+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

ЭДС самоиндукции — это… Что такое ЭДС самоиндукции?


ЭДС самоиндукции

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.

При изменении тока в контуре меняется поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление ЭДС оказывается таким, что при увеличении тока в цепи эдс препятствует возрастанию тока, а при уменьшении тока — убыванию.

Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:

\mathcal E = -L \frac{dI}{dt}.

За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции может значительно превышать ЭДС источника. Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей. Типичное напряжение самоиндукции при напряжении питающей батареи 12В составляет 7-25кВ.

Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое «ЭДС самоиндукции» в других словарях:

  • эдс самоиндукции — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN self induced emfFaraday voltageinductance voltageself induction… …   Справочник технического переводчика

  • Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре [1]при изменении протекающего через контур тока. При изменении тока в контуре пропорционально меняется[2] и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром[3]. Изменение… …   Википедия

  • ИНДУКТИВНОСТЬ — (от лат. inductio наведение, побуждение), величина, характеризующая магн. св ва электрич. цепи. Ток, текущий в проводящем контуре, создаёт в окружающем пр ве магн. поле, причём магнитный поток Ф, пронизывающий контур (сцепленный с ним), прямо… …   Физическая энциклопедия

  • реактивная мощность — Величина, равная при синусоидальных электрическом токе и электрическом напряжении произведению действующего значения напряжения на действующее значение тока и на синус сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника. [ГОСТ Р 52002 2003]… …   Справочник технического переводчика

  • ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ — раздел физики, охватывающий знания о статическом электричестве, электрических токах и магнитных явлениях. ЭЛЕКТРОСТАТИКА В электростатике рассматриваются явления, связанные с покоящимися электрическими зарядами. Наличие сил, действующих между… …   Энциклопедия Кольера

  • электрический трансформатор — электрический машина, не имеющая подвижных частей и преобразующая переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. В простейшем случае состоит из магнитопровода (сердечника) и расположенных на нём двух обмоток  первичной и… …   Энциклопедический словарь

  • Импульсный стабилизатор напряжения — Импульсный стабилизатор напряжения  это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме[1], то есть большую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в… …   Википедия

  • Катушка индуктивности — У этого термина существуют и другие значения, см. Катушка (значения). Катушка индуктивности (дроссель) на материнской плате компьютера …   Википедия

  • Индуктивность — Размерность L2MT−2I−2 Единицы измерения СИ Гн СГС …   Википедия

  • Диод — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Четыре диода и диодный мост. Диод (от др. греч …   Википедия

Самоиндукция. Индуктивность, ЭДС самоиндукции. Индуктивность соленоида.

Самоиндукция: — явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении магнитного потока, вызванном изменением тока, проходящего через сам контур. Самоиндукция — частный случай электромагнитной индукции.

 

Индуктивность: L — коэффициент пропорциональности между проходящим по контуру током и созданным им магнитным потоком.

Индуктивность — величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени. 1 Гн = 1 Вб / 1 А.

 

ЭДС самоиндукции: ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.

Индуктивность соленоида:Магнитное поле соленоида определяется формулой: , .

Магнитный поток, пронизывающий все N витков соленоида, равен:

.

Следовательно, индуктивность катушки равна: .

Электродвижущая сила(ЭДС) это работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутому контору.

 

Энергия взаимодействия токов. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

Энергия взаимодействия токов:

Для n токов: i = от 1 доn

 

Энергия магнитного поля:При отсутствии ферромагнетиков контур с индуктивностью L, по которому течет ток I, обладает магнитной энергией (собственной энергией тока), т. е.

Плотность энергии магнитного поля:— физическая величина, равная отношению:

— энергии магнитного поля в некотором объеме; к

— величине этого объема.

, — плотность энергии магнитного поля соленоида.


 

ЭДС самоиндукции и индуктивность цепи

Дата публикации: .
Категория: Электротехника.

При замыкании выключателя в цепи, представленной на рисунке 1, возникнет электрический ток, направление которого показано одинарными стрелками. С появлением тока возникает магнитное поле, индукционные линии которого пересекают проводник и индуктируют в нем электродвижущую силу (ЭДС). Как было указано в статье «Явление электромагнитной индукции», эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции. Так как всякая индуктированная ЭДС по правилу Ленца направлена против причины, ее вызвавшей, а этой причиной будет ЭДС батареи элементов, то ЭДС самоиндукции катушки будет направлена против ЭДС батареи. Направление ЭДС самоиндукции на рисунке 1 показано двойными стрелками.

Таким образом, ток устанавливается в цепи не сразу. Только когда магнитный поток установится, пересечение проводника магнитными линиями прекратится и ЭДС самоиндукции исчезнет. Тогда в цепи будет протекать постоянный ток.

Электродвижущая сила самоиндукции в момент замыкания цепи направлена против ЭДС источника напряжения
График постоянного тока
Рисунок 1. Электродвижущая сила самоиндукции в момент замыкания цепи направлена против ЭДС источника напряжения Рисунок 2. График постоянного тока

На рисунке 2 дано графическое изображение постоянного тока. По горизонтальной оси отложено время, по вертикальной оси – ток. Из рисунка видно, что если в первый момент времени ток равен 6 А, то в третий, седьмой и так далее моменты времени он также и будет равен 6 А.

На рисунке 3 показано, как устанавливается ток в цепи после включения. ЭДС самоиндукции, направленная в момент включения против ЭДС батареи элементов, ослабляет ток в цепи, и поэтому в момент включения ток равен нулю. Далее в первый момент времени ток равен 2 А, во второй момент времени – 4 А, в третий – 5 А, и только спустя некоторое время в цепи устанавливается ток 6 А.

График нарастания тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции ЭДС самоиндукции в момент размыкания цепи направлена одинаково с ЭДС источника напряжения
Рисунок 3. График нарастания тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции Рисунок 4. ЭДС самоиндукции в момент размыкания цепи направлена одинаково с ЭДС источника напряжения

При размыкании цепи (рисунок 4) исчезающий ток, направление которого показано одинарной стрелкой, будет уменьшать свое магнитное поле. Это поле, уменьшаясь от некоторой величины до нуля, будет вновь пересекать проводник и индуктировать в нем ЭДС самоиндукции.

При выключении электрической цепи с индуктивностью ЭДС самоиндукции будет направлена в ту же сторону, что и ЭДС источника напряжения. Направление ЭДС самоиндукции показано на рисунке 4 двойной стрелкой. В результате действия ЭДС самоиндукции ток в цепи исчезает не сразу.

Таким образом, ЭДС самоиндукции всегда направлена против причины, ее вызвавшей. Отмечая это ее свойство, говорят что ЭДС самоиндукции имеет реактивный характер.

Графически изменение тока в нашей цепи с учетом ЭДС самоиндукции при замыкании ее и при последующем размыкании в восьмой момент времени показано на рисунке 5.

График нарастания и исчезновения тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции Индукционные токи при размыкании цепи
Рисунок 5. График нарастания и исчезновения тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции Рисунок 6. Индукционные токи при размыкании цепи

При размыкании цепей, содержащих большое количество витков и массивные стальные сердечники или, как говорят, обладающих большой индуктивностью, ЭДС самоиндукции может быть во много раз больше ЭДС источника напряжения. Тогда в момент размыкания воздушный промежуток между ножом и неподвижным зажимом рубильника будет пробит и появившаяся электрическая дуга будет плавить медные части рубильника, а при отсутствии кожуха на рубильнике может ожечь руки человека (рисунок 6).

В самой цепи ЭДС самоиндукции может пробить изоляцию витков катушек, электромагнитов и так далее. Во избежание этого в некоторых выключающих приспособлениях устраивают защиту от ЭДС самоиндукции в виде специального контакта, который замыкает накоротко обмотку электромагнита при выключении.

Следует учитывать, что ЭДС самоиндукции проявляет себя не только в моменты включения и выключения цепи, но также и при всяких изменениях тока.

Величина ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения тока в цепи. Так, например, если для одной и той же цепи в одном случае в течение 1 секунды ток в цепи изменился с 50 до 40 А (то есть на 10 А), а в другом случае с 50 до 20 А (то есть на 30 А), то во втором случае в цепи будет индуктироваться втрое большая ЭДС самоиндукции.

Величина ЭДС самоиндукции зависит от индуктивности самой цепи. Цепями с большой индуктивностью являются обмотки генераторов, электродвигателей, трансформаторов и индукционных катушек, обладающих стальными сердечниками. Меньшей индуктивностью обладают прямолинейные проводники. Короткие прямолинейные проводники, лампы накаливания и электронагревательные приборы (печи, плитки) индуктивностью практически не обладают и появления ЭДС самоиндукции в них почти не наблюдается.

Магнитный поток, пронизывающий контур и индуктирующий в нем ЭДС самоиндукции, пропорционален току, протекающему по контуру:

Ф = L × I ,

где L – коэффициент пропорциональности. Он называется индуктивностью. Определим размерность индуктивности:

Размерность индуктивностиРазмерность индуктивности

Ом × сек иначе называется генри (Гн).

1 генри = 103; миллигенри (мГн) = 106 микрогенри (мкГн).

Индуктивность, кроме генри, измеряют в сантиметрах:

1 генри = 109 см.

Так, например, 1 км линии телеграфа обладает индуктивностью 0,002 Гн. Индуктивность обмоток больших электромагнитов достигает нескольких сотен генри.

Если ток в контуре изменился на Δi, то магнитный поток изменится на величину Δ Ф:

Δ Ф = L × Δ i .

Величина ЭДС самоиндукции, которая появится в контуре, будет равна (формула ЭДС самоиндукции):

Величина ЭДС самоиндукцииВеличина ЭДС самоиндукции

При равномерном изменении тока по времени выражение Величина ЭДС самоиндукцииВеличина ЭДС самоиндукциибудет постоянным и его можно заменить выражением Величина ЭДС самоиндукцииВеличина ЭДС самоиндукции. Тогда абсолютная величина ЭДС самоиндукции, возникающая в контуре, может быть найдена так:

Абсолютная величина ЭДС самоиндукцииАбсолютная величина ЭДС самоиндукции

На основании последней формулы можно дать определение единицы индуктивности – генри:

Определение единицы индуктивностиОпределение единицы индуктивности

Проводник обладает индуктивностью 1 Гн, если при равномерном изменении тока на 1 А в 1 секунду в нем индуктируется ЭДС самоиндукции 1 В.

Как мы убедились выше, ЭДС самоиндукции возникает в цепи постоянного тока только в моменты его включения, выключения и при всяком его изменении. Если же величина тока в цепи неизменна, то магнитный поток проводника постоянен и ЭДС самоиндукции возникнуть не может (так как Определение единицы индуктивностиОпределение единицы индуктивности. В моменты изменения тока в цепи ЭДС самоиндукции мешает изменениям тока, то есть оказывает ему своеобразное сопротивление.

Бифилярная обмотка катушкиБифилярная обмотка катушки
Рисунок 7. Бифилярная обмотка катушки

Часто на практике встречаются случаи, когда нужно изготовить катушку, не обладающую индуктивностью (добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам, сопротивления штепсельных реостатов и тому подобные). В этом случае применяют бифилярную обмотку катушки (рисунок 7)

Как нетрудно видеть из чертежа, в соседних проводниках токи проходят в противоположных направлениях. Следовательно, магнитные поля соседних проводников взаимно уничтожаются. Общий магнитный поток и индуктивность катушки будут равны нулю. Для еще более полного уяснения понятия индуктивности приведем пример из области механики.

Как известно из физики, по второму закону Ньютона ускорение, полученное телом под действием силы, пропорционально самой силе и обратно пропорционально массе тела:

УскорениеУскорение

или

УскорениеУскорение

Сравним последнюю формулу с формулой ЭДС самоиндукции, взяв абсолютное значение ЭДС:

УскорениеУскорение

Если в этих формулах изменения скорости во времени УскорениеУскорениеуподобить изменению тока во времени Величина ЭДС самоиндукцииВеличина ЭДС самоиндукции, механическую силу – электродвижущей силе самоиндукции, то масса тела будет соответствовать индуктивности цепи.

При равномерном прямолинейном движении a = 0, поэтому F = 0, то есть если на тело не действуют силы, его движение будет прямолинейным и равномерным (первый закон Ньютона).

В цепях постоянного тока величина тока не меняется УскорениеУскорениеи поэтому eL = 0.

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Явление самоиндукции.Индуктивность. Энергия магнитного поля тока. Работа поля. Тесты, курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Явление самоиндукции. Индуктивность. Основные понятия

  • Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции

Мы уже изучили, что около проводника с током возникает магнитное поле. А также изучили, что переменное магнитное поле порождает ток (явление электромагнитной индукции). Рассмотрим электрическую цепь. При изменении силы тока в этой цепи произойдет изменение магнитного поля, в результате чего в этой же цепи возникнет дополнительный индукционный ток. Такое явление называется самоиндукцией, а ток, возникающий при этом, называется током самоиндукции.

Явление самоиндукции — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

ЭДС самоиндукции определяется по формуле:

Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции. Если в цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп, последовательно со второй лампой включить катушку, то при замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием.

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки очень часто перегорают при выключении света.

Энергия магнитного поля

Энергия магнитного поля контура с током:

3.4.6 Индуктивность. Самоиндукция. ЭДС самоиндукции

Видеоурок: Индуктивность контура (катушки). Явление самоиндукции

Лекция: Индуктивность. Самоиндукция. ЭДС самоиндукции

Самоиндукция

Считается, что индуктивный ток действует сам на себя некоторым образом. Так как индуктивный ток достаточно нестабилен, то он вызывает собственное изменение магнитного потока, а это значит, что в таком проводнике должен бежать ток, в результате изменения потока. Такое явление называется самоиндукцией.

Итак, давайте представим некоторый проводник в виде кольца. Если ток индукции в нем течет против часовой стрелки (он увеличивается), то магнитное поле будет направлено вертикально вверх (оно увеличивается).

Это значит, что появляется некоторое вихревое поле, направленное в противоположном направлении относительно направления движения тока. Таким образом, оно пытается тормозить ток. Однако моментально ток затормозить не может, поэтому магнитное поле изменяется на протяжении некоторого времени.

Если же ток в проводнике будет уменьшаться, что также приводит к уменьшению магнитного поля, то вихревое электрическое поле наоборот начнет ускорять ток в проводнике.

Таким образом, можно сделать вывод, что любое изменение тока и поля будет приводить к появлению внутреннего ЭДС, которое будет либо тормозить, либо ускорять индукционный ток.

Индуктивность

Итак, нам уже известно, что поток описывает магнитное поле, значит, величина потока пропорциональна индукции. Коэффициент, связывающий индукцию и поток, называется индуктивностью.

Определяется индуктивность с помощью геометрических размеров проводника, а также материалом, из которого он создан.

Единицами измерения индуктивности являются Генри (Гн).

Если использовать данную формулу для ЭДС индукции, можно получить:

То есть ЭДС пропорционально производной силы тока.


Эдс самоиндукции

Изменение тока в катушке вызывает изменение потока сцепления самоиндукции, а следовательно возникает ЭДС.

Явление, при котором ЭДС возникает в контуре или в катушке в результате изменения тока в этом контуре или катушке, называется самоиндукцией.

ЭДС самоиндукции обозначается .

Т.о. ЭДС самоиндукции пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней.

Если (ток нарастает), то— отрицательна, т.е. направлена навстречу току (противо ЭДС), если же(ток убывает), то— положительна, т.е. направлена согласно с током.

Время нарастания и уменьшения тока характеризуется постоянным временем.

— «тау»

При включении катушки в электрическую цепь вокруг катушки создается магнитное поле, в котором запасается часть энергии, израсходованной источниками.

Величина этой энергии определяется как:

Явление взаимоиндукции

Если две катушки с током расположены близко друг от друга, то часть магнитного потока первой катушки пронизывает витки второй и наоборот.

Такие контуры и катушки называют индуктивно- или магнитосвязанными.

Магнитный поток , а следовательно и потокосцеплениепропорциональны току в катушкеI1, т. е.

М– взаимная индуктивность двух катушек, равная отношению потокосцепления одной катушки к току другой.

ЭДС, возникающая при этом в другой катушке будет равна:

,

где K– коэффициент связи двух катушек, зависящий от взаимного их расположения (чем ближе катушка, тем большеKи наоборот).

Однофазный переменный ток

Переменнымназывают такой электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и по направлению.

Основным достоинством переменного тока является возможность его трансформации, а также то, то электрические машины и аппараты переменного тока значительно проще и дешевле, чем постоянного тока.

Время, в течении которого ток делает полный цикл своих изменений называется периодом.

Величина, обратная периоду и численно равная числу периодов за секунду, называется частотой .

Значение переменного тока в любой момент времени называется мгновенным значением.

Наибольшее из мгновенных значений называется максимальным, илиамплитудным .

Получение синусоидальной ЭДС

Простейший генератор переменного тока представляет собой магнитную систему, состоящую из двух полюсов, причем, форма полюсов такова, что магнитная индукция в воздушном зазоре распределяется по синусоидальному закону, т.е. значение магнитной индукции в любой точке .

Допустим, за время tрамка развернулась на угол, тогда угловая скорость.

— угловая скорость (частота)

За один оборот рамка развернется на угол , а время оборота – период (Т), тогда угловая частотаопределяется:

Многополюсные генераторы

Для получения промышленной частоты 50Гц якорь двухполюсного генератора должен вращаться со скоростью 50 об/с или 3000 об/мин. Если скорость вращения меньше, то необходимо увеличить число пар полюсов. У многополюсных генераторов за 1 оборот якоря ЭДС совершает Р циклов своих

изменений, где Р – число пар полюсов. Если число оборотов в минуту n, то число циклов в минуту будет , а в секунду

Собственная индуктивность | Примечания по электронике

— основная информация о самоиндукции, о том, как она возникает, основная формула самоиндукции и соответствующие расчеты.


Inductance and Transformer Tutorial:
Inductance. Символы Закон Ленца Собственная индуктивность Расчет индуктивного реактивного сопротивления Теория индуктивного реактивного сопротивления Индуктивность проволоки и катушек Трансформеры


Самоиндуктивность — это эффект, который замечают, когда одна катушка испытывает влияние индуктивности.

Под действием собственной индуктивности и изменений тока индуцирует ЭДС или электродвижущую силу в том же проводе или катушке, создавая то, что часто называют обратной ЭДС.

Поскольку эффект наблюдается в том же проводе или катушке, которые генерировали магнитное поле, эффект известен как самоиндукция.

Определения самоиндукции

Полезно упомянуть различные определения, связанные с самоиндукцией.

  • Самоиндукция: Самоиндукция определяется как явление, при котором изменение электрического тока в цепи вызывает индуцированную электродвижущую силу в той же цепи.
  • Единица самоиндукции: Самоиндуктивность катушки считается равной одному генри, если изменение тока в цепи на один ампер в секунду создает в цепи электродвижущую силу в один вольт.

Основы самоиндукции

Когда ток проходит по проводу, особенно когда он проходит через катушку или индуктор, индуцируется магнитное поле. Он выходит наружу от провода или индуктора и может соединяться с другими цепями.Однако он также связан с цепью, из которой он настроен.

Магнитное поле можно представить в виде концентрических контуров магнитного потока, которые окружают провод, и более крупных, которые соединяются с другими контурами из других контуров катушки, обеспечивая самосвязь внутри катушки.

Когда ток в катушке изменяется, это вызывает индуцирование напряжения в различных контурах катушки — результат самоиндукции.

Self induction effect Самоиндукция

С точки зрения количественной оценки влияния индуктивности, базовая формула, приведенная ниже, позволяет количественно оценить эффект.

Где:
VL = индуцированное напряжение в вольтах
N = количество витков в катушке
dφ / dt = скорость изменения магнитного потока в интервалах в секунду

Индуцированное напряжение в катушке индуктивности также может быть выражено через индуктивность (в генри) и скорость изменения тока.

Самоиндукция — это способ работы одиночных катушек и дросселей. Дроссель используется в радиочастотных цепях, потому что он противодействует любому изменению, то есть радиочастотному сигналу, но допускает любое устойчивое, т.е.е. Постоянный ток течет.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение Текущий Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню основных концепций. . .

.

Взаимная индуктивность и самоиндукция | Формула и пример

Электромагнитная индукция возникает, когда магнитный поток, движущийся по отношению к одиночному проводнику или катушке, индуцирует ЭДС в проводнике или катушке. Поскольку рост или уменьшение тока через катушку порождает изменяющийся поток, в катушке индуцируется ЭДС из-за собственного изменения тока. Тот же эффект может вызвать ЭДС в соседней катушке. Уровень наведенной ЭДС в каждом случае зависит от самоиндукции катушки или от взаимной индуктивности между двумя катушками.Во всех случаях полярность наведенной ЭДС такова, что она противодействует первоначальному изменению, вызвавшему ЭДС.

Компоненты, называемые индукторами или дросселями, сконструированы с заданными значениями индуктивности. Катушки индуктивности могут работать последовательно или параллельно. Даже самый короткий проводник имеет индуктивность. Обычно это нежелательная величина, которая называется паразитной индуктивностью.

Самоиндуктивность

Индуктивность катушки и проводника

Было показано, что ЭДС индуцируется в проводнике, движущемся через магнитное поле, и что рост тока в катушке может индуцировать ЭДС в другом магнитном поле. спаренная катушка.Катушка также может индуцировать в себе напряжение при изменении уровня тока. Это явление известно как самоиндукция, и его принцип показан на рисунке 1.

figure 1 current carrying coil

Рис.1: Токопроводящая катушка и ее площадь поперечного сечения

Магнитный поток, растущий наружу вокруг витков катушки. обрезает (или задевает) другие витки катушки и индуцирует ЭДС в катушке.

Катушка и ее площадь поперечного сечения показаны на рисунке 1, концы стрелок и точки указывают направления тока в каждом витке.Каждый виток катушки имеет магнитный поток вокруг него, создаваемый током, протекающим через катушку. Однако для удобства на рисунке показано увеличение магнитного потока только вокруг одного витка катушки. Видно, что по мере роста тока поток расширяется наружу и срезает (или сметает) другие витки. Это вызывает индукцию токов в других витках, и направление индуцированных токов таково, что они создают поток, противодействующий индуцирующему их потоку.

Помня о том, что ток через катушку вызывает рост потока вокруг всех витков одновременно, видно, что поток от каждого витка индуцирует ток, который противодействует ему на каждом втором витке.

Чтобы установить встречные потоки, индуцированный ток в катушке должен быть противоположен току, протекающему через катушку от внешнего источника питания. Наведенный ток, конечно, является результатом наведенной ЭДС. Таким образом, видно, что самоиндукция катушки создает наведенную ЭДС, которая противодействует внешней ЭДС, которая пропускает ток через катушку. Поскольку эта наведенная ЭДС противоположна напряжению питания, ее обычно называют противо-ЭДС или противо-ЭДС .Противоэдс возникает только тогда, когда ток в катушке растет или уменьшается. Когда ток достигает постоянного уровня, поток больше не меняется и противо-ЭДС не генерируется.

Даже один проводник имеет самоиндукцию. На рисунке 2 показано, что когда в проводнике растет ток, поток может расти наружу от центра проводника. Этот поток разрезает другие части проводника и вызывает противоэдс.

figure 2 conductor cross section

Рис. 2: поперечное сечение проводника

Рост тока внутри проводника индуцирует ЭДС в других частях проводника.

На рисунке 3 показана полярность противоэдс, индуцированная в катушке для заданной полярности напряжения питания. На рисунке 3 (а) переключатель замкнут, и ток I начинает расти с нуля. Полярность противоэдс (e L ) такова, что она противодействует росту I, поэтому она последовательно противодействует напряжению питания. Когда переключатель разомкнут (рисунок 3 (b)), ток стремится к нулю. Но теперь полярность e L такова, что противостоит закату I.это последовательно с питающим напряжением. Фактически, e L может вызвать искрение на выводах переключателя, поскольку это зависит от индуктивности катушки.

figure 3 emf polarity

Рис. 3: Полярность наведенной ЭДС

Противоэдс, наведенная в катушке, всегда противодействует увеличению или уменьшению тока.

В системе СИ единица индуктивности — Генри (H).

Индуктивность цепи равна одному Генри, когда ЭДС 1 В индуцируется изменением тока со скоростью 1 А / с.

Таким образом, соотношение между индуктивностью, индуцированным напряжением и скоростью изменения тока будет следующим:

\ [\ begin {matrix} L = \ frac {{{e} _ {L}}} {{\ Delta i} / {\ Delta t} \;} & {} & \ left (1 \ right) \\\ end {matrix} \]

Где L — индуктивность в Генри, e L — наведенная противоэдс в вольтах. и — скорость изменения тока в А / с. знак минус иногда ставится перед e L , чтобы показать, что наведенная ЭДС противоположна приложенной ЭДС.Когда e L = 1 В и = 1 А / с, L = 1H. Если скорость изменения тока составляет 2 А / с и e L = 1 В, индуктивность составляет 0,5 Гн.

Катушка, сконструированная так, чтобы иметь определенную индуктивность, обычно называется индуктором или дросселем. Обратите внимание на графические символы индуктивности, показанные на рисунке 3.

Формула самоиндуктивности

Выражение для индуктивности может быть получено с учетом размеров катушки и количества витков [см. Рисунок 4].

figure 4 coil turns

Рис.4: Количество витков в катушке

Индуктивность катушки зависит от количества витков, а также от магнитного потока и изменений тока.

Из уравнения (2):

\ [\ begin {matrix} {{e} _ {L}} = N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} & {} & \ left ( 2 \ right) \\\ end {matrix} \]

Подстановка e L в уравнение (1) дает

\ [L = N \ frac {{\ Delta \ phi} / {\ Delta t} \ ;} {{\ Delta i} / {\ Delta t} \;} \]

Или

\ [\ begin {matrix} L = N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta i} & {} & \ left (3 \ right) \\\ end {matrix} \]

Также

\ [\ phi = B \ times A \]

И

$ B = {{\ mu} _ {o }} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times H = {{\ mu} _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times \ frac {IN} {l} $

Следовательно,

$ \ phi = {{\ mu} _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times IN \ times \ frac {A} {l} $

Поскольку I — максимальный уровень тока, он также представляет изменение тока (∆i) от нуля до максимального уровня.{A} / {} _ {l} & {} & \ left (4 \ right) \\\ end {matrix} \]

Обратите внимание, что, как показано на Рисунке 5, индуктивность пропорциональна поперечному сечению площадь катушки и квадрат числа витков. Он также обратно пропорционален длине катушки. Таким образом, максимальная индуктивность достигается при использовании короткой катушки с большой площадью поперечного сечения и большим количеством витков.

figure 5 coil dimensions

Рис.5: Размеры катушки

Индуктивность катушки можно рассчитать, исходя из ее размеров и проницаемости сердечника.

Уравнение (4) теперь предоставляет средства для расчета индуктивности катушки известных размеров. В качестве альтернативы его можно использовать для определения требуемых размеров катушки с заданной индуктивностью. Однако его не так легко применить к катушкам с железным сердечником, потому что проницаемость ферромагнитного материала изменяется при изменении плотности потока. Следовательно, индуктивность катушки с железным сердечником постоянно изменяется по мере увеличения и уменьшения тока катушки.

Неиндуктивная катушка

Во многих случаях желательно иметь неиндуктивную катушку; например, прецизионные резисторы обычно не являются индуктивными.Чтобы построить такую ​​катушку, обмотка сделана из двух расположенных бок о бок проводников, как показано на Рисунке 6. Каждый виток катушки имеет соседний виток, несущий ток в противоположном направлении. Магнитные поля, создаваемые соседними витками, нейтрализуют друг друга. Следовательно, противоэдс не генерируется, и катушка неиндуктивна.

figure 6 non inductive coil

Рис.6: Неиндуктивная катушка

Пример самоиндукции

Соленоид с 900 витками имеет общий поток 1,33 X 10 -7 Вт через воздушный сердечник при токе катушки 100 мА.{-3}}} = 1,6 мВ \]

Взаимная индуктивность

Когда поток от одной катушки разрезает другую соседнюю (или магнитно связанную) катушку, во второй катушке индуцируется ЭДС. Следуя закону Ленца, ЭДС, индуцированная во второй катушке, создает поток, который противодействует исходному потоку из первой катушки. Таким образом, наведенная эдс снова является противоэдс, и в этом случае индуктивный эффект называется взаимной индуктивностью. На рисунке 7 показаны графические символы, используемые для катушек с взаимной индуктивностью, также называемых связанными катушками.

figure 7 a air cored coil

figure 7 b iron cored coil

Рис.7: Графические символы для катушек с воздушным и железным сердечником

Как и самоиндукция, взаимная индуктивность измеряется в Генри (Гн) .

Формула взаимной индуктивности

Две катушки имеют взаимную индуктивность 1 Гн, когда в одной катушке индуцируется ЭДС 1 В за счет изменения тока со скоростью 1 А / с в другой катушке.

Это определение приводит к уравнению, связывающему взаимную индуктивность с наведенным напряжением и скоростью изменения тока:

\ [\ begin {matrix} M = \ frac {{{e} _ {L}}} {{{ \ Delta i} / {\ Delta t} \;} & {} & \ left (5 \ right) \\\ end {matrix} \]

Где M — взаимная индуктивность по Генри, e L — ЭДС в вольтах, индуцированная во вторичной катушке, и представляет собой скорость изменения тока в первичной катушке в А / с.

Катушка, через которую проходит ток от внешнего источника, называется первичной, а катушка, в которой наведена ЭДС, называется вторичной.

Уравнение для ЭДС, индуцированной во вторичной катушке, можно записать как:

\ [\ begin {matrix} {{e} _ {L}} = {{N} _ {s}} \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} & {} & \ left (6 \ right) \\\ end {matrix} \]

Здесь ∆ϕ — полное изменение магнитного потока во вторичной обмотке, N с — количество витков вторичной обмотки, а ∆t — время, необходимое для изменения магнитного потока.

Подстановка e L из уравнения (6) в уравнение (5) дает

\ [M = {{N} _ {s}} \ frac {{\ Delta \ phi} / {\ Delta t} \ ;} {{\ Delta i} / {\ Delta t} \;} \]

Следовательно,

\ [\ begin {matrix} M = {{N} _ {s}} \ frac {\ Delta \ phi } {\ Delta i} & {} & \ left (7 \ right) \\\ end {matrix} \]

Рисунок 8 (a) иллюстрирует тот факт, что когда две катушки намотаны на один ферромагнитный сердечник, эффективно весь поток, создаваемый первичной катушкой, соединяется с вторичной катушкой.Однако, когда катушки имеют воздушный сердечник, только часть потока от первичной обмотки может соединяться с вторичной (см. Рисунок 8 (b)). В зависимости от того, какая часть первичного потока пересекает вторичную, катушки могут быть классифицированы как слабосвязанные или сильно связанные. Один из способов обеспечить плотное соединение показан на Рисунке 8 (c), где каждый виток вторичной обмотки находится рядом с одним витком первичной обмотки. Катушки, намотанные таким образом, называют бифилярными.

figure 8 flux linkage in primary and secondary coil 2

Рис.8: Потоковые связи в первичной и вторичной обмотках

Величина магнитного потока от первичной обмотки, которая соединяется с вторичной, зависит от того, насколько тесно связаны катушки. Коэффициент сцепления определяет сцепление.

Величина магнитной связи между первичной обмоткой и вторичной обмоткой также определяется в терминах коэффициента связи k. Если весь первичный поток связан с вторичным, коэффициент связи равен 1. Когда только 50% первичного потока соединяется с вторичной обмоткой, коэффициент связи равен 0.5. Таким образом,

\ [k = \ frac {flux \ text {} связей \ text {} между \ text {} primary \ text {} и \ text {} \ sec ondary} {total \ text {} fluxproduced \ text {} by \ text {} primary} \]

Возвращаясь к уравнению (7). Когда ∆ϕ — это полное изменение магнитного потока в первичной катушке, магнитная связь с вторичной обмоткой равна k∆ϕ. Следовательно, уравнение для M

\ [\ begin {matrix} M = k {{N} _ {s}} \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta i} & {} & \ left (8 \ right ) \\\ end {matrix} \]

Также, заменяя $ \ Delta \ phi = {{\ mu} _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times \ Delta i \ times N \ times \ frac {A} {l} $ в уравнение (8) дает

\ [M = \ frac {k {{N} _ {s}}} {\ Delta i} \ times {{\ mu } _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times \ Delta i \ times {{N} _ {p}} \ times \ frac {A} {l} \]

или

\ [\ begin {matrix} M = k \ times {{N} _ {p}} \ times {{N} _ {s}} \ times {{\ mu} _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times \ frac {A} {l} & {} & \ left (9 \ right) \\\ end {matrix} \]

Каждая рассматриваемая обмотка сама по себе имеет собственную индуктивность, которая может рассчитывается по уравнению (4).{2}} $

или

\ [\ begin {matrix} \ sqrt {{{L} _ {1}} \ times {{L} _ {2}}} = {{N} _ {p} } \ times {{N} _ {s}} \ times {{\ mu} _ {o}} \ times {{\ mu} _ {r}} \ times \ frac {A} {l} & {} & \ left (10 \ right) \\\ end {matrix} \]

Сравнивая уравнения 9 и 10, видно, что

\ [\ begin {matrix} M = k \ sqrt {{{L} _ { 1}} \ times {{L} _ {2}}} & {} & \ left (11 \ right) \\\ end {matrix} \]

Пример взаимной индуктивности

Две одинаковые катушки намотаны железный сердечник кольцевой формы с относительной проницаемостью 500.{-2}}} \ cong 9.42mH \\\ end {align} \]

Поскольку катушки намотаны на один и тот же железный сердечник, k = 1. Уравнение (11):

$ M = k \ sqrt {{{L} _ {1}} \ times {{L} _ {2}}} = \ sqrt {9,42 \ times 9,42} = 9,42 мГн $

.

Самоиндукция с помощью электромагнитной индукции — Учебные материалы для IIT JEE

  • Полный курс физики — 11 класс
  • ПРЕДЛАГАЕМАЯ ЦЕНА: рупий.2 968

  • Просмотр подробностей
 

Inductance Мы уже обсуждали тему конденсаторов, которые представляют собой устройства для хранения энергии с использованием электрических полей.Как и конденсатор, индуктор также является довольно часто используемым элементом в электрических цепях. Он хранит магнитную энергию. Как мы знаем, когда ток течет по проводнику, вокруг него создается магнитное поле, и, следовательно, оно связано с магнитным потоком. Если магнитный поток, связанный с катушкой, равен Φ, а ток, протекающий через нее, равен I, то ее индуктивность определяется выражением L = Φ ⁄ l . Величина «L» называется самоиндукцией катушки . Он не зависит от тока, но зависит от проницаемости сердечника и размеров катушки.

В 1824 году Эрстед, обнаружил, что ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле, способное сдвигать стрелку компаса. Спустя семь лет Фарадей и Генри обнаружили прямо противоположное. Они заметили, что движущееся магнитное поле индуцирует ток в электрическом проводнике. Процесс генерации электрического тока в проводнике путем помещения проводника в изменяющееся магнитное поле называется электромагнитной индукцией или просто индукцией. Это называется индукцией, потому что ток в проводнике индуцируется магнитным полем.

Индуктивность возникает при возникновении индукции в электрической цепи, которая влияет на поток электричества. Он обозначается буквой L. Самоиндукция или просто индуктивность, следовательно, может быть определена как свойство цепи, в которой изменение тока приводит к изменению напряжения в той же цепи. Когда ток индуцируется в одной цепи второй соседней цепью, это называется взаимной индуктивностью , . Когда переменный ток течет через кусок провода в цепи, создается электромагнитное поле, которое постоянно растет, сжимается и меняет направление из-за постоянно меняющегося тока в проводе.Это магнитное поле, которое продолжает изменяться, будет индуцировать электрический ток в любом другом проводе, который приближается к проводу в цепи. Ток, протекающий по второму проводу, также будет полностью идентичен току, протекающему по первому.

На приведенном ниже рисунке показана индуктивность, которая объясняет поведение провода при противодействии любому изменению электрического тока через катушку. Индуктивность , выведенная из закона Фарадея , может быть определена в терминах эдс, генерируемой для противодействия изменению тока.

Inductance

Faradays Law of Induction Единица для L = вольт в секунду / ампер = Генри

Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн), которая показывает зависимость скорости изменения магнитного поля. Один генри — это величина индуктивности, которая требуется для генерации одного вольт индуцированного напряжения, когда ток изменяется со скоростью один ампер в секунду. Мы использовали здесь термин ток, а не магнитное поле, потому что ток может создавать магнитное поле и его легче контролировать, чем магнитный поток.

Рассмотрим схему, в которой соленоид подключен к ячейке через резистор. Когда переключатель разомкнут, ток в цепи равен нулю. Когда переключатель замкнут, в нем течет ток. Поскольку ток в цепи увеличивается от нуля до определенного значения, связанное с ним магнитное поле изменяется, что вызывает индукцию ЭДС на соленоиде.

Так как Φ B = LI и
∈ = -dφ B / dt

Следовательно, ∈ = — L dI / dt

Индуктивность идеального соленоида

Пропустите ток I через соленоид.Магнитное поле из-за тока, протекающего внутри соленоида, составляет B = μ 0 nI, где n — количество витков на единицу длины.
Если площадь поперечного сечения соленоида A, то поток, связанный с длиной l, равен
. Φ = nlBA. (При условии, что соленоид идеальный и длинный)
где l — длина соленоида

Теперь B = μ 0 nI

Итак, Φ B = nBA

= (n) (μ 0 nI) A

Φ B = μ 0 n 2 IA

Самоиндуктивность катушки

Рассмотрим катушку из N витков и площади поперечного сечения A, по которой проходит ток I.Длина катушки l (l ≥√A)

Сравнивая с Φ = LI, получаем, L = μ 0 n 2 A

Моделирование алюминиевой рампы (Для просмотра нажмите кнопку воспроизведения и продолжайте)

Алюминиевый пандус; На этой анимации показано, как на магнит, скользящий по рампе, действует закон Ленца. Мы используем его, чтобы проиллюстрировать лабораторную станцию, которую делают студенты.

Проблема (JEE Advanced):

Катушка с индуктивностью 1 Гн и незначительным сопротивлением подключена к источнику питания, напряжение которого равно V = 4 В.Если напряжение приложено при t = 0, то найти энергию, запасенную в катушке за 4 с.

Раствор:

Мы знаем, что V = L dI / dt

Итак, 4t = L dI / dt

Или,

\frac{1}{L}\int_{0}^{4}4t dt = \int_{0}^{I}dI

Таким образом, запасенная энергия U = ½ LI 2 = ½ (1) (32) 2 = 512 Дж

Из приведенного выше наблюдения мы заключаем, что энергия, запасенная в катушке за 4 с, будет 512 Дж.

Inductance of a Solenoid

Индуктивное реактивное сопротивление

Уменьшение протекания тока в цепи в результате индукции называется индуктивным реактивным сопротивлением.При внимательном рассмотрении катушки с проволокой и использовании закона Ленца становится ясно, что индуктивность уменьшает протекание тока в цепи. Как показано на рисунке ниже, первичный ток показан красным, а магнитное поле, создаваемое током, показано синим. Чтобы определить направление магнитного поля, направьте большой палец правой руки в направлении тока. Магнитное поле от одной петли провода будет пересекать другие петли в катушке, и это вызовет ток, который выделен зеленым цветом.Согласно закону Ленца , индуцированный ток должен течь в направлении, противоположном первичному току . Индуцированный ток, действующий против тока первичной обмотки, приводит к уменьшению протекания тока в цепи. Индуктивное реактивное сопротивление увеличивается с увеличением количества витков в катушке.

Inductive Reactance также уменьшает протекание тока в цепи. Но можно отличить индуктивное реактивное сопротивление от сопротивления в цепи, отметив синхронизацию между синусоидальными волнами напряжения и тока переменного тока.В цепи переменного тока, содержащей только резистивные компоненты, напряжение и ток будут синфазными, что означает, что пики и спады их синусоидальных волн будут происходить одновременно. Но при наличии индуктивного реактивного сопротивления фаза тока сдвигается так, что ее пики и спады не возникают одновременно с пиками напряжения.

Обратитесь к этому видео, чтобы узнать больше об индуктивности: —

Inductance of a Solenoid Inductance of a Solenoid

  • Причина образования индуцированных эл.м.ф. это изменение магнитного потока, связанного с контуром.

  • Величина наведенной э.д.с. не зависит от величины изменения магнитного потока. Это зависит только от того, насколько быстро (скорость изменения во времени) изменяется поток.

  • Индуцированная ЭДС всегда имеет тенденцию противодействовать причине ее возникновения.

  • Величина самоиндуцированного e.m.f не является константой схемы и зависит от характера источника тока в ней.

  • Коэффициент самоиндукции L является константой цепи и не зависит от типа источника тока в ней.

Inductance of a Solenoid Inductance of a Solenoid

Вопрос 1

Свойство катушки, по которой счетчик эл.м.ф. индуцируется в нем, когда ток через катушку изменяется, известный как,

(а) собственная индуктивность

(б) взаимная индуктивность

Серия

(c), повышающая индуктивность

(г) емкость

Вопрос 2

Какой из следующих элементов схемы накапливает энергию в электромагнитном поле?

(а) индуктивность

(б) конденсатор

(в) переменный резистор

(г) сопротивление

Вопрос 3

Повышенная самоиндукция катушки,

(а) меньше его витков

(б) опустите эл.м.ф индуцированная

(c) больше производимого им потока

(г) больше задержка установления через него установившегося тока

Вопрос 4

Количество витков и длина сердечника индуктивной катушки увеличены вдвое. Его собственная индуктивность составит

(а) не затронуты

(б) удвоено

(в) разделить пополам

(г) четырехкратное

Inductance of a Solenoid Inductance of a Solenoid

Связанные ресурсы

Inductance of a Solenoid

Особенности курса

  • 101 Видеолекция
  • Примечания к редакции
  • Документы за предыдущий год
  • Ментальная карта
  • Планировщик обучения
  • Решения NCERT
  • Обсуждение Форум
  • Тестовая бумага с видео-решением

.

Индуктивность

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Единица индуктивности.
  • • Факторы, влияющие на индуктивность.
  • • Напряжение и э.д.с.
  • • Самоиндукция.
  • • Обратный э.м.ф. и его эффекты.

Индуктивность

Ток, генерируемый в проводнике изменяющимся магнитным полем, пропорционален скорости изменения магнитного поля.Этот эффект называется ИНДУКТИВНОСТЬЮ и обозначается символом L. Он измеряется в единицах, называемых генри (H), названных в честь американского физика Джозефа Генри (1797-1878). Один генри — это величина индуктивности, необходимая для создания ЭДС в 1 вольт в проводнике, когда ток в проводнике изменяется со скоростью 1 ампер в секунду. Генри — довольно крупная единица измерения для использования в электронике, чаще всего используются миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн). Эти единицы описывают одну тысячную и одну миллионную генри соответственно.

Несмотря на то, что генри обозначается символом (заглавной) H, имя генри применяется к единице индуктивности с использованием строчной буквы h. Форма множественного числа генри может быть генри или генри; Американский национальный институт стандартов и технологий рекомендует в публикациях США использовать генри.

Факторы, влияющие на индуктивность.

Величина индуктивности в катушке индуктивности зависит от:

  • а. Количество витков провода в индукторе.
  • г.Материал сердечника.
  • г. Форма и размер сердечника.
  • г. Форма, размер и расположение проволоки, составляющей катушки.

Поскольку индуктивность (в генри) зависит от множества переменных величин, ее довольно сложно вычислить точно; были разработаны многочисленные формулы, учитывающие различные особенности конструкции. Также в этих формулах часто необходимо использовать специальные константы и таблицы данных преобразования для работы с требуемой степенью точности.Использование компьютерных программ и систем автоматизированного проектирования несколько облегчило ситуацию. Однако внешние эффекты, вызванные другими компонентами и проводкой рядом с индуктором, также могут повлиять на его значение индуктивности после его сборки в цепь, поэтому, когда требуется точное значение индуктивности, одним из подходов является расчет приблизительного значения и разработка индуктор так, чтобы он был регулируемым.

Типичная формула для аппроксимации значения индуктивности катушки индуктивности приведена ниже.Эта конкретная версия предназначена для расчета индуктивности «соленоида, намотанного одним слоем витков бесконечно тонкой ленты, а не провода, и с равномерно и близко расположенными витками».

Рис. 3.2.1 Миниатюрный индуктор переменного тока.

Где:

  • L — индуктивность в генри.
  • d — диаметр рулона в метрах.
  • n — количество витков в катушке.
  • l — длина змеевика в метрах.

Для катушек, не соответствующих в точности указанным выше спецификациям, необходимо учитывать дополнительные факторы. На рис. 3.2.1 показан один из способов получения достаточно точной индуктивности, используемый в некоторых ВЧ и ВЧ схемах. Миниатюрная катушка индуктивности намотана на пластмассовый каркас, в который достаточно ввинчен ферритовый сердечник (железная пыль), чтобы обеспечить сердечник, обеспечивающий нужную индуктивность.

Напряжение и э.д.с.

Напряжение , индуцированное в проводнике, называется e.м.ф. (электродвижущая сила), поскольку ее источником является изменяющееся магнитное поле вокруг проводника и вне его. Любое внешнее напряжение (в том числе создаваемое внешней батареей или источником питания) называется э.д.с., в то время как напряжение (разность потенциалов или п.о.) на внутреннем компоненте в цепи называется напряжением.

Задний э.д.с.

Обратная ЭДС (также называемая противоэдс) — это ЭДС, создаваемая на индукторе изменяющимся магнитным потоком вокруг проводника, вызванная изменением тока в индукторе.Его значение можно рассчитать по формуле:

Где:

  • E — наведенная обратная ЭДС. в вольтах
  • L — индуктивность катушки в генри.
  • ΔI — изменение силы тока в амперах.
  • Δt — время изменения тока в секундах.

Примечания:

Δ (греч. D — дельта) обозначает различие или изменение свойства.

Таким образом, формула описывает обратную ЭДС как зависимость от индуктивности (в генри), умноженную на скорость изменения тока (в амперах в секунду).

Знак минус перед L указывает, что полярность наведенной обратной ЭДС будет обратной по сравнению с изменяющимся напряжением на проводнике, которое первоначально вызвало изменение тока и, как следствие, изменение магнитного поля.

Помните, что при работе с практическими значениями милли или микрогенри все значения, используемые в формуле, должны быть преобразованы в стандартные значения генри-ампер и секунд, как описано в нашем буклете «Советы по математике».

Пример

Поскольку значение обратной ЭДС зависит от скорости изменения тока, оно будет наибольшим, когда произойдет самое быстрое изменение.Например, скорость изменения чрезвычайно высока, когда ток через катушку индуктивности отключается; тогда изменение может быть от максимума до нуля всего за несколько миллисекунд.

Представьте, что катушка индуктивности 200 мГн, подключенная к источнику питания 9 В, пропускает ток в 2 ампера. Когда ток отключается, он падает до нуля через 10 мсек. Какой будет обратная ЭДС, генерируемая на катушке?

E = 200 мГн x 2 А / 10 мс

или

E = 200 x 10 -3 x 2/10 x 10 -3

= 40 вольт

Значит, обратная ЭДС, возникающая при выключении, более чем в 4 раза превышает напряжение питания!

Эти высоковольтные импульсы, возникающие при отключении индуктивного компонента, такого как двигатель или катушка реле, могут потенциально вызвать повреждение выходного транзистора или интегральной схемы, переключающей устройство.Поэтому существенная защита обеспечивается включением диода в выходной каскад, как показано на рис. 3.2.2 и 3.2.3

Задняя защита от ЭДС

Рис. 3.2.2 Задний Э.д.с. Защитный диод.

Защитный диод на рис. 3.2.2, подключенный к катушке индуктивности, обычно имеет обратное смещение, поскольку напряжение на его катоде, подключенном к шине питания + V, будет более положительным, чем на его аноде на коллекторе транзистора. Однако при выключении на индукторе появляется большой всплеск напряжения противоположной полярности из-за схлопывающегося магнитного поля.Во время этого скачка напряжения коллектор транзистора может находиться под более высоким потенциалом, чем питание, за исключением того, что если это произойдет, диод станет смещенным в прямом направлении и предотвратит повышение напряжения коллектора выше, чем на шине питания.

Рис. 3.2.3 Защитные диоды в ULN2803.

На рис. 3.2.3 показан популярный I.C. (ULN2803) для переключения индуктивных нагрузок. Выходы восьми инвертирующих усилителей защищены диодом, общие катоды которого подключены к положительной шине питания + V на выводе 10.

Самоиндукция

Принцип работы самоиндукции зависит от двух взаимосвязанных действий, происходящих одновременно, и от каждого из этих действий в зависимости от другого.

Действие 1.

Любой проводник, в котором изменяется ток, создает вокруг себя изменяющееся магнитное поле.

Действие 2.

Любой проводник в ИЗМЕНЯЕМОМ магнитном поле будет иметь изменяющуюся ЭДС, наведенную в него.Величина этой наведенной ЭДС и величина индуцированного тока, который она производит в проводнике, будут зависеть от скорости изменения магнитного поля; чем быстрее изменяется поток поля, тем больше будет наведенная ЭДС. и его последующий ток.

Эффект индуктора, индуцирующего в себе ЭДС, называется самоиндукцией (но часто его называют просто индукцией). Когда катушка индуктивности наводит ЭДС в отдельную соседнюю катушку индуктивности, это называется взаимной индукцией и является свойством, используемым трансформаторами.

Изменяющееся магнитное поле, создаваемое вокруг проводника изменяющимся током в проводнике, вызывает изменение ЭДС в этом проводнике. Эта изменяющаяся ЭДС, в свою очередь, вызывает переменный ток, текущий в направлении, противоположном исходному току. Таким образом, изменения этого тока противодействуют изменениям исходного тока.

Следовательно, действие Действия 2 ограничивает изменения, происходящие из-за Действия 1. Если исходный ток увеличивается, индуцированный ток замедляет скорость увеличения.Точно так же, если исходный ток уменьшается, индуцированный ток замедляет скорость уменьшения. Общий результат этого — уменьшение амплитуды переменного тока через катушку индуктивности и, таким образом, уменьшение амплитуды переменного напряжения на катушке индуктивности.

Поскольку сила магнитного поля, создаваемого исходным током, зависит от скорости (скорости) изменения тока, индуктор уменьшает поток переменного тока (AC) больше на высоких частотах, чем на низких.Этот ограничивающий эффект, создаваемый наведенной ЭДС, будет больше на более высоких частотах, потому что на высоких частотах ток и, следовательно, поток изменяются быстрее. Этот эффект получил название «Индуктивное реактивное сопротивление».

Индуктивное реактивное сопротивление.

Реактивность создает сопротивление потоку переменного тока. Как и сопротивление, оно измеряется в Ом, но поскольку сопротивление имеет одинаковое значение на любой частоте, а сопротивление переменному току в индукторах зависит от частоты, его нельзя назвать сопротивлением.Вместо этого он называется Reactance (X). Конденсаторы также обладают свойством реактивного сопротивления, но они по-разному реагируют на частоту, поэтому существует два типа реактивного сопротивления; индукторы имеют индуктивное реактивное сопротивление (X L ), а конденсаторы — емкостное реактивное сопротивление (X C ).

.
Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о