kategorier: Utvalda artiklar » Nybörjare elektriker
Antal visningar: 40673
Kommentarer till artikeln: 0

Induktorer och magnetfält. Del 2. Elektromagnetisk induktion och induktans

 

Den första delen av artikeln: Induktorer och magnetfält


Förhållandet mellan elektriska och magnetiska fält

Elektromagnetisk induktion och induktansElektriska och magnetiska fenomen har studerats under lång tid, men det fanns aldrig någon att på något sätt relatera dessa studier till varandra. Och först 1820 upptäcktes att en nuvarande ledare verkar på kompassnålen. Upptäckten tillhörde den danska fysikern Hans Christian Oersted. Därefter namnges enheten för mätning av magnetfältstyrkan i GHS-systemet efter honom: den ryska beteckningen E (Oersted), den engelska beteckningen Oe. Magnetfältet har en sådan intensitet i ett vakuum under induktion av 1 Gauss.

Denna upptäckt antydde att ett magnetfält kunde erhållas från en elektrisk ström. Men samtidigt uppstod tankar om den omvända omvandlingen, nämligen hur man får en elektrisk ström från ett magnetfält. Faktum är att många processer i naturen är reversibla: is erhålls från vatten, som återigen kan smälta i vatten.

Efter upptäckten av Oersted tog studien av denna nu uppenbara fysiklag så mycket som tjugotvå år. Den engelska forskaren Michael Faraday var engagerad i att få elektricitet från ett magnetfält. Ledare och magneter i olika former och storlekar gjordes och alternativ för deras ömsesidiga arrangemang sökades. Och endast, uppenbarligen, av en slump, upptäckte forskaren att för att få EMF i ledarnas ändar behövs ytterligare ett term - magnetens rörelse, d.v.s. magnetfältet måste vara variabelt.

Nu överraskar det ingen. Så här fungerar alla elektriska generatorer - medan den roteras med något genereras el, en glödlampa lyser. Stoppade, slutade vända, och ljuset slocknade.


Elektromagnetisk induktion

Således uppstår EMF vid ledarnas ändar endast om den förflyttas på ett visst sätt i ett magnetfält. Eller mer precist, magnetfältet måste nödvändigtvis förändras, vara variabelt. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion, i rysk elektromagnetisk vägledning: i detta fall säger de att EMF induceras i ledaren. Om en last är ansluten till en sådan EMF-källa, kommer en ström att flyta i kretsen.

Storleken på den inducerade EMF beror på flera faktorer: ledarens längd, induktionen av magnetfältet B och till stor del på ledarens rörelseshastighet i magnetfältet. Ju snabbare generatorrotorn roteras, desto högre är spänningen vid dess utgång.

Obs: elektromagnetisk induktion (fenomenet med att en EMF uppträder vid ändarna av en ledare i ett växlande magnetfält) bör inte förväxlas med magnetisk induktion - en fysisk mängd av vektorn som kännetecknar det faktiska magnetfältet.


Tre sätt att få EMF


induktion

Denna metod har beaktats. i den första delen av artikeln. Det räcker att flytta ledaren i magnetfältet för permanentmagneten, eller tvärtom att flytta (nästan alltid genom rotation) magneten nära ledaren. Båda alternativen kommer definitivt att låta dig få ett växlande magnetfält. I detta fall kallas metoden för att erhålla EMF induktion. Det är induktion som används för att erhålla EMF i olika generatorer. I experimenten med Faraday 1831 rörde magneten successivt in i trådspolen.


Ömsesidig induktion

Detta namn antyder att två ledare deltar i detta fenomen. I en av dem flyter en varierande ström, vilket skapar ett växlande magnetfält runt det. Om det finns en annan ledare i närheten, finns det en variabel EMF i dess ändar.

Denna metod för att erhålla EMF kallas ömsesidig induktion.Det är på principen om ömsesidig induktion som alla transformatorer arbetar, endast deras ledare är gjorda i form av spolar och kärnor tillverkade av ferromagnetiska material används för att förbättra magnetisk induktion.

Om strömmen i den första ledaren stoppar (öppen krets), eller till och med blir mycket stark, men konstant (det finns inga förändringar), kan vid EM-ändarna av den andra ledaren ingen EMF erhållas. Det är därför transformatorer endast arbetar med växelström: om ett galvaniskt batteri är anslutet till primärlindningen, kommer det definitivt inte att finnas någon spänning vid utgången från sekundärlindningen.

EMF i sekundärlindningen induceras endast när magnetfältet ändras. Dessutom, ju starkare förändringshastighet, nämligen hastigheten och inte det absoluta värdet, desto större är den inducerade EMF.

Tre sätt att få EMF

Självinduktion

Om du tar bort den andra ledaren kommer magnetfältet i den första ledaren att genomsyra inte bara det omgivande utrymmet utan också själva ledaren. Således, under påverkan av sitt fält i ledarinducerad EMF, som kallas EMF för självinduktion.

Fenomenen med självinduktion 1833 studerades av den ryska forskaren Lenz. Baserat på dessa experiment hittades ett intressant mönster: EMF för självinduktion motverkar alltid, kompenserar för det yttre växlande magnetfältet som orsakar denna EMF. Detta beroende kallas Lenz-regeln (att inte förväxla med Joule-Lenz-lagen).

Minustecknet i formeln talar bara för att motverka EMF för självinduktion genom dess orsaker. Om spolen är ansluten till en likströmskälla kommer strömmen att öka ganska långsamt. Detta är mycket märkbart när transformatorns primära lindning är "uppringd" med en pekare ohmmeter: pilens hastighet i riktning mot noll skalavdelning är märkbart lägre än vid kontroll av motstånd.

När spolen är frånkopplad från den aktuella källan, orsakar den självinducerande EMF reläkontakterna. I fallet när spolen styrs av en transistor, till exempel en reläspole, placeras en diod parallellt med den i motsatt riktning med avseende på kraftkällan. Detta görs för att skydda halvledarelementen från påverkan av EMF-självinduktion, som kan vara tiotals eller till och med hundratals gånger högre än spänningen i kraftkällan.

För att genomföra experiment konstruerade Lenz en intressant anordning. Två aluminiumringar är fixerade vid ändarna av aluminium vipparmen. Den ena ringen är solid och den andra klipptes. Vippan roterar fritt på nålen.

camoinduktsiya

När en permanentmagnet infördes i en solid ring "rymde" den från magneten, och när magneten togs bort sökte den efter den. Samma åtgärder med den klippta ringen orsakade inga rörelser. Detta beror på det faktum att i en kontinuerlig ring under påverkan av ett växlande magnetfält uppstår en ström som skapar ett magnetfält. Men i den öppna ringen finns det ingen ström, därför finns det inte heller något magnetfält.

En viktig detalj i detta experiment är att om en magnet sätts in i ringen och förblir stationär, så observeras ingen reaktion av aluminiumringen på magneten. Detta bekräftar återigen att induktions-EMF endast sker vid en förändring av magnetfältet, och EMF: s storlek beror på förändringshastigheten. I detta fall helt enkelt från magnetens rörelseshastighet.

Detsamma kan sägas om ömsesidig induktion och självinduktion, endast en förändring av magnetfältstyrkan, mer exakt beror dess förändringshastighet på hastigheten för strömförändring. För att illustrera detta fenomen kan vi ge ett exempel.

Låt stora strömmar passera genom två tillräckligt stora identiska spolar: genom den första spolen 10A och genom den andra så många som 1000, med strömmarna som ökar linjärt i båda spolarna. Anta att på en sekund förändrades strömmen i den första spolen från 10 till 15A, och i den andra från 1000 till 1001A, vilket orsakade uppkomsten av självinducerande EMF i båda spolarna.

Men trots ett så stort värde på strömmen i den andra spolen, kommer den självinducerande EMF att vara större i den första, eftersom där är den nuvarande förändringsgraden 5A / s, och i den andra är den bara 1A / s. När allt kommer omkring, EMF för självinduktion beror på ökningstakten i ström (läs magnetfältet) och inte av dess absoluta värde.


induktans

Spolens magnetiska egenskaper med ström beror på antalet varv, geometriska dimensioner. En betydande ökning av magnetfältet kan uppnås genom att införa en ferromagnetisk kärna i spolen. Spolens magnetiska egenskaper kan bedömas med tillräcklig noggrannhet utifrån storleken på emk för induktion, ömsesidig induktion eller självinduktion. Alla dessa fenomen beaktades ovan.

Det som kännetecknar spolen, som talar om detta, kallas induktivitetskoefficient (självinduktion) eller helt enkelt induktans. I formler betecknas induktansen med bokstaven L, och i diagrammen anger samma bokstav induktansspolarna.

Enhet induktans är Henry (GN). Induktans 1H har en spole i vilken, när strömmen ändras med 1A per sekund, en EMF på 1V genereras. Detta värde är ganska stort: ​​nätverkslindningar av tillräckligt kraftfulla transformatorer har en induktans av en eller flera GN.

Därför använder de ganska ofta värden av en mindre ordning, nämligen milli och mikro-henry (mH och μH). Sådana spolar används i elektroniska kretsar. En av applikationerna för spolarna är svängningskretsar i radioenheter.

Spolar används också som kvävningar, vars huvudsakliga syfte är att hoppa över likström utan förlust samtidigt som växelströmmen försvagas (filter i strömförsörjning). Generellt, ju högre driftsfrekvens, desto mindre induktansspolar krävs.


induktiv reaktans

Om du tar en tillräckligt kraftfull nätverkstransformator och mät med en multimeter motståndet hos den primära lindningen, visar det sig att det bara är några få ohm och till och med nära noll. Det visar sig att strömmen genom en sådan lindning kommer att vara mycket stor och till och med tenderar till oändlighet. En kortslutning verkar vara oundviklig! Så varför är han inte det?

En av huvudegenskaperna hos induktorer är induktiv resistans, vilket beror på induktansen och på frekvensen för växelströmmen som matas till spolen.

Det är lätt att se att med en ökning av frekvensen och induktansen ökar det induktiva motståndet och i likström blir det i allmänhet lika med noll. Därför mäts endast trådens aktiva motstånd vid uppmätning av spolarnas motstånd.

Induktörernas utformning är mycket olika och beror på frekvenserna vid vilken spolen fungerar. Till exempel, för arbete inom decimeterområdet för radiovågor, används spolar tillverkade med tryckta kablar ganska ofta. Vid massproduktion är denna metod mycket bekväm.

Spolens induktans beror på dess geometriska dimensioner, kärna, antalet lager och form. För närvarande produceras ett tillräckligt antal standardinduktorer, liknande konventionella terminalmotstånd. Sådana spolar är märkta med färgade ringar. Det finns också ytmonteringsspolar som används som kvävningar. Induktansen hos sådana spolar är flera milligener.

Se även på elektrohomepro.com:

  • Hur man upptäcker stängda öglor
  • Induktorer och magnetfält
  • Hur spänning konverteras till ström
  • Hur man gör en elektromagnet hemma
  • Jordens magnetfält

  •