kölcsönös induktivitás és Öninduktivitás / képlet & példa

szeretne létrehozni a webhelyet? Keressen ingyenes WordPress témákat és bővítményeket.

elektromágneses indukció akkor következik be, amikor egy mágneses fluxus mozgásban van egyetlen vezetőhöz vagy tekercshez képest, emf-et indukál a vezetőben vagy tekercsben. Mivel a tekercsen keresztüli áram növekedése vagy csökkenése változó fluxust generál, az emf-et a tekercsben a saját áramváltozása indukálja. Ugyanez a hatás indukálhat egy EMF-et egy szomszédos tekercsben. Az egyes esetekben indukált emf szintje a tekercs öninduktivitásától vagy a két tekercs közötti kölcsönös induktivitástól függ. Az indukált emf polaritása minden esetben olyan, hogy ellenzi az eredeti változást, amely az emf-et indukálta.

az Induktoroknak vagy fojtóknak nevezett alkatrészek úgy vannak kialakítva, hogy meghatározott induktivitási értékekkel rendelkezzenek. Az induktorok sorozatban vagy párhuzamosan működtethetők. Még a legrövidebb vezetőknek is van induktivitása. Ez általában nem kívánt mennyiség, amelyet kóbor induktivitásnak neveznek.

tekercs és vezeték induktivitása

kimutatták, hogy egy mágneses mezőn mozgó vezetőben EMF indukálódik, és hogy a tekercsben lévő áram növekedése emf-et indukálhat egy másik mágnesesen kapcsolt tekercsben. Az is lehetséges, hogy egy tekercs önmagában feszültséget indukáljon, amikor az aktuális szintje megváltozik. Ezt a jelenséget öninduktivitásnak nevezik, és az elvet az 1.ábra szemlélteti.

1.ábra áramhordozó tekercs

ábra.1: Az áramhordozó tekercs és annak keresztmetszeti területe

a tekercs fordulatai körül kifelé növekvő mágneses fluxus levágja (vagy átkeféli) a másik tekercset, és emf-et indukál a tekercsben

a tekercset és annak keresztmetszeti területét az 1.ábra mutatja, nyílfarkokkal és pontokkal, amelyek jelzik az egyes fordulatok aktuális irányait. A tekercs minden fordulata körül fluxus van, amelyet a tekercsen átfolyó áram hoz létre. A kényelem érdekében azonban az ábra a fluxus növekedését mutatja a tekercs egyetlen fordulata körül. Látható, hogy az áram növekedésével a fluxus kifelé tágul, és levágja (vagy átkeféli) a többi fordulatot. Ez azt eredményezi, hogy az áramok indukálódnak a többi fordulóban, és az indukált áramok iránya olyan, hogy olyan fluxust hoznak létre, amely ellenzi az őket indukáló fluxust.

emlékeztetve arra, hogy a tekercsen áthaladó áram hatására a fluxus egyszerre növekszik az összes fordulat körül, látható, hogy minden fordulatból származó fluxus olyan áramot indukál, amely minden második fordulóban ellenzi.

ellentétes fluxusok beállításához a tekercsben lévő indukált áramnak ellentétesnek kell lennie a tekercsen a külső ellátási forrásból áramló árammal. Az indukált áram természetesen egy indukált emf eredménye. Így látható, hogy a tekercs öninduktivitása indukált emf-et állít fel, amely ellenzi a külső emf-et, amely áramot vezet a tekercsen keresztül. Mivel ez az indukált emf ellentétes a tápfeszültséggel, általában counter-emf-nek vagy back-emf-nek nevezik. Az ellen-emf csak akkor fordul elő, ha a tekercsáram növekszik vagy csökken. Amikor az áram elérte az állandó szintet, a fluxus már nem változik, és nem keletkezik ellen-emf.

még egyetlen vezetőnek is van öninduktivitása. A 2. ábra azt mutatja, hogy amikor egy vezetőben áram növekszik, a fluxus kifelé nőhet a vezető közepétől. Ez a fluxus elvágja a vezető más részeit, és ellen-emf-et indukál.

2.ábra vezeték keresztmetszete

ábra.2: vezeték keresztmetszete

a vezetőn belüli áram növekedése EMF-eket indukál a vezető más részeiben.

a 3.ábrán a tekercsben indukált ellen-emf polaritását mutatjuk be egy adott tápfeszültség polaritására. A 3(a) ábrán a kapcsoló zárva van, és az I áram nulláról kezd növekedni. Az ellen-emf (eL) polaritása olyan, hogy ellenzi az I növekedését, így sorozatosan ellentétes a tápfeszültséggel. A kapcsoló kinyitásakor(3.ábra (b)) az áram nullára csökken. De most az El polaritása olyan, hogy ellenzi az I csökkenését. Valójában az eL ívelést okozhat a kapcsolókapcsokon, mivel ez a tekercs induktivitásától függ.

3.ábra EMF polaritás

ábra.3: indukált EMF polaritás

a tekercsben indukált ellen-emf mindig ellenzi az áram növekedését vagy csökkenését.

az induktivitás SI egysége a Henry (H).

egy áramkör induktivitása egy Henry, ha az 1 V-os emf-et az áram 1 A/s sebességgel történő változása indukálja.

így az induktivitás, az indukált feszültség és az áram változásának sebessége közötti kapcsolat:

\

ahol L az induktivitás Henry-ben, eL az indukált ellen-emf voltban, és az áram változásának sebessége A/s. néha negatív előjelet helyeznek eL elé, hogy megmutassák, hogy az indukált emf ellentétes az alkalmazott emf-fel. Amikor eL=1V és =1a / s, L=1H. ha az áramváltozás sebessége 2 A / s és eL=1V, az induktivitás 0,5 H.

egy bizonyos induktivitással rendelkező tekercset általában induktornak vagy fojtónak neveznek. Vegye figyelembe a 3. ábrán látható induktor grafikus szimbólumait.

Öninduktivitási képlet

az induktivitás kifejezése származtatható a tekercs méreteivel és a fordulatok számával.

4.ábra tekercs fordul

ábra.4: fordulatok száma egy tekercsben

a tekercs induktivitása a fordulatok számától, valamint a fluxus és az áram változásától függ.

a (2)egyenletből:

\

az eL helyettesítése az (1) egyenletbe ad

\

vagy

\

is,

\

és

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

ezért

$\phi ={{\mu }_{o}}\times {{\mu }_{o}} r}}\times in\Times \Frac{a} {l}$

mivel I egy maximális áramszint, ez az áram változását is jelenti (i) nullától a maximális szintig. Ezért a fluxus változása

$\Delta\phi ={{\Mu} _ {o}} \ times {{\mu } _ {r}} \ times \ Delta i \ times N \ times \ frac{A}{l}$

a (3) egyenletben a (z)

\

vagy

\

megjegyezzük, hogy az 5. ábrán látható módon az induktivitás arányos a tekercs keresztmetszeti területével és a fordulatok számának négyzetével. Fordítottan arányos a tekercs hosszával is. Ezért a maximális induktivitást egy rövid tekercs segítségével kapjuk meg, amelynek nagy keresztmetszeti területe és nagy számú fordulata van.

5.ábra tekercs méretei

ábra.5: a tekercs méretei

a tekercs induktivitása a méretei és a magáteresztő képessége alapján számítható ki.

a (4) egyenlet lehetővé teszi egy ismert méretű tekercs induktivitásának kiszámítását. Alternatív megoldásként felhasználható annak meghatározására, hogy a tekercsnek milyen méretei vannak egy adott induktivitással. A vasmagos tekercsekre azonban nem olyan könnyen alkalmazható, mert a ferromágneses anyag permeabilitása megváltozik, amikor a fluxus sűrűsége megváltozik. Következésképpen a vasmagos tekercs induktivitása folyamatosan változik, ahogy a tekercsáram növekszik és csökken.

nem induktív tekercs

sok esetben nem induktív tekercsre van szükség; például a precíziós ellenállások általában nem induktívak. Egy ilyen tekercs felépítéséhez a tekercselés két egymás melletti vezetőből áll, amint azt a 6. ábra szemlélteti. Minden tekercsfordulatnak van egy szomszédos fordulata, amely az ellenkező irányba viszi az áramot. A szomszédos fordulatok által generált mágneses mezők kioltják egymást. Ezért nem keletkezik ellen-emf, és a tekercs nem induktív.

6.ábra nem induktív tekercs

ábra.6: nem induktív tekercs

Öninduktivitási példa

a 900 fordulatú mágnesszelep teljes fluxusa 1,33 X 10-7 Wb a légmagján keresztül, amikor a tekercsáram 100 mA. Ha a fluxus 75 ms-ot vesz igénybe, hogy nulláról a maximális szintre növekedjen, számítsa ki a tekercs induktivitását. Ezenkívül határozza meg a tekercsben indukált ellen-emf-et a fluxus növekedése során.

megoldás

$\begin{align} & \Delta \phi =1.33 \ alkalommal {{10}^{-7}} Wb \ \ & \ Delta i=100mA \ \ & \ Delta t=75ms \ \ \ end{align}$

egyenlet (3):

\

az egyenletből (2)

\

kölcsönös induktivitás

amikor az egyik tekercsből származó fluxus egy másik szomszédos (vagy mágnesesen kapcsolt) tekercset vág le, a második tekercsben emf indukálódik. Lenz törvényét követve a második tekercsben indukált emf olyan fluxust hoz létre, amely ellenzi az első tekercs eredeti fluxusát. Így az indukált emf ismét ellen-emf, ebben az esetben az induktív hatást kölcsönös induktivitásnak nevezzük. A 7. ábra a kölcsönös induktivitású tekercsekhez használt grafikus szimbólumokat mutatja, kapcsolt tekercseknek is nevezik.

 7. ábra a légmagos tekercs

ábra 7 b vasmagos tekercs

ábra.7: grafikus szimbólumok levegő – és vasmagos tekercsekhez

mint az öninduktivitás, a kölcsönös induktivitást Henry (H) – ben mérik.

kölcsönös induktivitás képlet

két tekercs kölcsönös induktivitása 1H, ha az egyik tekercsben 1 V emf-et indukálnak az áram 1 A/s sebességgel történő megváltoztatásával a másik tekercsben.

ez a meghatározás az indukált feszültségre és az áram változásának sebességére vonatkozó kölcsönös induktivitást eredményezi:

\

ahol M a kölcsönös induktivitás Henry-ben, eL az EMF a szekunder tekercsben indukált voltban, és az elsődleges tekercsben az áram változásának sebessége A/s-ban.

azt a tekercset, amelyen keresztül egy külső forrásból áram áramlik, elsődlegesnek nevezzük, és azt a tekercset, amelyben EMF indukálódik, másodlagosnak nevezzük.

a szekunder tekercsben indukált emf egyenlete a következőképpen írható:

\

itt a fluxus teljes változása a szekunder tekercseléssel összekapcsolva, ns a szekunder tekercsben lévő fordulatok száma, és a fluxus változásához szükséges idő.

az eL helyettesítése a (6) egyenletből az (5) egyenletbe ad

\

ezért,

\

a 8.ábra(a) szemlélteti azt a tényt, hogy amikor a két tekercset egyetlen ferromágneses magra tekerjük, akkor az elsődleges tekercs által generált fluxus gyakorlatilag a szekunder tekercshez kapcsolódik. Ha azonban a tekercsek légmaggal vannak ellátva, akkor az elsődleges fluxusnak csak egy része kapcsolódhat a másodlagoshoz . Attól függően, hogy az elsődleges fluxus mekkora részét vágja le a szekunder, a tekercseket lazán vagy szorosan összekapcsoltnak lehet besorolni. A szoros kapcsolás biztosításának egyik módját a 8. (c) ábra mutatja, ahol a szekunder tekercs minden fordulata egymás mellett van az elsődleges tekercs egyik fordulatával. Az ilyen módon feltekercselt tekercsekről azt mondják, hogy bifilárisak.

 8. ábra fluxuskötés az elsődleges és másodlagos tekercsben

8. ábra fluxuskötés az elsődleges és másodlagos tekercsben 2

Fig.8: Fluxuskötések primer és szekunder tekercsekben

az elsődleges tekercsből származó fluxus mennyisége, amely egy szekunder tekercshez kapcsolódik, attól függ, hogy a tekercsek milyen szorosan kapcsolódnak egymáshoz. A kapcsolási együttható határozza meg a kapcsolást.

az elsődlegestől a másodlagosig összekötő fluxus mennyiségét szintén a kapcsolási együttható, k. Ha az összes primer fluxus kapcsolódik a szekunder, a kapcsolási együttható 1. Ha az elsődleges fluxusnak csak 50% – A kapcsolódik a szekunder tekercshez, akkor a kapcsolási együttható 0,5. Így,

\

visszatérve a (7) egyenlethez. Ha az elsődleges tekercsben a fluxus teljes változása, akkor a szekunder fluxussal összekapcsolódó fluxus K. Ezért az M egyenlete

\

is, helyettesítve $ \ Delta \ phi ={{\mu } _ {o}} \ times {{\mu } _ {r}} \ times \ Delta i \ times N \ times \ frac{A}{l}$ a (8) egyenletbe ad

\

vagy

\

minden egyes tekercsnek önmagában van egy öninduktivitása, amelyet a (4) egyenletből lehet kiszámítani. Így az elsődleges tekercshez,

${{L}_{1}}=n_{p}^{2}\alkalommal {{\mu }_{o}}\alkalommal {{\mu }_{r}}\alkalommal \frac{a}{l}$

és a másodlagos

${{L}_{2}}=N_{s}^{2}\alkalommal {{\mu }_{o}}\alkalommal {{\mu }_{r}}\Times \Frac{a}{L}$

feltételezve, hogy a két tekercs közös maggal rendelkezik (mágneses vagy nem mágneses, mint a 9.ábrán), az egyetlen különbség az L1 és az L2 kifejezésében a fordulatok száma.

9.ábra két tekercs ugyanazon magon

ábra.9: Két tekercs ugyanazon a magon

ezért,

${{L} _ {1}} \ alkalommal {{L}_{2}} = N_{p}^{2} \ alkalommal n_{p}^{2} \alkalommal {{\balra ({{\mu } _ {o}} \ alkalommal {{\mu } _ {r}} \ alkalommal \ frac{A}{l} \ jobbra)}^{2}}$

vagy

\

a 9-es és a 10-es egyenleteket összehasonlítva látható, hogy,

\

kölcsönös Induktivitási példa

két azonos tekercset tekercselnek egy gyűrű alakú vasmagra, amelynek relatív permeabilitása 500. Minden tekercsnek 100 fordulata van, és a mag méretei: keresztmetszeti terület a=3 cm2 és mágneses úthossz l=20cm. számítsa ki az egyes tekercsek induktivitását és a tekercsek közötti kölcsönös induktivitást.

megoldás

az egyenletből (4):

\

mivel a tekercsek ugyanazon a vasmagon vannak feltekerve, k=1. Egyenlet (11):

$M=k\sqrt{{{L} _ {1}} \ alkalommal {{L} _ {2}}}= \ sqrt{9.42 \ alkalommal 9.42}=9.42 mH$

megtalálta az android apk-t? Megtalálható az új ingyenes Android Játékok és alkalmazások.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.