Was ist Selbstinduktion - einfache Worte
Definition
Selbstinduktion ist das Auftreten einer elektromotorischen Kraft (EMF) im Leiter, die in Bezug auf die Spannung der Stromquelle in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist, wenn Strom fließt. Darüber hinaus tritt es in dem Moment auf, in dem sich die Stromstärke in der Schaltung ändert. Ein sich ändernder elektrischer Strom erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld, das wiederum eine EMF im Leiter induziert.
Dies ähnelt der Formulierung des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion von Faraday, wo es heißt:
Wenn ein magnetischer Fluss durch einen Leiter fließt, erscheint in diesem eine EMK. Sie ist proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses (mat. Zeitableitung).
Also:
E = dF / dt,
Wobei E die EMF der Selbstinduktion ist, gemessen in Volt, F der magnetische Fluss ist, die Maßeinheit Wb ist (weber, sie ist auch gleich V / s)
Induktivität
Wir haben bereits gesagt, dass Selbstinduktion induktiven Schaltkreisen inhärent ist, daher betrachten wir das Phänomen der Selbstinduktion am Beispiel eines Induktors.
Ein Induktor ist ein Element, das eine Spule eines isolierten Leiters ist. Um die Induktivität zu erhöhen, wird die Anzahl der Windungen erhöht oder ein Kern aus weichmagnetischem oder anderem Material wird in die Spule eingebracht.
Die Induktivitätseinheit ist Henry (GN). Die Induktivität kennzeichnet, wie stark der Leiter elektrischem Strom entgegenwirkt. Da um jeden Leiter, durch den Strom fließt, ein Magnetfeld gebildet wird und Sie den Leiter in ein Wechselfeld bringen, erscheint darin ein Strom. Die Magnetfelder jeder Spulenumdrehung addieren sich wiederum. Dann erscheint ein starkes Magnetfeld um die Spule, durch die der Strom fließt. Wenn sich die Stärke der Spule ändert, ändert sich auch der Magnetfluss um sie herum.
Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion von Faraday tritt, wenn ein alternierender magnetischer Fluss die Spule durchdringt, ein Strom und eine selbstinduktive EMF in ihr auf. Sie behindern den in der Induktivität fließenden Strom von der Stromquelle zur Last. Sie werden auch als Extra-Ströme der EMF-Selbstinduktion bezeichnet.
Die Formel für die Selbstinduktions-EMK auf der Induktivität lautet:
Das heißt, je größer die Induktivität ist und je mehr und schneller sich der Strom ändert, desto stärker ist der Anstieg der EMK.
Mit zunehmendem Strom in der Spule tritt eine EMK der Selbstinduktion auf, die gegen die Spannung der Stromquelle gerichtet ist. Der Anstieg des Stroms verlangsamt sich.Das gleiche passiert beim Verringern - die Selbstinduktion führt zum Auftreten einer EMF, die den Strom in der Spule in der gleichen Richtung wie zuvor hält. Daraus folgt, dass die Spannung an den Anschlüssen der Spule der Polarität der Stromquelle entgegengesetzt ist.
In der folgenden Abbildung sehen Sie, dass beim Ein- und Ausschalten des Induktionskreises der Strom nicht scharf erscheint, sondern sich allmählich ändert. Dies wird auch durch die Schaltgesetze angezeigt.
Eine andere Definition der Induktivität lautet wie folgt: Der magnetische Fluss ist proportional zum Strom, aber in seiner Formel wirkt die Induktivität als Proportionalitätskoeffizient.
F = L * I.
Transformator und gegenseitige Induktion
Wenn Sie beispielsweise zwei Spulen in unmittelbarer Nähe auf demselben Kern platzieren, wird das Phänomen der gegenseitigen Induktion beobachtet. Lassen Sie uns den Wechselstrom im ersten überspringen, dann durchdringt sein Wechselstrom die Windungen des zweiten und EMF erscheint an seinen Anschlüssen.
Diese EMK hängt von der Länge des Drahtes bzw. der Anzahl der Windungen sowie von der Größe der magnetischen Permeabilität des Mediums ab. Wenn sie einfach nebeneinander platziert werden, ist die EMF niedrig, und wenn Sie einen Kern aus magnetisch weichem Stahl nehmen, ist die EMF viel größer. Eigentlich ist der Transformator so angeordnet.
Interessant: Diese gegenseitige Beeinflussung der Spulen wird als induktive Kopplung bezeichnet.
Nutzen und Schaden
Wenn Sie den theoretischen Teil verstehen, sollten Sie sich überlegen, wo das Phänomen der Selbstinduktion in der Praxis angewendet wird. Betrachten Sie die Beispiele dessen, was wir im Alltag und in der Technologie sehen. Eine der nützlichsten Anwendungen ist ein Transformator, wir haben bereits das Prinzip seiner Funktionsweise berücksichtigt. Jetzt wurden in Leuchten immer seltener, aber früher täglich Leuchtstoffröhren verwendet. Das Prinzip ihrer Arbeit basiert auf dem Phänomen der Selbstinduktion. Sie können ihre Diagramme unten sehen.
Nach dem Anlegen der Spannung fließt der Strom durch den Stromkreis: Phase - Induktor - Spirale - Starter - Spirale - Null.
Oder umgekehrt (Phase und Null). Nachdem der Starter aktiviert wurde, öffnen sich seine Kontakte drosseln (eine Spule mit großer Induktivität) versucht, den Strom in der gleichen Richtung zu halten, induziert eine Selbstinduktions-EMK großer Größe und die Lampen werden gezündet.
In ähnlicher Weise gilt dieses Phänomen für den Zündkreis eines Autos oder Motorrads, das mit Benzin betrieben wird. In ihnen ist ein mechanischer (Unterbrecher) oder Halbleiterschalter (Transistor im Computer) in der Lücke zwischen der Induktivität und dem Minus (Masse) installiert. Dieser Schlüssel unterbricht in dem Moment, in dem sich ein Funke im Zylinder bilden sollte, um den Kraftstoff zu zünden, den Stromversorgungskreis der Spule. Dann bewirkt die im Kern der Spule gespeicherte Energie eine Erhöhung der EMK der Selbstinduktion und die Spannung an der Elektrode der Kerze steigt an, bis ein Zusammenbruch der Funkenstrecke auftritt oder bis die Spule ausbrennt.
Bei Netzteilen und Audiogeräten ist es häufig erforderlich, übermäßige Welligkeit, Rauschen oder Frequenz aus dem Signal zu entfernen. Hierzu werden Filter unterschiedlicher Konfiguration verwendet. Eine Option sind LC- und LR-Filter. Aufgrund des Hindernisses für das Wachstum des Stroms bzw. des Widerstands des Wechselstroms ist es möglich, die Ziele zu erreichen.
Selbstinduktive EMF sind schädlich für die Kontakte von Schaltern, Leistungsschaltern, Steckdosen, Maschinen und anderen Dingen. Möglicherweise haben Sie bemerkt, dass beim Herausziehen des Steckers eines funktionierenden Staubsaugers aus der Steckdose sehr oft ein Blitz im Inneren auffällt. Dies ist der Widerstand gegen eine Änderung des Stroms in der Spule (in diesem Fall Motorwicklung).
Bei Halbleiterschaltern ist die Situation kritischer - selbst eine kleine Induktivität in der Schaltung kann zu deren Ausfall führen, wenn die Spitzenwerte von Uke oder Usi erreicht werden. Zum Schutz sind Dämpfungsschaltungen installiert, auf denen die Energie induktiver Bursts abgeführt wird.
Fazit
Zusammenfassen. Die Bedingungen für das Auftreten einer EMF-Selbstinduktion sind: das Vorhandensein einer Induktivität im Stromkreis und die Änderung des Stroms in der Last. Dies kann sowohl im Betrieb, beim Moduswechsel oder bei störenden Einflüssen als auch beim Schalten von Geräten auftreten.Dieses Phänomen kann die Kontakte von Relais und Startern beschädigen, wie es dazu führt Lichtbogen beim Öffnen von Induktionskreisen, zum Beispiel Elektromotoren. Um die negativen Auswirkungen zu verringern, sind die meisten Schaltgeräte mit Lichtbogenkammern ausgestattet.
Für nützliche Zwecke wird das EMF-Phänomen ziemlich häufig verwendet, von einem Filter zur Glättung von Stromwelligkeiten und einem Frequenzfilter in Audiogeräten bis zu Transformatoren und Hochspannungszündspulen in Autos.
Abschließend empfehlen wir, ein nützliches Video zum Thema anzusehen, in dem das Phänomen der Selbstinduktion kurz und ausführlich erörtert wird:
Wir hoffen, dass Ihnen jetzt klar geworden ist, was Selbstinduktion ist, wie sie sich manifestiert und wo sie eingesetzt werden kann. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!
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