливо!Електрорушійна сила, викликана взаємоіндукцією в одній котушці, завжди пропорційна зміні електроструму в іншій.

Взаємну індуктивність можна визнати рівною:

М12=М21=М.

Відповідно, E1 = - M x dI2/dt та E2 = M x dI1/dt.

М = К √ (L1 x L2),

де К - коефіцієнт зв'язку між двома індуктивностями.

Явище взаємоіндукції використовують у трансформаторах – електроапаратах, дозволяють змінити значення напруги змінного електроструму. Апарат є дві котушки, намотані навколо одного сердечника. Струм, присутній у першій, створює мінливе МП в магнітопроводі та електрострум в іншій котушці. Якщо кількість виткових оборотів першої обмотки менше, ніж інший, напруга збільшується і навпаки.

Це і називається самоіндукцією. (Поняття споріднене з поняттям взаємоіндукції, будучи ніби його окремим випадком).

Напрямок ЕРС самоіндукції завжди виявляється таким, що при зростанні струму в ланцюзі ЕРС самоіндукції перешкоджає цьому зростанню (спрямована проти струму), а при спаданні струму - спадання (соннаправлена зі струмом). Цією властивістю ЕРС самоіндукції схожа з силою інерції.

Величина ЕРС самоіндукції пропорційна швидкості зміни сили струму:

Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом самоіндукціїабо індуктивністюконтуру (котушки).

Самоіндукція та синусоїдальний струм

У разі синусоїдальної залежності струму, що тече через котушку, від часу, ЕРС самоіндукції в котушці відстає від струму по фазі (тобто на 90°), а амплітуда цієї ЕРС пропорційна амплітуді струму, частоті та індуктивності (). Адже швидкість зміни функції - це перша похідна, а .

Для розрахунку більш менш складних схем, що містять індуктивні елементи, тобто витки, котушки і тп пристрою, в яких спостерігається самоіндукція, (особливо, повністю лінійних, тобто не містять нелінійних елементів) у разі синусоїдальних струмів і напруг застосовують метод комплексних імпедансів або, більш простих випадках, Менш потужний, але наочніший його варіант - метод векторних діаграм.

Зауважимо, що все описане застосовно не тільки безпосередньо до синусоїдальних струмів і напруг, але й до будь-яких довільних, оскільки останні можуть бути практично завжди розкладені в ряд або інтеграл Фур'є і таким чином зведені до синусоїдальних.

У більш менш безпосередньому зв'язку з цим можна згадати про застосування явища самоіндукції (і, відповідно котушок індуктивності) у різноманітних коливальних контурах, фільтрах, лініях затримки та інших різноманітних схемах електроніки та електротехніки.

Самоіндукція та стрибок струму

За рахунок явища самоіндукції в електричному ланцюзі з джерелом ЕРС при замиканні ланцюга струм встановлюється не миттєво, а через якийсь час. Аналогічні процеси відбуваються при розмиканні ланцюга , у своїй (при різкому розмиканні) величина ЕРС самоіндукції може у цей час значно перевищувати ЕРС джерела.

Найчастіше в звичайного життяце використовується в котушках запалювання автомобілів. Типова напруга запалювання при напрузі живильної батареї 12В становить 7-25 кВ. Втім, перевищення ЕРС у вихідному ланцюзі над ЕРС батареї тут обумовлено не тільки різким перериванням струму, але й коефіцієнтом трансформації, оскільки найчастіше використовується не проста котушка індуктивності, а котушка-трансформатор, вторинна обмотка якої, як правило, має у багато разів. більша кількістьвитків (тобто, в більшості випадків схема дещо складніша, ніж та, робота якої повністю пояснювалося б через самоіндукцію; проте фізика її роботи і в такому варіанті частково збігається з фізикою роботи схеми з простою котушкою).

Це явище застосовується і для запалювання люмінесцентних лампу стандартній традиційної схеми(тут мова йдесаме про схему з простою котушкою індуктивності – дроселем).

Крім того, його треба враховувати завжди при розмиканні контактів, якщо струм тече по навантаженню з помітною індуктивністю: стрибок ЕРС може призводити до пробою міжконтактного проміжку та/або іншим небажаним ефектам, для придушення яких у цьому випадку, як правило, необхідно приймати різноманітні спеціальні заходи.

Примітки

Посилання

Про самоіндукцію та взаємоіндукцію зі «Школи для електрика»

Wikimedia Foundation. 2010 .

Бурдон, Роберт Грегорі
Хуан Емар

Дивитись що таке "Самоіндукція" в інших словниках:

самоіндукція- самоіндукція … Орфографічний словник-довідник

САМОІНДУКЦІЯ- виникнення ЕДС індукції у провідному контурі при зміні в ньому сили струму; окремі випадки електромагнітної індукції. При зміні струму контурі змінюється потік магн. індукції через поверхню, обмежену цим контуром, внаслідок чого … Фізична енциклопедія

САМОІНДУКЦІЯ- збудження електрорушійної сили індукції (ЕДС) в електричному ланцюгу при зміні електричного струму в цьому ланцюгу; окремий випадокелектромагнітної індукції Електрорушійна сила самоіндукції прямо пропорційна швидкості зміни струму; Великий Енциклопедичний словник

САМОІНДУКЦІЯ- САМОІНДУКЦІЯ, самоіндукції, жен. (Фіз.). 1. лише од. Явище, що у тому, що у провіднику змінюється струм, то ньому з'являється електрорушійна сила, що перешкоджає цій зміні. Котушка самоіндукції. 2. Прилад, що володіє… Тлумачний словникУшакова

САМОІНДУКЦІЯ- (Self induction) 1. Прилад, що має індуктивний опір. 2. Явище, що у тому, що у провіднику за величиною і за напрямом змінюється електричний струм, то ньому виникає електрорушійна сила, що перешкоджає цьому… … Морський словник

САМОІНДУКЦІЯ- наведення електрорушійної сили у дротах, а також в обмотках електр. машин, трансформаторів, апаратів і приладів при зміні величини або напряму електр. струму. Протікає по дротах і обмотках струм створює навколо них. Технічний залізничний словник

Самоіндукція- електромагнітна індукція, викликана зміною магнітного потоку, що зчепляється з контуром, зумовленого електричним струмом у цьому контурі... Джерело: ЕЛЕКТРОТЕХНІКА. ТЕРМІНИ І ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПОНЯТТЕЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Офіційна термінологія

самоіндукція- сущ., кіл у синонімів: 1 збудження електрорушійної сили (1) Словник синонімів ASIS. В.М. Трішин. 2013 … Словник синонімів

самоіндукція- Електромагнітна індукція, викликана зміною магнітного потоку, що зчепляється з контуром, обумовленого електричним струмом у цьому контурі. [ГОСТ Р 52002 2003] EN self induction electromagnetic induction in tube of current due to variations… Довідник технічного перекладача

САМОІНДУКЦІЯ- окремий випадок електромагнітної індукції (див. (2)), що полягає у виникненні наведеної (індукованої) ЕРС в ланцюзі та обумовлений змінами в часі магнітного поля, створюваного змінним за величиною струмом, що протікає в цьому ж ланцюзі. Велика політехнічна енциклопедія

Книжки

Набір таблиць. фізика. Електродинаміка (10 таблиць), . Навчальний альбом із 10 аркушів. Електричний струм, сила струму. Опір. Закон Ома для ділянки ланцюга. Залежність опору провідника від температури. З'єднання дротів. ЕРС. Закон Ома…

САМОІНДУКЦІЯ

Кожен провідник, яким протікає ел. струм, що знаходиться у власному магнітному полі.

При зміні сили струму у провіднику змінюється поле, тобто. змінюється магнітний потік, створюваний цим струмом. Зміна магнітного потоку веде до виникнення вихрового ел. поля та в ланцюзі з'являється ЕРС індукції.

Це називається самоіндукцією.
Самоіндукція - явище виникнення ЕРС індукції в ел. ланцюга внаслідок зміни сили струму.
ЕРС, що виникає при цьому, називається ЕРС самоіндукції

Замикання ланцюга

При замиканні ел. ланцюга наростає струм, що викликає в котушці збільшення магнітного потоку, виникає вихрове ел. поле, спрямоване проти струму, тобто. у котушці виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає наростанню струму в ланцюзі (вихрове поле гальмує електрони).
В результаті Л1 спалахує пізніше,ніж Л2.

Розмикання ланцюга

При розмиканні ел.цепи струм зменшується, виникає зменшення м.потоку в котушці, виникає вихрове ел.поле, спрямоване як струм (що прагне зберегти колишню силу струму), тобто. у котушці виникає ЕРС самоіндукції, що підтримує струм у ланцюзі.
В результаті Л при вимкненні яскраво спалахує.

Висновок

в електротехніці явище самоіндукції проявляється при замиканні ланцюга (ел.струм наростає поступово) і при розмиканні ланцюга (ел.ток пропадає не відразу).

Від чого залежить ЕРС самоіндукції?

Ел. Струм створює власне магнітне поле. Магнітний потік через контур пропорційний індукції магнітного поля (Ф ~ B), індукція пропорційна силі струму у провіднику
(B ~ I), отже магнітний потік пропорційний силі струму (Ф ~ I).
ЕРС самоіндукції залежить від швидкості зміни сили струму в ел. ланцюга, від властивостей провідника
(розмірів і форми) та від відносної магнітної проникності середовища, в якому знаходиться провідник.
Фізична величина, що показує залежність ЕРС самоіндукції від розмірів та форми провідника та від середовища, в якому знаходиться провідник, називається коефіцієнтом самоіндукції або індуктивністю.

Індуктивність – фіз. величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції, що у контурі за зміни сили струму на 1Ампер за 1 секунду.
Також індуктивність можна розрахувати за такою формулою:

де Ф – магнітний потік через контур, I – сила струму в контурі.

Одиниці виміру індуктивностіу системі СІ:

Індуктивність котушки залежить від:
числа витків, розмірів та форми котушки та від відносної магнітної проникності середовища
(Можливий сердечник).

ЕРС самоіндукції перешкоджає наростанню сили струму при включенні ланцюга та зменшенні сили струму при розмиканні ланцюга.

Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, яке має енергію.
Звідки вона береться? Джерело струму, включений до ел. ланцюг, має запас енергії.
На момент замикання ел. ланцюга джерело струму витрачає частину своєї енергії на подолання дії ЕРС самоіндукції. Ця частина енергії, яка називається власною енергією струму, і йде на утворення магнітного поля.

Енергія магнітного поля дорівнює власної енергії струму.
Власна енергія струму чисельно дорівнює роботі, яку має здійснити джерело струму для подолання ЕРС самоіндукції, щоб створити струм у ланцюзі.

Енергія магнітного поля, створеного струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму.
Куди зникає енергія магнітного поля після припинення струму? - виділяється (при розмиканні ланцюга з досить великою силою струму можливе виникнення іскри чи дуги)

ПИТАННЯ ДО ПРОВІРКОВОЇ РОБОТИ
на тему "Електромагнітна індукція"

1. Перерахувати 6 способів одержання індукційного струму.
2. Явище електромагнітної індукції (визначення).
3. Правило Ленца.
4. Магнітний потік (визначення, креслення, формула, вхідні величини, їх од. Вимірювання).
5. Закон електромагнітної індукції (визначення, формула).
6. Властивості вихрового електричного поля.
7. ЕРС індукції провідника, що рухається в однорідному магнітному полі (причина появи, креслення, формула, вхідні величини, їх од. Вимірювання).
7. Самоіндукція (короткий прояв в електротехніці, визначення).
8. ЕРС самоіндукції (її дія та формула).
9. Індуктивність (визначення, формули, од. Вимірювання).
10. Енергія магнітного поля струму (формула, звідки з'являється енергія м. поля струму, куди пропадає під час припинення струму).

Електричний струм, що проходить провідником, створює навколо нього магнітне поле. Магнітний потік Ф через контур з цього провідника пропорційний модулю індукції магнітного поля всередині контуру, а індукція магнітного поля в свою чергу пропорційна силі струму в провіднику. Отже, магнітний потік через контур прямо пропорційний силі струму в контурі:

Коефіцієнт пропорційності між силою струму I у контурі та магнітним потоком Ф, створюваним цим струмом, називається індуктивністю. Індуктивність залежить від розмірів та форми провідника, від магнітних властивостейсередовища, у якому перебуває провідник.

Одиниця індуктивності.

За одиницю індуктивності в Міжнародній системіприймається генрі Ця одиниця визначається на підставі формули (55.1):

Індуктивність контуру дорівнює якщо при силі постійного струму 1 А магнітний потік через контур дорівнює

Самоіндукція.

При зміні сили струму в котушці відбувається зміна магнітного потоку, який створюється цим струмом. Зміна магнітного потоку, що пронизує котушку, має викликати появу ЕРС індукції в котушці. Явище виникнення ЕРС індукції в

електричного ланцюга в результаті зміни сили струму цього ланцюга називається самоіндукцією.

Відповідно до правила Ленца ЕРС самоіндукції перешкоджає наростанню сили струму при включенні та зменшенні сили струму при вимиканні ланцюга.

Явище самоіндукції можна спостерігати, зібравши електричний ланцюг із котушки з великою індуктивністю, резистора, двох однакових ламп розжарювання та джерела струму (рис. 197). Резистор повинен мати таке саме електричний опір, як і провід котушки. Досвід показує, що при замиканні ланцюга електрична лггмпа, включена послідовно з котушкою, спалахує трохи пізніше, ніж лампа, включена послідовно з резистором. Наростання струму в ланцюзі котушки при замиканні перешкоджає ЕРС самоіндукції, що виникає при зростанні магнітного потоку в котушці. При відключенні джерела струму спалахують обидві лампи. У цьому випадку струм у ланцюзі підтримується ЕРС самоіндукції, що виникає при зменшенні магнітного потоку в котушці.

ЕРС самоіндукції, що виникає в котушці з індуктивністю за законом електромагнітної індукції, дорівнює

ЕРС самоіндукції прямо пропорційна індуктивності котушки та швидкості зміни сили струму в котушці.

Використовуючи вираз (55.3), можна дати друге визначення одиниці індуктивності: елемент електричного ланцюга має індуктивність якщо при рівномірному зміні сили струму в ланцюгу на 1 А за 1 з в ньому виникає ЕРС самоіндукції 1 В.

Енергія магнітного поля.

При відключенні котушки індуктивності від джерела струму лампа розжарювання, включена паралельно до котушки, дає короткочасний спалах. Струм у ланцюзі виникає під дією ЕРС самоіндукції. Джерелом енергії, що виділяється при цьому в електричному ланцюзі, є магнітне поле котушки.

Енергію магнітного поля котушки індуктивності можна обчислити в такий спосіб. Для спрощення розрахунку розглянемо такий випадок, коли після відключення котушки від джерела струм у ланцюзі зменшується з часом за лінійним законом. У цьому випадку ЕРС самоіндукції має постійне значення, що дорівнює