Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

  • Определение
  • Индуктивность
  • Трансформатор и индукция
  • Польза и вред
  • Предложение

Определение

Самоиндукция — это появление электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике, противоположной напряжению питания при протекании тока. Появляется при изменении тока в цепи. Изменяющийся электрический ток создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит ЭДС в проводнике.

Это похоже на формулировку закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит:

Когда магнитный поток проходит по проводнику, в нем образуется ЭДС. Он пропорционален скорости изменения магнитного потока (производная мат. По времени).

E = dF / dt,

Где E — ЭДС самоиндукции, измеренная в вольтах, F — магнитный поток, единица измерения — Vb (Weber, aka V / s).

Индуктивность

Мы уже говорили, что самоиндукция присуща индукционным цепям, поэтому давайте рассмотрим явление самоиндукции на примере индуктора.

Индуктор — это элемент, представляющий собой катушку из изолированного проводника. Для увеличения индуктивности количество витков увеличивается или внутри катушки помещается сердечник из мягкого или другого магнитного материала.

Единица измерения индуктивности — Генри (Гн). Индуктивность описывает, насколько проводнику противостоит электрический ток. Поскольку магнитное поле создается вокруг каждого проводника, по которому проходит ток, и если проводник находится в переменном поле, в нем будет генерироваться ток. В свою очередь, магнитные поля каждого витка катушки складываются. Тогда вокруг катушки с током будет возникать сильное магнитное поле. По мере изменения его интенсивности в катушке изменяется и магнитный поток вокруг нее.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, если переменный магнитный поток проходит через катушку, в катушке будут генерироваться ток и ЭДС самоиндукции. Они будут мешать току, протекающему через индуктивность от источника питания к нагрузке. Их еще называют экстратоксами ЭДС самоиндукции.

Формула для ЭДС самоиндукции для индуктивности выглядит следующим образом:

Это означает, что чем больше индуктивность и чем больше и быстрее изменяется ток, тем больше будет скачок ЭДС.

По мере увеличения тока в катушке создается самоиндуктивная ЭДС, направленная против напряжения источника питания, поэтому увеличение тока будет замедлено. То же самое происходит, когда ток уменьшается — самоиндукция создает ЭДС, которая будет поддерживать ток в катушке в том же направлении, что и раньше. Отсюда следует, что напряжение на проводах катушки будет противоположным полярности питания.

Из рисунка ниже видно, что при включении / выключении индукционной цепи ток не увеличивается быстро, а постепенно изменяется. О том же говорят и законы коммутации.

Другое определение индуктивности состоит в том, что магнитный поток пропорционален силе тока, но в его формуле индуктивность действует как коэффициент пропорциональности.

F = L * I

Трансформатор и взаимоиндукция

Если мы поместим две катушки в непосредственной близости, например, на один сердечник, мы увидим явление взаимной индукции. Пусть через первую катушку протекает переменный ток, тогда его переменный ток пройдет по виткам второй катушки и на ее выводах появится ЭДС.

Эта ЭДС будет зависеть от длины провода, количества витков, соответственно, а также величины магнитной проницаемости среды. Если их разместить рядом друг с другом, ЭДС будет низкой, а если взять сердечник из мягкой магнитной стали, ЭДС будет намного выше. По сути, так устроен трансформатор.

Интересный факт: такое взаимодействие катушек друг с другом называется индуктивной связью.

Польза и вред

Если разбираться в теоретической части, стоит задуматься, где явление самоиндукции применимо на практике. Давайте посмотрим на примеры того, что мы видим в повседневной жизни и в технологиях. Одно из самых полезных приложений — трансформатор, принцип работы которого мы уже рассмотрели. В настоящее время их становится все реже, но раньше люминесцентные лампы в осветительных приборахиспользовались ежедневно. Принцип их действия основан на явлении самоиндукции. Его схему можно увидеть ниже.

После подачи напряжения ток течет по цепи: фаза — дроссель — катушка — стартер — катушка — нейтраль.

Или наоборот (фаза и ноль). Когда стартер приводится в действие, его контакты размыкаются, затем дроссель (катушка высокой индуктивности) пытается удержать ток в том же направлении, индуцирует ЭДС самоиндукции высокого значения, и лампы загораются.

Аналогичным образом это явление происходит в цепи зажигания автомобиля или мотоцикла с бензиновым двигателем. В них механический (прерыватель) или полупроводниковый ключ (транзистор в ЭБУ) устанавливается в зазор между индуктором и минусом (массой). Этот переключатель прерывает цепь питания катушки, когда в цилиндре должна образоваться искра, чтобы зажечь топливо. Энергия, накопленная в сердечнике катушки, вызывает повышение ЭДС, а напряжение на электроде свечи зажигания увеличивается до тех пор, пока не выйдет из строя магнито или катушка не сгорит.

В источниках питания и аудиоустройствах часто бывает необходимо удалить из сигнала ненужные колебания, шум или частоту. Для этого используются фильтры различной конфигурации. Один из вариантов — фильтры LC, LR. Предотвращая увеличение переменного тока и сопротивления соответственно, можно достичь поставленных целей.

Самоиндуктивная ЭДС вызывает повреждение контактов выключателей, выключателей, розеток, автоматических выключателей и др. Возможно, вы заметили, что когда вы выдергиваете вилку исправного пылесоса из розетки, вы часто можете увидеть в нем вспышку. Это изменение сопротивления току в катушке (в данном случае обмотки двигателя).

В случае с полупроводниковыми переключателями дело более критично — даже небольшая индуктивность в цепи может вывести их из строя при достижении пиков Uce или Uci. Для их защиты следует устанавливать демпфирующие цепи, на которых рассеивается энергия индукционных взрывов.

Заключение

Подведем итоги. Самоиндуктивная ЭДС обусловлена ​​наличием индуктивности в цепи и изменением тока в нагрузке. Это может произойти во время работы, смены режима или сбоев, а также при переключении устройств. Это явление может быть вредным для контактов реле и пускателей, поскольку оно приводит к образованию электрической дуги, когда индуктивные цепи, например, в двигателях, разомкнуты. Чтобы уменьшить негативный эффект, большинство распределительных щитов оснащено дугогасительными камерами.

Явление ЭДС довольно часто используется в коммунальных целях, начиная от сглаживания пульсаций и частотных фильтров в звуковом оборудовании до трансформаторов и катушек зажигания высокого напряжения в автомобилях.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть это удобное видео по теме, в котором кратко и подробно обсуждается феномен самоиндукции:

Мы надеемся, что теперь вы лучше понимаете, что такое автоиндукция, как она проявляется и где ее можно использовать. Если у вас остались вопросы, смело задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме: