Содержание
Явление электромагнитной индукции очень распространено в электротехнике. Взаимное влияние электрического и магнитного полей может привести к интересным результатам. Самообратная индукция является частным случаем электромагнитной индукции.
Известно, что переменные магнитные поля ответственны за генерацию электрических токов. Этот принцип применим к современным конструкциям генераторов. Природа самозахвата также связана с электромагнетизмом, но это явление проявляется по-другому.
Определение
Рассмотрим схему катушки с током, протекающим по виткам (рис. 1). Поскольку с токоведущим проводником всегда связано магнитное поле, силовые линии этого поля проходят через плоскость катушки. В результате этого взаимодействия соленоид образует собственное магнитное поле, а силовые линии замыкаются за его пределами.
Рисунок 1: Магнитное поле катушки
Частным случаем катушки является замкнутый контур (одиночная катушка). Катушка, как и катушки, создает собственное магнитное поле (см. рис. 2). Если ток постоянен, то изменений в цепи не происходит.
Однако, если параметры изменены. При размыкании цепи магнитный поток, создаваемый полем, изменяется, и появляется индуктивность HED. Аналогичные изменения происходят при замыкании цепи.
При изменении параметров магнитного поля возникает вихревое электрическое поле и возбуждается электродвижущая сила. Индуцированная ЭДС, возникающая при изменении тока в замкнутой цепи, называется самосопротивлением.
Магнитный поток, приложенный к поверхности контура, изменяется непосредственно в ответ на изменение тока, циркулирующего в контуре.
Рис. 2 Явление самозахвата
Направление вектора индуктивности не совпадает с направлением тока в восходящей фазе (замкнутая цепь), но совпадает с направлением тока в нисходящей фазе (разомкнутая цепь). Это явление проявляется в задержке тока соленоида при замыкании цепи или в течение некоторого времени после размыкания цепи.
Это явление можно наблюдать с помощью лампочки, подключенной последовательно с катушкой (см. рисунок 3).
Рисунок 3: Схематическое изображение испытания лампы
Как показано на схеме слева, ток от источника питания, проходящий через лампочку 2, встречает сопротивление вихревого тока при замыкании контактов. Это происходит потому, что они находятся в противоположных направлениях. Поэтому лампа будет гореть с задержкой.
Вихревые токи влияют на время освещения лампочки 1, но после включения лампочки 2 ток в этой цепи уменьшается. Если цепь отключена от источника питания, происходит обратный процесс: лампочка в индуктивной цепи медленно тускнеет в течение некоторого времени, а вторая лампа гаснет, как только контакты размыкаются.
График на рисунке 4 красноречиво иллюстрирует явление задержки.
Рисунок 4: Диаграмма замедленного изменения тока в индуктивной цепи
Обратите внимание на нелинейность изменения тока с течением времени.
Аналогичный процесс происходит в цепях, состоящих из одной катушки. На рисунке 5 показана такая схема и график изменения тока.
Рисунок 5: Самостоятельная ловушка
Следует добавить, что скорость изменения величины HED зависит от количества витков соленоида. Чем больше число витков, тем больше влияние вихревых токов на параметры цепи.
Для переменного тока амплитуда индуктивности HED пропорциональна амплитуде синусоидального источника питания, его частоте и индуктивности катушки.
Синусоидальный ток через виток катушки сдвинут по фазе на π/2. Это смещение отвечает за задержку тока катушки относительно тока, вырабатываемого источником питания.
Формулы
Самопоток (F) цепи прямо пропорционален индуктивности цепи (L) и величине тока в цепи (i). Эта зависимость выражается уравнением F = L x i. Коэффициент пропорциональности L обычно называют коэффициентом индуктивности или просто индуктивностью цепи.
Индуктивность цепи зависит от ее геометрии, площади плоскости, заключенной в катушке, и магнитной проницаемости окружающей среды. Однако этот коэффициент не зависит от тока в цепи. Если геометрия, линейные размеры и проницаемость остаются неизменными, то применяется уравнение, определяющее значение индуктивного МЭД
где EСамоиндукция. — электромагнитное напряжение самовозбуждения, а Δi — изменение силы тока за время Δt.
Индуктивность
Ранее упоминалось, что индуктивность цепи зависит от ее формы и размеров, а также от проницаемости среды. Если мы говорим о катушках, то эти утверждения применимы и к катушкам. Индуктивность катушки зависит от ее диаметра и количества витков. Добавление ферромагнитного сердечника к катушке значительно увеличивает индуктивность.
Магнитные поля отдельных витков катушки складываются. При достаточном количестве витков ток, протекающий через катушку, образует вокруг нее сильное магнитное поле, которое реагирует на изменения электрического поля. Индуктивность — это мера того, насколько хорошо проводник, из которого сделана катушка, реагирует на ток.
Чем больше индуктивность катушки и чем больше скорость разрыва ее цепи, тем больше HEM в цепи. Полярность вихревых токов в выводах катушки противоположна направлению тока питания.
Индуктивность (отношение) является важной характеристикой катушек, дросселей и других элементов контура. Его можно сравнить с емкостью конденсатора. Это особенно верно, поскольку работа катушек и конденсаторов в электрических цепях очень похожа. RL — и RC-цепи часто используются для сглаживания скачков напряжения в различных фильтрах.
Единицей СИ для индуктивности является генни. Значение 1 Гн — это величина индуктивности, для которой ERD составляет 1 В, а скорость изменения тока — 1 А в секунду.
Самоиндукция определяет количество энергии, выделяемой в результате собственного магнитного поля при самоинверсии. Эту энергию можно легко рассчитать с помощью следующего уравнения Wметры. = LI2/2.
Собственная энергия катушки численно равна работе, которую должен совершить источник питания, чтобы преодолеть самообратную индуктивность HEM.
Важно знать, что в результате внезапного отключения в цепях с высокой индуктивностью энергия высвобождается в виде искр или образования дугового разряда.
Примеры использования на практике
Широко практикуется явление самоотравления. Автолюбители хорошо знают, что такое катушка зажигания. Без него невозможно запустить карбюраторный двигатель.
Функции этого важного подразделения следующие
- На катушку высокой индуктивности подается напряжение 12 В через плату.
- Цепь резко прерывается специальным выключателем.
- Накопленная индуктивная энергия проходит по высоковольтному проводу к свече зажигания, которая генерирует мощную искру на своем электроде.
- Искра воспламеняет топливную смесь и приводит в движение поршень.
В современных автомобилях цепь останавливается с помощью электронных средств, но смысл остается тем же — энергия самоиндукции по-прежнему используется для создания искры.
Уже упоминалось о сетевых фильтрах, использующих феномен самоторговли. RL-цепь реагирует на изменение параметров. По мере роста она задерживает пик и дополняет впитывание в себя. Это гарантирует, что напряжение в электрической цепи находится в норме.
Электронный блок питания снимается аналогичным образом.
- Шум:.
- Ripples,.
- Нежелательные частоты.
Индуктивные душители используются в люминесцентных лампах для зажигания электродов. При включении стартера контакты размыкаются, вызывая самоиндукцию на берегу. Энергия от патрона зажигает лучину в электроде, и флуоресцентная трубка начинает светиться.
Приведенные примеры иллюстрируют полезное применение самообмана. Однако, как это всегда бывает, индуктивные новые могут быть вредны. Если контакт выключателя, заряженный высоким уровнем самоиндукции, разрывается, может возникнуть дуговой разряд. Это разрушает контакты и замедляет время защиты. Для снижения риска негативных последствий самоиндуцированных транзакций силовые выключатели оснащаются ARC-камерами.
В этих случаях необходимо принять меры для устранения энергии самоиндукции. В чувствительных к повреждениям полупроводниковых переключателях потребность в самоиндукции еще больше.
В промышленности и энергетике самоиндукция является серьезной проблемой. Если заряженная линия отключается, самовнушение может достигнуть угрожающих жизни размеров. Это требует принятия дополнительных мер предосторожности. В частности, на линии должно быть установлено устройство, предотвращающее размыкание цепи быстрой молнии.
