Wat is zelfinductie - eenvoudige woorden
Definitie
Zelfinductie is het optreden in de geleider van een elektromotorische kracht (EMF) die in de tegenovergestelde richting is gericht ten opzichte van de spanning van de stroombron wanneer er stroom vloeit. Bovendien ontstaat het op het moment dat de stroomsterkte in het circuit verandert. Een veranderende elektrische stroom genereert een veranderend magnetisch veld, wat op zijn beurt een EMF in de geleider veroorzaakt.
Dit is vergelijkbaar met de formulering van de wet van elektromagnetische inductie van Faraday, waar staat:
Wanneer een magnetische flux door een geleider gaat, verschijnt er een emf in de laatste. Het is evenredig met de veranderingssnelheid van de magnetische flux (mat. Tijdafgeleide).
Dat is:
E = dF / dt,
Waar E is de zelfinductie-EMF, gemeten in volt, F is de magnetische flux, de meeteenheid is Wb (Weber, het is ook gelijk aan V / s)
Inductantie
We hebben al gezegd dat zelfinductie inherent is aan inductieve circuits, daarom beschouwen we het fenomeen zelfinductie met behulp van een voorbeeld van een inductor.
Een inductor is een element dat een spoel is van een geïsoleerde geleider. Om de inductantie te vergroten, wordt het aantal windingen vergroot of wordt een kern van zacht magnetisch of ander materiaal in de spoel geplaatst.
De eenheid van inductie is Henry (GN). Inductantie kenmerkt hoe sterk de geleider elektrische stroom tegengaat. Omdat rond elke geleider een magnetisch veld wordt gegenereerd waardoor stroom stroomt, en als je de geleider in een wisselveld plaatst, zal er een stroom in verschijnen. Op hun beurt worden de magnetische velden van elke spoelwinding opgeteld. Dan verschijnt er een sterk magnetisch veld rond de spoel waar de stroom doorheen stroomt. Wanneer de sterkte in de spoel verandert, verandert ook de magnetische flux eromheen.
Volgens de wet van de elektromagnetische inductie van Faraday, als de spoel wordt doorboord door een afwisselende magnetische flux, zal er een stroom- en zelfinductie-EMF in verschijnen. Ze belemmeren de stroom die in de inductantie van de stroombron naar de belasting vloeit. Ze worden ook extra stromen van zelfinductie door EMV genoemd.
De formule voor de zelfinductie-EMF op de inductie is:
Dat wil zeggen, hoe groter de inductantie en hoe meer en sneller de huidige veranderingen, des te sterker de golf in de emf zal zijn.
Bij toenemende stroom in de spoel treedt een EMF van zelfinductie op, die is gericht tegen de spanning van de stroombron, respectievelijk, de toename van de stroom zal vertragen.Hetzelfde gebeurt bij afname - zelfinductie zal leiden tot het verschijnen van een EMV, die de stroom in de spoel in dezelfde richting zal houden als voorheen. Hieruit volgt dat de spanning op de klemmen van de spoel tegengesteld is aan de polariteit van de stroombron.
In onderstaande figuur zie je dat wanneer je het inductieve circuit aan / uit zet, de stroom niet scherp opkomt, maar geleidelijk verandert. Dit wordt ook aangegeven door de wetten van overstappen.
Een andere definitie van inductie is als volgt: de magnetische flux is evenredig met de stroom, maar in zijn formule werkt de inductie als een evenredigheidscoëfficiënt.
F = L * I
Transformator en wederzijdse inductie
Als u bijvoorbeeld twee spoelen in de buurt op dezelfde kern plaatst, wordt het fenomeen van wederzijdse inductie waargenomen. Laten we wisselstroom in de eerste overslaan, dan zal de wisselstroom de bochten van de tweede doordringen en zal EMF op zijn terminals verschijnen.
Deze EMF zal afhangen van de lengte van de draad, respectievelijk het aantal windingen, evenals van de grootte van de magnetische permeabiliteit van het medium. Als ze eenvoudig naast elkaar worden geplaatst, is de EMF laag en als je een kern van magnetisch zacht staal neemt, is de EMF veel groter. Dit is eigenlijk hoe de transformator is gerangschikt.
Interessant: deze onderlinge invloed van de spoelen op elkaar wordt inductieve koppeling genoemd.
Voordeel en schade
Als je het theoretische deel begrijpt, is het de moeite waard om te overwegen waar het fenomeen zelfinductie in de praktijk wordt toegepast. Overweeg de voorbeelden van wat we zien in het dagelijks leven en technologie. Een van de handigste toepassingen is een transformator, we hebben het principe van de werking al overwogen. Nu steeds minder gebruikelijk, maar voorheen dagelijkse TL-buizen werden gebruikt in armaturen. Het principe van hun werk is gebaseerd op het fenomeen zelfinductie. Je kunt haar diagrammen hieronder zien.
Na het aanleggen van spanning stroomt de stroom door het circuit: fase - inductor - spiraal - starter - spiraal - nul.
Of andersom (fase en nul). Nadat de starter is geactiveerd, gaan de contacten open en vervolgens gas geven (een spoel met een grote inductantie) probeert de stroom in dezelfde richting te houden, induceert een zelfinductie-EMF van grote omvang en de lampen worden ontstoken.
Evenzo is dit fenomeen van toepassing op het ontstekingscircuit van een auto of motorfiets die op benzine rijdt. Daarin is een mechanische (onderbreker) of halfgeleiderschakelaar (transistor in de computer) geïnstalleerd in de opening tussen de inductor en de min (aarde). Deze sleutel, op het moment dat er een vonk zou moeten ontstaan in de cilinder om de brandstof te ontsteken, verbreekt het voedingscircuit van de spoel. Vervolgens veroorzaakt de energie die is opgeslagen in de kern van de spoel een toename van de emf van zelfinductie en neemt de spanning op de elektrode van de kaars toe totdat de vonkspleet wordt afgebroken of totdat de spoel opbrandt.
In voedingen en audioapparatuur is het vaak nodig om overtollige rimpel, ruis of frequentie uit het signaal te verwijderen. Hiervoor worden filters met verschillende configuraties gebruikt. Een optie is LC-, LR-filters. Door het belemmeren van respectievelijk de groei van stroom en de weerstand van wisselstroom is het mogelijk om de doelen te bereiken.
Zelfinductie-EMF is schadelijk voor contacten van schakelaars, stroomonderbrekers, stopcontacten, automatische machines en andere dingen. Het is u misschien opgevallen dat wanneer u de stekker van een werkende stofzuiger uit het stopcontact haalt, er vaak een flits in te zien is. Dit is de weerstand tegen het veranderen van de stroom in de spoel (in dit geval motorwikkeling).
Bij halfgeleiderschakelaars is de situatie kritieker - zelfs een kleine inductantie in het circuit kan tot uitval leiden wanneer de piekwaarden van Uke of Usi worden bereikt. Om ze te beschermen, zijn snubbercircuits geïnstalleerd, waarop de energie van inductieve bursts wordt afgevoerd.
Conclusie
Samenvattend. De voorwaarden voor het ontstaan van EMF-zelfinductie zijn: de aanwezigheid van inductie in het circuit en de verandering in stroom in de belasting. Dit kan zowel tijdens het gebruik, bij het veranderen van modus of storende invloeden, als bij het schakelen van apparaten plaatsvinden.Dit fenomeen kan de contacten van relais en starters beschadigen, zoals het leidt vonken bij het openen van inductieve circuits, bijvoorbeeld elektromotoren. Om de negatieve impact te verminderen, zijn de meeste schakelapparatuur uitgerust met boogkamers.
Voor nuttige doeleinden wordt het EMF-fenomeen vrij vaak gebruikt, van een filter om de stroomrimpels glad te strijken en een frequentiefilter in audioapparatuur, tot transformatoren en hoogspanningsbobines in auto's.
Ten slotte raden we aan om een nuttige video te bekijken over een onderwerp dat kort en in detail het fenomeen zelfinductie onderzoekt:
We hopen dat het u nu duidelijk is geworden wat zelfinductie is, hoe het zich manifesteert en waar het kan worden gebruikt. Als je vragen hebt, stel ze dan in de reacties onder het artikel!
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden ...
