Αυτοεπαγωγή και αμοιβαία επαγωγή

EMF αυτοεπαγωγής

Ένα μεταβλητό ρεύμα δημιουργεί πάντα μια μεταβλητή μαγνητικό πεδίο, που με τη σειρά του προκαλεί πάντα EMF... Με κάθε αλλαγή ρεύματος στο πηνίο (ή γενικά στο σύρμα), το ίδιο προκαλεί ένα EMF αυτοεπαγωγής.

Όταν ένα emf σε ένα πηνίο επάγεται από μια αλλαγή στη δική του μαγνητική ροή, το μέγεθος αυτού του emf εξαρτάται από τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF της αυτοεπαγωγής.

Το μέγεθος του emf της αυτοεπαγωγής εξαρτάται επίσης από τον αριθμό των στροφών του πηνίου, την πυκνότητα της περιέλιξης τους και το μέγεθος του πηνίου. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του πηνίου, ο αριθμός των στροφών του και η πυκνότητα της περιέλιξης, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF αυτοεπαγωγής. Αυτή η εξάρτηση του EMF της αυτοεπαγωγής από τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος στο πηνίο, τον αριθμό των στροφών και τις διαστάσεις του είναι μεγάλης σημασίας στην ηλεκτρική μηχανική.

Η κατεύθυνση του emf της αυτεπαγωγής καθορίζεται από το νόμο του Lenz. Το EMF αυτοεπαγωγής έχει πάντα μια κατεύθυνση στην οποία αποτρέπει μια αλλαγή στο ρεύμα που το προκάλεσε.

Με άλλα λόγια, η μείωση του ρεύματος στο πηνίο οδηγεί στην εμφάνιση ενός EMF αυτοεπαγωγής που κατευθύνεται προς την κατεύθυνση του ρεύματος, εμποδίζοντας δηλαδή τη μείωσή του. Αντίθετα, καθώς αυξάνεται το ρεύμα στο πηνίο, εμφανίζεται ένα EMF αυτο-επαγωγής, που στρέφεται ενάντια στο ρεύμα, εμποδίζοντας δηλαδή την αύξησή του.

Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι εάν το ρεύμα στο πηνίο δεν αλλάξει, τότε δεν εμφανίζεται EMF αυτοεπαγωγής. Το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής είναι ιδιαίτερα έντονο σε ένα κύκλωμα που περιέχει πηνίο με πυρήνα σιδήρου, καθώς ο σίδηρος αυξάνει σημαντικά τη μαγνητική ροή του πηνίου και, κατά συνέπεια, το μέγεθος του EMF της αυτοεπαγωγής όταν αλλάζει.

Επαγωγή

Έτσι, γνωρίζουμε ότι το μέγεθος του EMF αυτοεπαγωγής στο πηνίο, εκτός από τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος σε αυτό, εξαρτάται επίσης από το μέγεθος του πηνίου και τον αριθμό των στροφών του.

Επομένως, πηνία διαφορετικού σχεδιασμού με τον ίδιο ρυθμό μεταβολής του ρεύματος είναι ικανά να αυτο-επαγωγής emf αυτοεπαγωγής διαφορετικού μεγέθους.

Προκειμένου να διακρίνονται τα πηνία μεταξύ τους λόγω της ικανότητάς τους να προκαλούν EMF αυτο-επαγωγής από μόνα τους, εισήχθη η έννοια των επαγωγικών πηνίων ή συντελεστής αυτοεπαγωγής.

Η αυτεπαγωγή του πηνίου είναι μια ποσότητα που χαρακτηρίζει την ιδιότητα του πηνίου να επάγει από μόνο του το EMF αυτοεπαγωγής.

Η αυτεπαγωγή ενός δεδομένου πηνίου είναι μια σταθερή τιμή, ανεξάρτητη τόσο από την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από αυτό όσο και από το ρυθμό μεταβολής του.

Henry - αυτή είναι η αυτεπαγωγή ενός τέτοιου πηνίου (ή σύρματος) στο οποίο, όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει κατά 1 αμπέρ σε 1 δευτερόλεπτο, προκύπτει ένα EMF αυτοεπαγωγής 1 βολτ.

Στην πράξη, μερικές φορές χρειάζεστε ένα πηνίο (ή πηνίο) που δεν έχει αυτεπαγωγή. Σε αυτή την περίπτωση, το σύρμα τυλίγεται σε ένα πηνίο, αφού το έχει διπλώσει προηγουμένως δύο φορές. Αυτή η μέθοδος περιέλιξης ονομάζεται bifilar.

EMF αμοιβαίας επαγωγής

Γνωρίζουμε ότι το EMF επαγωγής σε ένα πηνίο μπορεί να προκληθεί όχι με τη μετακίνηση του ηλεκτρομαγνήτη σε αυτό, αλλά με την αλλαγή μόνο του ρεύματος στο πηνίο του. Αλλά τι, για να προκληθεί EMF επαγωγής σε ένα πηνίο λόγω αλλαγής του ρεύματος σε άλλο, δεν είναι απολύτως απαραίτητο να βάλετε το ένα από αυτά στο άλλο, αλλά μπορείτε να τα τακτοποιήσετε το ένα δίπλα στο άλλο

Και σε αυτή την περίπτωση, όταν το ρεύμα σε ένα πηνίο αλλάξει, η προκύπτουσα εναλλασσόμενη μαγνητική ροή θα διεισδύσει (διασχίσει) τις στροφές του άλλου πηνίου και θα προκαλέσει EMF σε αυτό.

Η αμοιβαία επαγωγή καθιστά δυνατή τη σύνδεση διαφορετικών ηλεκτρικών κυκλωμάτων μέσω ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτή η σύνδεση ονομάζεται συνήθως επαγωγική σύζευξη.

Το μέγεθος του emf αμοιβαίας επαγωγής εξαρτάται κυρίως από τον ρυθμό με τον οποίο μεταβάλλεται το ρεύμα στο πρώτο πηνίο…. Όσο πιο γρήγορα αλλάζει το ρεύμα σε αυτό, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF της αμοιβαίας επαγωγής.

Επιπλέον, το μέγεθος του EMF αμοιβαίας επαγωγής εξαρτάται από το μέγεθος της επαγωγής των δύο πηνίων και τη σχετική τους θέση, καθώς και από τη μαγνητική διαπερατότητα του περιβάλλοντος.

Επομένως, τα πηνία, τα οποία διαφέρουν ως προς την επαγωγή και την αμοιβαία διάταξη τους και σε διαφορετικά περιβάλλοντα, είναι ικανά να επάγουν το ένα στο άλλο, διαφορετικά σε μέγεθος, EMF αμοιβαίας επαγωγής.

Για να είναι σε θέση να διακρίνει μεταξύ διαφορετικών ζευγών πηνίων από την ικανότητά τους να προκαλούν αμοιβαία ένα EMF, την έννοια της αμοιβαίας επαγωγής ή του συντελεστή αμοιβαίας επαγωγής.

Η αμοιβαία επαγωγή συμβολίζεται με το γράμμα M. Η μονάδα μέτρησής της, όπως και η επαγωγή, είναι το henry.

Ένα henry είναι μια τέτοια αμοιβαία επαγωγή δύο πηνίων που μια αλλαγή στο ρεύμα σε ένα πηνίο 1 amp για 1 δευτερόλεπτο προκαλεί ένα emf αμοιβαίας επαγωγής ίσο με 1 volt στο άλλο πηνίο.

Το μέγεθος του EMF αμοιβαίας επαγωγής επηρεάζεται από τη μαγνητική διαπερατότητα του περιβάλλοντος. Όσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητική διαπερατότητα του μέσου μέσω του οποίου κλείνει η εναλλασσόμενη μαγνητική ροή που συνδέει τα πηνία, τόσο ισχυρότερη είναι η επαγωγική σύζευξη των πηνίων και τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή EMF της αμοιβαίας επαγωγής.

Η εργασία βασίζεται στο φαινόμενο της αμοιβαίας επαγωγής σε μια τόσο σημαντική ηλεκτρική συσκευή όπως ο μετασχηματιστής.

Η αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή

Η αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή βασίζεται το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και έχει ως εξής. Δύο πηνία τυλίγονται στον πυρήνα του σιδήρου, το ένα από αυτά συνδέεται με μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος και το άλλο με ένα νεροχύτη ρεύματος (αντίσταση).

Ένα πηνίο συνδεδεμένο σε μια πηγή AC δημιουργεί μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στον πυρήνα, η οποία προκαλεί ένα EMF στο άλλο πηνίο.

Το πηνίο που συνδέεται με την πηγή AC ονομάζεται πρωτεύον και το πηνίο στο οποίο είναι συνδεδεμένος ο καταναλωτής ονομάζεται δευτερεύον. Αλλά δεδομένου ότι η εναλλασσόμενη μαγνητική ροή διεισδύει ταυτόχρονα και στα δύο πηνία, ένα εναλλασσόμενο EMF προκαλείται σε καθένα από αυτά.

Το μέγεθος του EMF κάθε στροφής, όπως το EMF ολόκληρου του πηνίου, εξαρτάται από το μέγεθος της μαγνητικής ροής που διεισδύει στο πηνίο και τον ρυθμό μεταβολής του.Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής εξαρτάται μόνο από τη συχνότητα του συνεχούς εναλλασσόμενου ρεύματος για ένα δεδομένο ρεύμα. Το μέγεθος της μαγνητικής ροής είναι επίσης σταθερό για αυτόν τον μετασχηματιστή. Επομένως, στον εξεταζόμενο μετασχηματιστή, το EMF σε κάθε περιέλιξη εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των στροφών σε αυτό.

Η αναλογία της κύριας προς τη δευτερεύουσα τάση είναι ίση με την αναλογία του αριθμού των στροφών του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος. Αυτή η σχέση ονομάζεται συντελεστής μετασχηματισμού (K).

Εάν η τάση δικτύου εφαρμοστεί σε ένα από τα τυλίγματα του μετασχηματιστή, τότε η τάση θα αφαιρεθεί από το άλλο τύλιγμα, το οποίο είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο από την τάση δικτύου όσες φορές ο αριθμός των στροφών του δευτερεύοντος τυλίγματος είναι μεγαλύτερος ή πιο λιγο.

Εάν αφαιρεθεί μια τάση από το δευτερεύον τύλιγμα που είναι μεγαλύτερη από αυτή που παρέχεται στο πρωτεύον τύλιγμα, τότε ένας τέτοιος μετασχηματιστής ονομάζεται ανύψωση. Αντίθετα, εάν αφαιρεθεί μια τάση από τη δευτερεύουσα περιέλιξη, μικρότερη από την πρωτεύουσα, τότε ένας τέτοιος μετασχηματιστής ονομάζεται υποβάθμιση. Κάθε μετασχηματιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βήμα προς τα πάνω ή προς τα κάτω.

Η αναλογία μετασχηματισμού συνήθως υποδεικνύεται στο διαβατήριο του μετασχηματιστή ως λόγος της υψηλότερης τάσης προς τη χαμηλότερη, δηλαδή είναι πάντα μεγαλύτερη από μία.