Indukcja własna i indukcja wzajemna

EMF samoindukcji

Prąd zmienny zawsze tworzy zmienną pole magnetyczne, co z kolei zawsze powoduje pole elektromagnetyczne... Przy każdej zmianie prądu w cewce (lub ogólnie w przewodzie) on sam indukuje pole elektromagnetyczne o samoindukcji.

Kiedy emf w cewce jest indukowany przez zmianę własnego strumienia magnetycznego, wielkość tego emf zależy od szybkości zmian prądu. Im większa szybkość zmian prądu, tym większa siła elektromotoryczna samoindukcji.

Wielkość emf samoindukcji zależy również od liczby zwojów cewki, gęstości ich uzwojenia i wielkości cewki. Im większa średnica cewki, liczba jej zwojów i gęstość uzwojenia, tym większa siła elektromotoryczna samoindukcji. Ta zależność pola elektromagnetycznego indukcji własnej od szybkości zmian prądu w cewce, liczby jej zwojów i wymiarów ma ogromne znaczenie w elektrotechnice.

Kierunek siły elektromotorycznej indukcji własnej określa prawo Lenza. SEM indukcji własnej zawsze ma kierunek, w którym zapobiega zmianie prądu, który ją spowodował.

Innymi słowy, zmniejszenie prądu w cewce prowadzi do pojawienia się pola elektromagnetycznego o indukcji własnej skierowanej w kierunku prądu, czyli zapobiegającej jego redukcji. I odwrotnie, gdy prąd w cewce wzrasta, pojawia się pole elektromagnetyczne samoindukcji skierowane przeciwko prądowi, to znaczy zapobiegające jego wzrostowi.

Nie należy zapominać, że jeśli prąd w cewce się nie zmienia, to nie występuje pole elektromagnetyczne samoindukcji. Zjawisko samoindukcji jest szczególnie wyraźne w obwodzie zawierającym cewkę z żelaznym rdzeniem, ponieważ żelazo znacznie zwiększa strumień magnetyczny cewki i odpowiednio wielkość pola elektromagnetycznego samoindukcji, gdy się zmienia.

Indukcyjność

Wiemy więc, że wielkość pola elektromagnetycznego samoindukcji w cewce, oprócz szybkości zmian prądu w niej, zależy również od rozmiaru cewki i liczby jej zwojów.

Dlatego cewki o różnej konstrukcji przy tej samej szybkości zmian prądu są zdolne do samoindukcji emf samoindukcji o różnej wielkości.

Aby odróżnić cewki od siebie na podstawie ich zdolności do indukowania w sobie pola elektromagnetycznego samoindukcji, wprowadzono pojęcie cewek indukcyjnych, czyli współczynnika samoindukcji.

Indukcyjność cewki jest wielkością, która charakteryzuje właściwość cewki do samodzielnego indukowania pola elektromagnetycznego samoindukcji.

Indukcyjność danej cewki jest wartością stałą, niezależną zarówno od natężenia przepływającego przez nią prądu, jak i od szybkości jego zmian.

Henry - jest to indukcyjność takiej cewki (lub drutu), w której, gdy natężenie prądu zmienia się o 1 amper w ciągu 1 sekundy, powstaje pole elektromagnetyczne samoindukcji o wartości 1 wolta.

W praktyce czasami potrzebna jest cewka (lub cewka), która nie ma indukcyjności. W tym przypadku drut jest nawinięty na cewkę, po uprzednim złożeniu go dwukrotnie. Ta metoda nawijania nazywa się bifilarną.

EMF wzajemnej indukcji

Wiemy, że SEM indukcji w cewce może być wywołane nie przez poruszanie się w niej elektromagnesu, ale przez zmianę jedynie prądu w jego cewce. Ale co, żeby wywołać EMF indukcji w jednej cewce w wyniku zmiany prądu w drugiej, absolutnie nie trzeba wkładać jednej z nich do drugiej, ale można je ustawić obok siebie

I w tym przypadku, gdy zmienia się prąd w jednej cewce, wynikający z tego zmienny strumień magnetyczny przeniknie (przetnie) zwoje drugiej cewki i wywoła w niej pole elektromagnetyczne.

Wzajemna indukcja umożliwia łączenie różnych obwodów elektrycznych za pomocą pola magnetycznego. To połączenie jest powszechnie nazywane sprzężeniem indukcyjnym.

Wielkość wzajemnej indukcji SEM zależy przede wszystkim od szybkości zmian prądu w pierwszej cewce…. Im szybciej zmienia się w nim prąd, tym większa jest siła elektromotoryczna wzajemnej indukcji.

Ponadto wielkość pola elektromagnetycznego wzajemnej indukcji zależy od wielkości indukcyjności obu cewek i ich względnego położenia, a także przenikalności magnetycznej środowiska.

Dlatego cewki, które różnią się swoją indukcyjnością i wzajemnym układem oraz w różnych środowiskach, są zdolne do indukowania się w sobie, różnej wielkości, wzajemnej indukcji pól elektromagnetycznych.

Aby móc rozróżnić różne pary cewek na podstawie ich zdolności do wzajemnego indukowania pola elektromagnetycznego, pojęcie wzajemnej indukcyjności lub współczynnika wzajemnej indukcji.

Wzajemna indukcyjność jest oznaczona literą M. Jednostką jej pomiaru, podobnie jak indukcyjność, jest henr.

Henryk to taka wzajemna indukcyjność dwóch cewek, że zmiana prądu w jednej cewce o 1 amper przez 1 sekundę powoduje powstanie w drugiej cewce siły elektromotorycznej o wzajemnej indukcji równej 1 wolt.

Na wielkość wzajemnej indukcji SEM wpływa przenikalność magnetyczna środowiska. Im większa przenikalność magnetyczna ośrodka, przez który zamyka się zmienny strumień magnetyczny łączący cewki, tym silniejsze jest sprzężenie indukcyjne cewek i tym większa jest wartość SEM wzajemnej indukcji.

Praca opiera się na zjawisku wzajemnej indukcji w tak ważnym urządzeniu elektrycznym jak transformator.

Zasada działania transformatora

Zasada działania transformatora opiera się na zjawisko indukcji elektromagnetycznej i przedstawia się następująco. Na żelaznym rdzeniu nawinięte są dwie cewki, jedna z nich jest podłączona do źródła prądu przemiennego, a druga do ujścia prądu (rezystancji).

Cewka podłączona do źródła prądu przemiennego wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu, który indukuje pole elektromagnetyczne w drugiej cewce.

Cewka podłączona do źródła prądu przemiennego nazywana jest pierwotną, a cewka, do której podłączony jest odbiornik, nazywana jest wtórną. Ale ponieważ zmienny strumień magnetyczny jednocześnie przenika obie cewki, w każdej z nich indukowane jest zmienne pole elektromagnetyczne.

Wielkość EMF każdego zwoju, podobnie jak EMF całej cewki, zależy od wielkości strumienia magnetycznego przenikającego przez cewkę i szybkości jego zmian.Szybkość zmiany strumienia magnetycznego zależy tylko od częstotliwości stałego prądu przemiennego dla danego prądu. Wielkość strumienia magnetycznego jest również stała dla tego transformatora. Dlatego w rozważanym transformatorze pole elektromagnetyczne w każdym uzwojeniu zależy tylko od liczby zwojów w nim zawartych.

Stosunek napięcia pierwotnego do wtórnego jest równy stosunkowi liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Ten związek nazywa się współczynnik transformacji (K).

Jeżeli napięcie sieciowe zostanie przyłożone do jednego z uzwojeń transformatora, to z drugiego uzwojenia zostanie usunięte napięcie, które jest większe lub mniejsze od napięcia sieciowego tyle razy, ile zwojów uzwojenia wtórnego jest więcej lub mniej.

Jeśli napięcie jest usuwane z uzwojenia wtórnego, które jest większe niż napięcie dostarczane do uzwojenia pierwotnego, wówczas taki transformator nazywa się step-up. Wręcz przeciwnie, jeśli napięcie jest usuwane z uzwojenia wtórnego, mniejsze niż pierwotne, wówczas taki transformator nazywa się obniżaniem. Każdy transformator może być używany jako step-up lub step-down.

Współczynnik transformacji jest zwykle wskazany w paszporcie transformatora jako stosunek najwyższego napięcia do najniższego, to znaczy zawsze jest większy niż jeden.