nyheter

Arbetsprincipen för induktans är mycket abstrakt. För att förklara vad induktans är utgår vi från det grundläggande fysiska fenomenet.

1. Två fenomen och en lag: elektricitetsinducerad magnetism, magnetisminducerad elektricitet och Lenz lag

1.1 Elektromagnetiskt fenomen

Det finns ett experiment inom gymnasiefysik: när en liten magnetisk nål placeras bredvid en ledare med ström, avböjer den lilla magnetnålens riktning, vilket indikerar att det finns ett magnetfält runt strömmen. Detta fenomen upptäcktes av den danske fysikern Oersted 1820.

Om vi ​​lindar ledaren till en cirkel kan de magnetiska fälten som genereras av varje cirkel i ledaren överlappa varandra, och det övergripande magnetfältet blir starkare, vilket kan attrahera små föremål. I figuren aktiveras spolen med en ström på 2~3A. Observera att den emaljerade tråden har en märkströmgräns, annars kommer den att smälta på grund av hög temperatur.

2. Magnetoelektricitetsfenomen

År 1831 upptäckte den brittiska forskaren Faraday att när en del av ledaren i en sluten krets rör sig för att skära av magnetfältet kommer elektricitet att alstras på ledaren. Förutsättningen är att kretsen och magnetfältet befinner sig i en relativt föränderlig miljö, så det kallas "dynamisk" magnetoelektricitet, och den genererade strömmen kallas inducerad ström.

Vi kan göra ett experiment med en motor. I en vanlig DC-borstad motor är statordelen en permanentmagnet och rotordelen en spoleledare. Att manuellt rotera rotorn innebär att ledaren rör sig för att skära av de magnetiska kraftlinjerna. Med hjälp av ett oscilloskop för att koppla ihop motorns två elektroder kan spänningsförändringen mätas. Generatorn är gjord utifrån denna princip.

3. Lenz lag

Lenz's lag: Riktningen för den inducerade strömmen som genereras av förändringen av magnetiskt flöde är den riktning som motsätter sig förändringen av magnetiskt flöde.

En enkel förståelse av denna mening är: när det magnetiska fältet (externt magnetfält) i ledarens miljö blir starkare, är det magnetiska fältet som genereras av dess inducerade ström motsatt till det externa magnetfältet, vilket gör det totala totala magnetfältet svagare än det externa. magnetfält. När det magnetiska fältet (externt magnetfält) i ledarens miljö blir svagare, är det magnetiska fältet som genereras av dess inducerade ström motsatt det externa magnetfältet, vilket gör det totala totala magnetfältet starkare än det externa magnetfältet.

Lenz's lag kan användas för att bestämma riktningen för den inducerade strömmen i kretsen.

2. Spiralrörspole – förklara hur induktorer fungerar Med kunskap om ovanstående två fenomen och en lag, låt oss se hur induktorer fungerar.

Den enklaste induktorn är en spiralrörspole:

Situation under påslagning

Vi skär en liten del av spiralröret och kan se två spolar, spole A och spole B:

Under startprocessen är situationen följande:

① Spole A passerar genom en ström, förutsatt att dess riktning är den som visas av den blå heldragna linjen, som kallas den externa excitationsströmmen;
② Enligt principen om elektromagnetism genererar den externa excitationsströmmen ett magnetfält, som börjar spridas i det omgivande utrymmet och täcker spole B, vilket är ekvivalent med spole B som skär de magnetiska kraftlinjerna, som visas av den blå prickade linjen;
③ Enligt principen om magnetoelektricitet genereras en inducerad ström i spolen B, och dess riktning är som visas av den gröna heldragna linjen, som är motsatt den externa excitationsströmmen;
④ Enligt Lenz lag är det magnetiska fältet som genereras av den inducerade strömmen för att motverka magnetfältet för den externa excitationsströmmen, vilket visas av den gröna streckade linjen;

Situationen efter start är stabil (DC)

Efter att strömmen är stabil är den externa exciteringsströmmen för spole A konstant, och det magnetiska fältet som den genererar är också konstant. Magnetfältet har ingen relativ rörelse med spole B, så det finns ingen magnetoelektricitet, och det finns ingen ström som representeras av den gröna heldragna linjen. Vid denna tidpunkt motsvarar induktorn en kortslutning för extern excitation.

3. Induktansens egenskaper: strömmen kan inte ändras plötsligt

Efter att ha förstått hur eninduktorfungerar, låt oss titta på dess viktigaste egenskap – strömmen i induktorn kan inte ändras plötsligt.

I figuren är den horisontella axeln för den högra kurvan tid, och den vertikala axeln är strömmen på induktorn. Det ögonblick som strömbrytaren stängs tas som tidens ursprung.

Det kan ses att: 1. I det ögonblick som omkopplaren är stängd är strömmen på induktorn 0A, vilket motsvarar att induktorn är öppen. Detta beror på att den momentana strömmen ändras kraftigt, vilket kommer att generera en enorm inducerad ström (grön) för att motstå den externa excitationsströmmen (blå);

2. I processen att nå ett stabilt tillstånd ändras strömmen på induktorn exponentiellt;

3. Efter att ha nått ett stabilt tillstånd är strömmen på induktorn I=E/R, vilket motsvarar att induktorn är kortsluten;

4. Motsvarar den inducerade strömmen är den inducerade elektromotoriska kraften, som verkar för att motverka E, så den kallas Back EMF (omvänd elektromotorisk kraft);

4. Vad är induktans egentligen?

Induktans används för att beskriva en enhets förmåga att motstå strömförändringar. Ju starkare förmåga att motstå strömförändringar, desto större induktans, och vice versa.

För DC-excitering är induktorn slutligen i ett kortslutningstillstånd (spänningen är 0). Men under påslagningsprocessen är spänningen och strömmen inte 0, vilket betyder att det finns ström. Processen att ackumulera denna energi kallas laddning. Den lagrar denna energi i form av ett magnetfält och frigör energi när det behövs (som när extern excitation inte kan bibehålla den nuvarande storleken i ett stabilt tillstånd).

Induktorer är tröghetsanordningar i det elektromagnetiska fältet. Tröghetsanordningar gillar inte förändringar, precis som svänghjul i dynamik. De är svåra att börja snurra i början, och när de väl börjar snurra är de svåra att sluta. Hela processen åtföljs av energiomvandling.

Om du är intresserad, besök hemsidanwww.tclmdcoils.com.