Эдс катушки индуктивности: 44 — энергия катушки индуктивности • 31415.ru

Методы защиты устройств (датчиков, приборов, контроллеров) с транзисторными выходами от токов самоиндукции

Введение

В данной статье будет рассмотрено явление самоиндукции, проявляющееся зачастую при коммутации индуктивных нагрузок. Также будут рассмотрены способы защиты и используемое для этого оборудование.

Техника безопасности

ВНИМАНИЕ! К работам по монтажу, наладке, ремонту и обслуживанию технологического оборудования допускаются лица, имеющие техническое образование и специальную подготовку (обучение и проверку знаний) по безопасному производству работ в электроустановках с группой не ниже 2 для ремонтного персонала, а также имеющие опыт работ по обслуживанию оборудования, в конструкцию которого вносятся изменения и дополнения, либо производится модернизация. За неисправность оборудования и безопасность работников при неквалифицированном монтаже и обслуживании ООО «КИП‑Сервис» ответственности не несет.

1. Электромагнитная индукция.

Определение. Физический смысл

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, при изменении во времени магнитного поля. Изменение магнитного поля, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в контуре индуктивной электродвижущей силы (ЭДС). Процесс возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока называется самоиндукцией. Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию, а при убывании тока — препятствует убыванию. Величина ЭДС самоиндукции определяется уравнением:

E=−L×dI/dtE= -L times dI / dt

где:
E — ЭДС самоиндукции
L — индуктивность катушки
dI/dt — изменение тока во времени.

Знак «минус» означает, что ЭДС самоиндукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению магнитного потока. Этот факт отражён в правиле Ленца:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Явление самоиндукции можно наблюдать при включении и последующем выключении катушек соленоидов, промежуточных реле, электромагнитных пускателей. При подаче напряжения на катушку создается электромагнитное поле, в следствии чего образуется электродвижущая сила, которая препятствует мгновенному росту тока в катушке. Согласно принципу суперпозиции, основной ток в катушке можно представить в виде суммы токов, один из которых вызван внешним напряжением и сонаправлен с основным током, а второй вызван ЭДС самоиндукции и имеет противоположное направление основному току. Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки. При протекании тока катушка «запасает» энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдает запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. Это, в свою очередь, вызывает всплеск напряжения обратной полярности на катушке. Данный всплеск может достигать значений во много раз превышающих номинальное напряжение источника питания, что может помешать нормальной работе электронных устройств, вплоть до их разрушения.

Разберем более подробно, почему скачок ЭДС самоиндукции будет иметь обратную полярность. На рисунке 1 изображены две схемы, на которых стрелками обозначено направление движения тока, а так же потенциалы на всех элементах схемы при закрытом и открытом ключе.

а — закрытый ключб — открытый ключ

Рисунок 1 — Направление тока при закрытом и открытом ключе

При закрытом ключе потенциалы на всех элементах совпадают с потенциалом источника питания (рисунок 1, а). Во время размыкания ключа, из схемы исключается источник питания, и ЭДС самоиндукции стремится поддержать ток в катушке. Для того, что бы сохранить направление тока в катушке, ЭДС меняет свой потенциал на противоположный по знаку источнику питания (рисунок 1, б). Именно поэтому всплеск ЭДС самоиндукции будет иметь обратную полярность.

Более наглядно этот всплеск показан на рисунке 2. На графике изображено напряжение источника питания Uпит, ток возникающий в катушке I, ЭДС самоиндукции.

Рисунок 2 — График изменения тока и напряжения при коммутации

2.

Теоретический расчет ЭДС самоиндукции

Рассмотрим явление самоиндукции на примере работы электромагнитной катушки при пропускании через нее постоянного тока. Включение катушки происходит при помощи бесконтактного датчика. Катушку можно заменить на последовательно соединенные активное Rk и индуктивное Lk сопротивления (рисунок 3).

Рисунок 3 — Эквивалентная схема электромагнитной катушки

Тогда электрическая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема включения электромагнитной катушки

При сработавшем датчики падение напряжения U на катушке составляет 24 В. При коммутации индуктивной нагрузки в первый момент времени ток остается равным току до коммутации, а после изменяется по экспоненциальному закону. Таким образом, при переходе управляющего транзистора в закрытое состояние катушка начинает генерировать ЭДС самоиндукции, предотвращающую падение тока. Попробуем рассчитать величину генерируемого катушкой напряжения.

На рисунке 5 показано направление тока при открытом транзисторе. Переход транзистора в закрытое состояние фактически означает что цепь катушки с генерируемым ЭДС самоиндукции замыкается через подтягивающий резистор. Обозначим его Ro. По документации датчика это сопротивление составляет 5,1 кОм.

Рисунок 5 — Направление тока при открытом транзистореРисунок 6 — Направление тока после перехода транзистора в закрытое состояние

На рисунке 6 видно что ток на резисторе Ro поменял направление — это обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в катушке. Для полученного замкнутого контура выполняется следующее уравнение:

UR0+URk+ULk=0U_R0+U_Rk+U_Lk=0

Выражая напряжение через ток и сопротивление, получим:

I×R0+I×Rk+ULk=0I times R_0 + I times R_k +U_Lk=0 ULk=−I×(Rk+R0)U_Lk= -I times ( R_k + R_0 )

При этом ток в цепи стремится к значению тока при открытом транзисторе:

Подставим данное выражение в предыдущую формулу, получим величину генерируемого напряжения самоиндукции:

ULk=−U×(Rk+R0)/Rk=−U×(1+R0/Rk)U_Lk= -U times ( R_k + R_0 ) / R_k = -U times ( 1 + R_0 / R_k )

Все переменные из этой формулы известны:
U = 24В — напряжение питания
R_o = 5,1кОм — сопротивление подтягивающего резистора датчика
R_k = 900 Ом — активное сопротивление катушки (данные из документации).

Подставив значения в формулу, рассчитаем примерное значение напряжения самоиндукции:

ULk=−U×(1+R0/Rk)=−24×(1+5100/900)=−160ВU_Lk= -U times ( 1 + R_0/R_k ) = -24 times ( 1 + 5100 / 900 )=-160 В

Данный расчет упрощен и не учитывает индуктивность катушки, от которой так же зависит ЭДС самоиндукции. Но даже из упрощенного расчета видно, что величина генерируемого напряжения оказывается во много раз больше номинального напряжения 24В.

Воздействие ЭДС самоиндукции может повредить устройства, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания. На рисунке 7 приведена некорректная схема, на которой от одного источника питания подключен бесконтактный датчик и катушка соленоидного клапана.

Рисунок 7 — Некорректная схема подключения

На первый взгляд, данная схема может работать без каких-либо сбоев. Однако, при выключении катушки клапана возникает всплеск напряжения в результате самоиндукции. Всплеск распространяется по цепи питания на клемму «минус» датчика. В результате, разница потенциалов между коллектором и эмиттером закрытого транзистора превышает максимальное значение, что приводит к его пробою.

3. Практическое измерение ЭДС самоиндукции

Чтобы проверить правдивость приведенных выше теоретических расчетов, проведем измерение ЭДС самоиндукции. Для проведения измерений необходимо собрать схему, для которой мы проводили расчеты. При помощи осциллографа на клеммах катушки произведем измерение напряжения (рисунок 8).

Рисунок 8 — Измерение ЭДС самоиндукции

На рисунке 9 изображена осциллограмма значений напряжения самоиндукции катушки с питанием 24 В. На графике видно, что реальный всплеск напряжения при отключении катушки в несколько раз больше напряжения питания и составляет 128 В. Как следствие, транзисторный ключ выйдет из строя. Возникающий скачок ЭДС приводит к пробою транзисторных ключей, бесконтактных датчиков, слаботочных коммутирующих элементов и другим нежелательным эффектам в схемах управления.

Рисунок 9 — ЭДС самоиндукции при выключении катушки с питанием 24 В

4.

Методы и средства защиты от ЭДС самоиндукции

Для подавления ЭДС самоиндукции и предотвращения выхода из строя оборудования необходимо принимать специальные меры. Для подавления пиков напряжения на катушке во время выключения, необходимо параллельно катушке включить в схему диод (для постоянного напряжения) или варистор (для переменного напряжения). ЭДС самоиндукции будет ограничиваться этими элементами, тем самым они будут обеспечивать защиту схемы.

Диод включается параллельно катушке против напряжения питания (рисунок 10). Таким образом, в установившемся режиме он не оказывает никакого воздействия на работу схемы. Однако при отключении питания на катушке возникает ЭДС самоиндукции, имеющая полярность, противоположную рабочему напряжению. Диод открывается и шунтирует катушку индуктивности.

а — включение диода в схему PNPб — включение диода в схему NPN

Рисунок 10 — Схема включения диода для защиты от самоиндукции

Варистор также включается параллельно катушке (рисунок 11).

Рисунок 11 — Схема включения варистора для защиты от самоиндукции

При увеличении напряжения выше пороговой величины, сопротивление варистора резко уменьшается, шунтируя индуктивную нагрузку. Соответственно, при броске тока варистор быстро срабатывает и обеспечивает надежную защиту схемы.

На рисунке 12 изображен график напряжения во время включения и выключения индуктивной катушки с использованием защитного диода для напряжения 24 В.

Рисунок 12 — ЭДС самоиндукции с использованием диода

На графике видно, что использование защитных диодов сглаживает переходную характеристику напряжения.

Для защиты от ЭДС самоиндукции существует целый ряд готовых устройств. Их выбор зависит от применяемой катушки и типа напряжения питания. Для гашения ЭДС самоиндукции на катушках промежуточных реле используют модули FINDER серии 99 (рисунок 13):

Рисунок 13 — Защитный модуль Finder/99.02.9.024.99

99.02.0.230.98 Finder/ Модуль защитный(светодиод+варистор)~/=110…240

99. 02.9.024.99 Finder/ Модуль защитный(светодиод+диод), =6…24В

Модули устанавливаются непосредственно на колодку реле, не требуют дополнительного изменения схемы управления.

В случае подключения катушек пускателей, либо катушек соленоидных клапанов, необходимо использовать защитные клеммники Klemsan серии WG-EKI (рисунок 14):

Рисунок 14 – Защитный клеммник WG-EKI

110 220 Клеммник WG-EKI с варистором (0,5…2,5 мм2, рабочее напряжение до 30В, рабочий ток до 10А)

110 040 Клеммник WG-EKI с защитным диодом (0,5…2,5 мм2, рабочее напряжение до 1000В, рабочий ток до 10А, ток диода 1А)

Клеммники позволяют осуществить подключение индуктивной катушки без дополнительного изменения схемы. Клеммник имеет два яруса, соединенных между собой защитным диодом либо варистором. Для осуществления защиты необходимо провести провода питания катушки через этот клеммник. При использовании клеммника с защитным диодом необходимо соблюдать полярность при подключении (рисунок 15).

Рисунок 15 — Схема подключения клеммника WG-EKI с защитным диодом

Заключение

В рамках данной статьи было рассмотрено явление самоиндукции, приведен теоретический расчет ЭДС и практическое подтверждение этого расчета. Применяя модули Finder серии 99 и клеммники Klemsan серии WG-EKI, можно избавиться от пагубного воздействия самоиндукции и сохранить целостность коммутирующих элементов цепей управления.

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Хоровец Г.Н.

Список использованной литературы:

1. Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Электричество. Том III / Сивухин Д.В — М.: Наука, 1977. — 724.с.
2. Калашников, С.Г. Электричество / Калашников С.Г. — 6-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2003.-624.с.
3. Алексеев Н.И., Кравцов А.В. Лабораторный практикум по общей физике (электричество и магнетизм). Самоиндукция / Лицей No1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. — 16 с.

Читайте также:

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Подробности

Просмотров: 533

«Физика — 11 класс»

Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока.
Есть цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания.

При подключении с помощью переключателя цепи к источнику постоянного напряжения или к источнику переменного напряжения постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения будут равны.
Однако лампа светится ярче при постоянном напряжении.
Значит действующее значение силы переменного тока в цепи меньше силы постоянного тока.

Это объясняется явлением самоиндукции.
При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно.
Возникающее при этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов.
По прошествии некоторого времени сила тока достигает наибольшего (установившегося) значения, соответствующего данному постоянному напряжению.
Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигнуть тех значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении.

Максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна быть равна нулю.
Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой.
Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля _i, порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля _к, создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи.

Из равенства _i = —_к следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля.

Так как удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать:

e_i = —u

.

При изменении силы тока по гармоническому закону

i = Im sin ωt

ЭДС самоиндукции равна:

е_i = —Li’ = —LωI_m cos ωt

Так как u = —e_i напряжение на концах катушки оказывается равным

где
U_m = LωI_m — амплитуда напряжения.

Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на , или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Амплитуда силы тока в катушке равна:

Если ввести обозначение

ωL = Х_L

и действующие значения силы тока и напряжения, то получим:

Величину X_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты ω.
Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки.
При ω = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (X_L = 0).
Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока.

Итак,
Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току.
Это сопротивление, называемое индуктивным, равно произведению циклической частоты на индуктивность.
Колебания силы тока в цепи с индуктивностью отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Калькулятор импеданса катушки индуктивности • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Отметим, что величина импеданса идеальной катушки индуктивности равна ее реактивному сопротивлению. Однако это не идентичные величины, так как между током и напряжением в индуктивной цепи существует фазовый сдвиг. Для расчетов используются указанная ниже формула:

Здесь

X_L — реактивное сопротивление катушки в омах (Ом),

Z_L — импеданс катушки в омах (Ом),

ω = 2πf — угловая частота в рад/с,

f — частота в герцах (Гц),

L — индуктивность в генри (Гн),

j — мнимая единица.

Для расчета выберите единицы измерения и введите индуктивность и частоту. Импеданс катушки индуктивности будет показан в омах.

Катушка индуктивности представляет собой пассивный электрический элемент с двумя выводами, изготовленный, как правило, из изолированного провода в форме спирали, намотанного на магнитный сердечник или на оправку (без сердечника). Магнитный сердечник обычно изготовляется из ферромагнитного металла, например, железа или ферромагнитной керамики (феррита) и используется для усиления магнитного поля и, таким образом, для увеличения индуктивности катушки. Как и конденсаторы, катушки индуктивности используются для накопления и сохранения энергии. Однако, в отличие от конденсаторов, энергия в катушке хранится в форме окружающего ее магнитного поля. Катушки индуктивности применяются, в частности, в фильтрах для сглаживания постоянного тока или для предотвращения передачи высокочастотных помех по кабелям. Катушки индуктивности широко используются в колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприемников, а также для изготовления трансформаторов.

Высокодобротная катушка индуктивности без сердечника, установленная в радиопередатчике

В отличие от конденсаторов, которые препятствуют изменению напряжения, приложенного к их обкладкам, катушки индуктивности препятствуют изменению текущего в них тока. В отличие от конденсаторов, которые не пропускают постоянный ток, катушки индуктивности пропускают его легко. Они препятствуют только прохождению переменного тока или иного изменяющегося тока и их способность препятствовать прохождению тока и называется индуктивностью. Индуктивность обозначается символом L в честь российского физика Эмиля Ленца и измеряется в генри — единицах, названных в честь американского ученого Джозефа Генри.

В отличие от резисторов, которые препятствуют прохождению электрического тока вследствие падения напряжения на них, пропорционального протекающему току, катушки индуктивности препятствуют изменению протекающего через них тока. На них создается падение напряжения, прямо пропорциональное скорости изменения тока. Полярность индуцированного напряжения всегда такова, что это напряжение поддерживает изменяющийся ток в его текущем состоянии. Например, если ток растет, то напряжение препятствует этому росту и старается уменьшить ток. В то же время, если ток через катушку уменьшается, напряжение мешает этому уменьшению и поддерживает более высокий ток. Чем выше скорость изменения тока, тем больше амплитуда этого обратного напряжения. В связи с указанным свойством, это напряжение часто называют индуктивными выбросами или обратным током. Для того, чтобы как-то отличить это свойство от сопротивления, используют понятие реактивного сопротивления. Если к катушке индуктивности приложено синусоидальное напряжение, то при бóльших частотах катушка оказывает току большее сопротивление, следовательно, ее реактивное сопротивление также увеличивается, как показано на графике.

График зависимости реактивного сопротивления катушки X_L индуктивности и текущего через нее тока I от частоты f для нескольких величин индуктивности показывает прямую пропорциональную зависимость от частоты реактивного сопротивления и обратную зависимость от частоты протекающего через катушку тока

Полное сопротивление Z, как и реактивное сопротивление, измеряется в омах (Ом) и состоит из двух частей — действительной и мнимой. Первая из них представляет собой активное сопротивление R, которое затрудняет протекание тока в материале с плохой проводимостью и зависит от формы этого материала. Вторая часть — это рассмотренное выше реактивное сопротивление X. Оно также затрудняет протекание тока, но не вследствие свойств и формы проводящего материала, а из-за того, что протеканию тока мешает электрическое и магнитное поля.

Если реальная катушка индуктивности подключена к источнику постоянного напряжения, через нее протекает постоянный ток, ограниченный только сопротивлением провода, из которого намотана катушка. Когда катушка подключается к источнику постоянного напряжения, ток через нее медленно повышается от нуля до максимального значения, которое определяется внутренним сопротивлением источника и внутренним сопротивлением витков катушки. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке, препятствует резкому увеличению тока в ней. Эта ЭДС противодействует приложенному напряжению до тех пор, пока ток не достигнет максимального значения.

Если источник постоянного напряжения отключить от катушки, протекающий через нее ток постепенно падает до нуля. В этом случае опять возникает ЭДС самоиндукции, которая снова препятствует, на этот раз, уменьшению тока и которая старается поддержать ток в неизменном состоянии. В конце концов, ток постепенно уменьшается до нуля.

В чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения на π/2 радиан или 90°. 1 — в момент отрицательного максимума тока скорость его изменения нулевая и напряжение равно нулю; 2 — ток нулевой, скорость его изменения максимальная и напряжение равно положительному максимуму; 3 — ток положительный и максимальный, скорость его изменения нулевая и напряжение равно нулю; 4 — ток нулевой, скорость его изменения максимальная и напряжение равно отрицательному максимуму

Если к катушке индуктивности приложено переменное синусоидальное напряжение, ток отстает от напряжения на некоторый фазовый угол, как показано на графике. В идеальной катушке индуктивности этот угол будет равен точно 90° или четверти цикла. В точке (ωt = π/2), временнóй оси, где ток нулевой, напряжение на катушке достигает своего положительного максимума. Затем ток постепенно увеличивается и вокруг катушки создается магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ЭДС самоиндукции, направленную противоположно току. Эта ЭДС является реакцией катушки на изменение протекающего через нее тока, и она максимальна, когда ток нулевой, так как в этой точке скорость изменения тока максимальная. Когда же ток достигает своего максимального значения (положительного или отрицательного), скорость изменения синусоидального тока становится нулевой и в этих точках максимумов ток ЭДС самоиндукции (определяемая этой скоростью) также равна нулю. Это приводит к тому, что синусоида напряжения не совпадает по фазе с током на угол 90° или π/2 радиан. То есть, напряжение опережает ток или ток отстает от напряжения.

Аналогичное явление можно наблюдать и в природе. Сравните: Солнце светит сильнее всего в астрономический полдень (солнечный свет — напряжение), однако самая жаркая часть дня обычно бывает через несколько часов после полудня (температура — ток). Или другой пример. День зимнего солнцестояния в северном полушарии (самый короткий день) — в конце декабря, однако самые холодные месяцы еще впереди. В зависимости от того, где вы живете, это будет январь или февраль. Вспомните поговорку «Солнце — на лето, зима — на мороз». Это как раз о поведении индуктивности, только в природной аналогии. Такой сезонный «сдвиг фаз» или отставание вызван поглощением энергии Солнца огромными массами воды в океанах. Они отдадут эту запасенную энергию, но позже — точно так же, как это делают катушки индуктивности.

День зимнего солнцестояния в северном полушарии — в конце декабря, однако самые холодные месяцы еще впереди. Именно так ведет себя ток в катушке индуктивности

Рассчитанный этим калькулятором импеданс представляет собой меру сопротивления катушки индуктивности протекающему через нее току на определенной частоте. Индуктивное реактивное сопротивление изменяется при изменении частоты приложенного переменного напряжения. Приведенные выше формула и график показывают, что реактивное сопротивление катушки индуктивности X_L велико при высоких частотах и мало при низких частотах (конденсаторы ведут себя с точностью до наоборот). При высоких частотах индуктивное реактивное сопротивление становится очень большим и очень сильно противодействует протекающему току. С другой стороны, при очень низких частотах или при постоянном напряжении катушка индуктивности проводит очень хорошо — отсюда правило, которое мы выучили в школе: катушки индуктивности не пропускают переменный ток и пропускают постоянный. Если частота очень низкая, катушки индуктивности пропускают сигнал очень хорошо. Именно поэтому их устанавливают в фильтрах громкоговорителей (кроссоверах), чтобы высокие частоты не попадали на низкочастотные динамические головки.

Импеданс измеряется в омах, так же, как и сопротивление. Импеданс мешает прохождению электрического тока так же, как и сопротивление, и показывает как сильно катушка противодействует прохождению тока через нее. Но тогда возникает вопрос: в чем же разница между импедансом и сопротивлением? А разница заключается в зависимости импеданса от частоты приложенного сигнала. Сопротивление от частоты не зависит, а импеданс катушек индуктивности от частоты зависит. С увеличением частоты импеданс катушек уменьшается.

Этот калькулятор предназначен для расчета импеданса идеальных катушек индуктивности. Реальные катушки всегда имеют сопротивление, которое на эквивалентной схеме изображают включенным последовательно с индуктивностью. Для расчета импеданса реальных катушек индуктивности пользуйтесь калькулятором импеданса RL-цепей.

Катушки индуктивности в высокочастотном модуле телевизионного приемника

Автор статьи: Анатолий Золотков

Катушки индуктивности и резисторы в цепях постоянного тока

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Переходные процессы в цепях постоянного тока.
• • Отношения переходного напряжения и тока в простой цепи LR.

Рис. 4.4.1 Схема LR

В цепи, содержащей индуктивность (L), а также сопротивление (R), например, показанную на рис.4.4.1, когда переключатель замкнут, ток не увеличивается сразу до своего установившегося значения, а увеличивается ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНО. Это связано с тем, что ОБРАТНАЯ ЭДС создается изменением тока, протекающего через катушку индуктивности. Эта обратная ЭДС имеет амплитуду, пропорциональную СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ тока (чем выше скорость изменения, тем больше обратная ЭДС), и полярность, которая противодействует изменению тока в катушке индуктивности, которое вызвало ее изначально.

Обратная ЭДС возникает из-за того, что изменяющийся ток в катушке индуктивности вызывает изменение магнитного поля вокруг нее, а изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, вызывает индукцию ЭДС обратно в катушку индуктивности.Этот процесс называется САМОИНДУКЦИЕЙ.

Ток через индуктор

Рис. 4.4.2 Ток через индуктор

Поскольку обратная ЭДС препятствует быстрому изменению тока, происходящему в катушке индуктивности, скорость изменения тока снижается, и то, что было бы вертикальной линией на графике (рис. 4.4.2), превращается в наклон. Скорость изменения тока через катушку индуктивности теперь меньше, поэтому образуется меньшая обратная ЭДС. Это позволяет току увеличиваться дальше.Взаимосвязь между изменяющимся током и обратной ЭДС создает кривую, которая всегда следует математическому закону, создавая кривую определенной формы, то есть экспоненциальную кривую. Когда переключатель разомкнут, ток спадает экспоненциально до нуля.

Напряжение на индукторе

Рис. 4.4.3 Напряжение на индукторе

Глядя на Рис. 4.4.3, на котором показано напряжение (V _L ) на катушке индуктивности (L), мы видим, что при включении напряжение сразу же возрастает до максимального значения.Это связано с тем, что к цепи прикладывается напряжение, и ток мало или отсутствует, потому что L эффективно (в течение очень короткого времени) очень высокое сопротивление из-за эффекта обратной ЭДС, вызванного быстро изменяющимся (расширяющимся) магнитным полем вокруг индуктор индуцирует напряжение (обратную ЭДС) обратно в катушку индуктивности, полярность которой противоположна приложенному напряжению от источника питания, и поэтому первоначально препятствует увеличению тока через индуктор. Из-за этого противодействия, вызванного обратной ЭДС, сначала кажется, что индуктор имеет очень высокое сопротивление.и поэтому полное напряжение питания вырабатывается на катушке индуктивности. Однако по мере того, как ток через L начинает нарастать, скорость изменения магнитного поля уменьшается, противодействие из-за обратной ЭДС уменьшается, и кажущееся « сопротивление » катушки индуктивности падает до низкого значения (реальное сопротивление проволочной катушки). и напряжение V _L уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой все напряжение батареи вырабатывается на резисторе R; напряжение или разность потенциалов (pd) на L практически равна нулю, и теперь энергия накапливается в магнитном поле вокруг индуктора.

При отключении тока магнитное поле теперь коллапсирует, а не растет, как при включении. Это коллапсирующее магнитное поле теперь возвращает свою энергию в катушку индуктора и индуцирует напряжение (обратную ЭДС) в индукторе, но поскольку изменение силы магнитного поля происходит в направлении, противоположном расширяющемуся полю при включении, индуцированное напряжение составляет теперь с противоположной полярностью, как показано на рис. 4.4.3. Индуцированная обратная ЭДС теперь противодействует уменьшению причины тока путем выключения, замедляя спад тока, как это видно на рис.4.4.2.

Быстрый коллапс магнитного поля при размыкании переключателя может вызвать очень большие всплески напряжения, поскольку величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения магнитного поля. Возникающее высокое напряжение может привести к возникновению дуги на контактах переключателя, поскольку напряжение перепрыгивает через промежуток между контактами. Эти большие всплески напряжения могут также повредить другие компоненты в цепи, особенно полупроводники, поэтому необходимо соблюдать осторожность при проектировании цепей, содержащих индукторы или управляющих индуктивными нагрузками, чтобы предотвратить эти всплески.Однако в некоторых схемах, где требуются высокие напряжения, этот эффект также можно использовать с пользой, подав прямоугольную волну на катушку индуктивности. Возникающие очень большие всплески напряжения можно затем выпрямить с помощью специальных высоковольтных диодов для получения постоянного напряжения в тысячи вольт.

Лекция 25

Лекция 25 Резюме

• Закон Фарадея
• Закон Ленца
• Индуцированные электрические поля

Сегодняшняя шутка




• Самоиндукция
• Катушки индуктивности


• Энергия и индуктивность
• Плотность магнитной энергии

, пример # 4

• Практика:
  Попробуйте эти дополнительные примеры
Пример # 5

, пример # 6

• Подготовить:
  Прочитать разделы с 32-1 по 32-3 учебника перед следующей лекцией

POP4 23.30
Каков магнитный поток через каждый виток 500-витковой катушки, когда ЭДС 24 мВ индуцируется ток 4,0 А, который изменяется со скоростью 10 А / с?
A. 96,0 нТл · м ²
Б. 19,2 µ Т · м ²
С. 500 µ Т · м ²
D. 47,5 мТл · м ²
Ответ

POP5 23.37a
Аккумулятор 12,0 В включен в последовательную цепь, содержащую резистор 10,0 Ом. и 2.00-H индуктор. В каком временном интервале ток достигнет 50,0% от своего окончательного значение после включения переключателя?
A. 3.47 µ с
B. 288 µ с
C. 9,85 мс
D. 0.139 с
Ответ

PSE6 32.20
На рисунке ε = 12,0 В, постоянная времени составляет 500 µ с, а I _max = 200 мА. Что такое L ?
A. 500 µ H
Б.2,75 мГн
C. 30,0 мГн
D. 1.20 H

Ответ

POP5 23,48
Сколько энергии хранится в сверхпроводящем соленоиде диаметром 6,20 см и длиной 26,0 см, когда он производит магнитное поле 4,50 Тл?
A. 8.06 MJ
Б. 522 кДж
C. 6,32 кДж
D. 1.77 J
Ответ

Knight2 stt 34,6
Потенциал в точке (a) выше, чем потенциал в точке (b). Какое из следующих утверждений о токе катушки индуктивности I может быть верным?
А. I — от (а) до (б) и устойчивый.
B. I находится от (а) до (б) и увеличивается.
C. I находится от (а) до (b) и убывает.
D. I — от (b) до (a) и устойчивый.
E. I находится от (b) до (a) и увеличивается.
F. I находится от (б) до (а) и убывает.
Ответ

Walker5e EYU 23,8
Рассмотрим схему, показанную ниже. Ток, подаваемый батареей сразу после замыкания переключателя, равен _____ току, который он обеспечивает долгое время после замыкания переключателя.
A. более
Б. менее
C. равно
Ответ

Б. 19,2 µ Т · м ²

D. 0,139 с

C. 30,0 мГн

C. 6,32 кДж

C. I находится от (а) до (b) и убывает.
В этом случае наведенная ЭДС пытается поддерживать ток вправо (от a до b), потому что ток уменьшается.Обратная ЭДС всегда противодействует изменению магнитного потока через катушку индуктивности, что означает, что она всегда противодействует изменению тока через катушку индуктивности.
E. I находится от (b) до (a) и увеличивается.
В этом случае наведенная ЭДС пытается бороться с нарастающим током влево (от b до a). Обратная ЭДС всегда противодействует изменению магнитного потока через катушку индуктивности, что означает, что она всегда противодействует изменению тока через катушку индуктивности.

Б.меньше, чем
Из-за противо-ЭДС сначала через дроссель не течет ток. Следовательно, индуктор действует как разомкнутая цепь, и ток, подаваемый батареей, равен I ₀ = & Escr; / R (весь ток течет через левый резистор). По прошествии длительного времени ток больше не меняется, и обратная ЭДС в катушке индуктивности равна нулю. Катушка индуктивности тогда действует как провод, ток равномерно распределяется между двумя резисторами, эквивалентное сопротивление цепи составляет R /2, а ток, подаваемый батареей, составляет I _∞ = 2 & Escr; / R .

Ответить

Индуктивность — College Physics

Катушки индуктивности

Индукция — это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. До сих пор обсуждалось множество примеров, некоторые из которых более эффективны, чем другие. Трансформаторы, например, спроектированы так, чтобы быть особенно эффективными при наведении желаемого напряжения и тока с очень небольшими потерями энергии в другие формы.Есть ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько «эффективно» данное устройство? Ответ — да, и эта физическая величина называется индуктивностью.

Взаимная индуктивность — это влияние закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. См. (Рисунок), где простые катушки индуцируют ЭДС друг в друге.

Эти катушки могут вызывать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор. Их взаимная индуктивность M указывает на эффективность связи между ними.Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 вызывает ЭДС в катушке 2. (Обратите внимание, что «индуцированная» представляет собой наведенную ЭДС в катушке 2.)

Во многих случаях, когда геометрия устройств фиксирована, магнитный поток изменяется за счет изменения тока. Поэтому мы концентрируемся на скорости изменения тока как на причине индукции. Изменение тока в одном устройстве, катушка 1 на рисунке, вызывает в другом. Мы выражаем это в форме уравнения как

, где определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами.Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность, тем эффективнее связь. Например, катушки на (Рисунок) имеют меньшие размеры по сравнению с катушками трансформатора на (Рисунок). Единицы измерения are, который назван генри (H) в честь Джозефа Генри. То есть, .

Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток в катушке 2, мы индуцируем в катушке 1 ток, равный

где то же, что и для обратного процесса. Трансформаторы работают в обратном направлении с такой же эффективностью или взаимной индуктивностью .

Большая взаимная индуктивность может быть желательной, а может и нежелательной. Мы хотим, чтобы трансформатор имел большую взаимную индуктивность. Но такой прибор, как электрическая сушилка для одежды, может вызвать опасную ЭДС на корпусе, если взаимная индуктивность между его катушками и корпусом велика. Один из способов уменьшить взаимную индуктивность состоит в том, чтобы намотать катушки противотоком для подавления создаваемого магнитного поля. (См. (Рисунок).)

Нагревательные катушки электрической сушилки для белья могут быть намотаны в противоположную сторону, так что их магнитные поля нейтрализуют друг друга, что значительно снижает взаимную индуктивность по отношению к корпусу сушилки.

Самоиндукция, действие закона индукции Фарадея устройства на самого себя, также существует. Когда, например, увеличивается ток через катушку, магнитное поле и магнитный поток также увеличиваются, вызывая противоэдс, как того требует закон Ленца. И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, которая препятствует уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение магнитного потока полностью связано с изменением тока через устройство. Индуцированная ЭДС связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока.Выдается

, где — самоиндукция устройства. Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется индуктором и обозначено символом на (Рисунок).

Знак минус является выражением закона Ленца, означающего, что ЭДС препятствует изменению тока. Единицами самоиндукции являются генри (Гн), как и для взаимной индуктивности. Чем больше самоиндукция устройства, тем сильнее оно сопротивляется любому изменению тока через него. Например, большая катушка с множеством витков и железным сердечником имеет большой размер и не позволит току быстро меняться.Чтобы избежать этого эффекта, необходимо добиться небольшого сопротивления, например, за счет встречной намотки катушек, как показано на (Рисунок).

Индуктор 1 Гн — это большой индуктор. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим устройство, через которое протекает ток 10 А. Что произойдет, если мы попытаемся быстро отключить ток, возможно, всего за 1,0 мс? ЭДС, заданная параметром, будет противодействовать изменению. Таким образом, будет индуцирована ЭДС, заданная параметром . Положительный знак означает, что это большое напряжение направлено в том же направлении, что и ток, но противодействует его уменьшению.Такие большие ЭДС могут вызвать дуги, повредить коммутационное оборудование, и поэтому может потребоваться более медленное изменение тока.

Есть применение для такого большого наведенного напряжения. Во вспышках камеры используются батарея, два индуктора, которые работают как трансформатор, и система переключения или генератор для создания больших напряжений. (Помните, что нам нужно изменяющееся магнитное поле, вызванное изменяющимся током, чтобы вызвать напряжение в другой катушке.) Система генератора будет делать это много раз, когда напряжение батареи повышается до более чем тысячи вольт.(Вы можете услышать пронзительный вой от трансформатора, когда конденсатор заряжается.) Конденсатор сохраняет высокое напряжение для последующего использования для питания вспышки. (См. (Рисунок).)

Благодаря быстрому переключению катушки индуктивности можно использовать батареи 1,5 В для индукции ЭДС в несколько тысяч вольт. Это напряжение можно использовать для хранения заряда в конденсаторе для последующего использования, например, в насадке для вспышки камеры.

Можно произвести расчеты для индуктора, учитывая его геометрию (размер и форму) и зная создаваемое магнитное поле.В большинстве случаев это сложно из-за сложности создаваемого поля. Итак, в этом тексте индуктивность — это обычно заданная величина. Единственным исключением является соленоид, потому что он имеет очень однородное поле внутри, почти нулевое поле снаружи и простую форму. Поучительно вывести уравнение для его индуктивности. Начнем с того, что наведенная ЭДС определяется законом индукции Фарадея как и, согласно определению самоиндукции, как . Приравнивая эти доходности

Решение для дает

Это уравнение для самоиндукции устройства всегда верно.Это означает, что самоиндукция зависит от того, насколько эффективен ток для создания магнитного потока; чем эффективнее, тем больше /.

Давайте воспользуемся этим последним уравнением, чтобы найти выражение для индуктивности соленоида. Поскольку площадь соленоида фиксирована, изменение магнитного потока составляет. Чтобы найти, отметим, что магнитное поле соленоида равно. (Здесь, где — количество катушек, а — длина соленоида.) Меняется только ток, так что. Подстановка в дает

Это упрощается до

Это самоиндукция соленоида, имеющего площадь поперечного сечения и длину.Обратите внимание, что индуктивность зависит только от физических характеристик соленоида, в соответствии с его определением.

Расчет самоиндукции соленоида среднего размера

Рассчитайте самоиндукцию соленоида длиной 10,0 см и диаметром 4,00 см, который имеет 200 катушек.

Стратегия

Это прямое приложение, поскольку все величины в уравнении, кроме.

Решение

Используйте следующее выражение для самоиндукции соленоида:

Площадь поперечного сечения в этом примере равна 200, а длина равна 0.100 м. Мы знаем проницаемость свободного пространства. Подставляя их в выражение для дает

Обсуждение

Этот соленоид среднего размера. Его индуктивность около миллигенри также считается умеренной.

Одно из распространенных применений индуктивности используется в светофорах, которые могут определить, когда автомобили ждут на перекрестке. Электрическая цепь с индуктором размещается на дороге под местом остановки ожидающей машины. Кузов автомобиля увеличивает индуктивность, и схема изменяется, посылая сигнал на светофор, чтобы изменить цвет.Точно так же металлоискатели, используемые для безопасности аэропортов, используют ту же технику. Катушка или индуктор в корпусе металлоискателя действует как передатчик и как приемник. Импульсный сигнал в катушке передатчика вызывает сигнал в приемнике. На самоиндукцию цепи влияет любой металлический предмет на пути. Такие детекторы могут быть настроены на чувствительность, а также могут указывать приблизительное местонахождение обнаруженного на человеке металла. (Но они не смогут обнаружить пластиковую взрывчатку, подобную той, которая была обнаружена на «бомбардировщике в нижнем белье.») См. (Рисунок).

Знакомые ворота безопасности в аэропорту могут не только обнаруживать металлы, но и указывать их приблизительную высоту над полом. (Источник: Alexbuirds, Wikimedia Commons)

где — самоиндукция катушки индуктивности, а — скорость изменения тока через нее. Знак минус указывает на то, что ЭДС противодействует изменению тока, как того требует закон Ленца. Единицей самоиндукции и взаимной индуктивности является генри (H), где. Самоиндукция индуктора пропорциональна тому, насколько поток изменяется с Текущий.Для катушки индуктивности с поворотом —

, где — количество витков в соленоиде, — площадь его поперечного сечения, — длина и — проницаемость свободного пространства. Энергия, запасенная в катушке индуктивности, составляет

PDH Courses Online. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов. «

Рассел Бейли, П.E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации »

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

Очень быстро отвечаю на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с деталями Канзас

Авария City Hyatt.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

информативно и полезно

в моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материала до оплаты и

получает викторину «

Arvin Swanger, P.E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

очень понравилось »

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курса.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемые темы »

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

С

по «обычная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса содержали хорошее, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

доступный и простой для

использовать. Большое спасибо «.

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

Обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено. «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.Модель

тест действительно потребовал исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, которая мне нужна

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P.E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно »

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать, где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории »

Victor Ocampo, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

мой собственный темп во время моего утро

до метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

от ваш промо-адрес который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

Правила

. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

Сертификация

. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

в хорошем состоянии »

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

корпус курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на номер

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и всесторонний ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по моей линии

работы.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход, когда я подписываюсь и могу читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материал для изучения, а потом возвращаться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график. «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Dennis Fundzak, P.E.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за создание

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об EE для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, P.E.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в онлайн-викторине и получение сразу же

Сертификат

. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по номеру

много разные технические зоны за пределами

своя специализация без

надо путешествовать.»

Hector Guerrero, P.E.

Грузия

Индуктивность

Индуктивность — это свойство электрического проводника, благодаря которому изменение тока, протекающего через него, вызывает электромагнитное поле — ЭДС (э.д.с.) — и электродвижущую силу в самом проводе и в соседних проводниках за счет взаимной индуктивности.

Единица индуктивности — генри — H.

Цепь имеет индуктивность один генри , когда эл.м.ф. из один вольт индуцируется изменением тока со скоростью один ампер в секунду .

Индуцированное электромагнитное поле — EMF — в катушке может быть выражено как

EMF = -n dΦ / dt (1)

, где

EMF = электромагнитное поле — EMF (вольт)

n = витки

dΦ = изменение потока (webers, Wb)

dt = время (с)

В качестве альтернативы индуцированное электромагнитное поле — EMF — в катушке индуктивность L может быть выражена как

EMF = -L dI / dt (2)

где

L = индуктивность (генри, H)

dI = изменение тока (амперы )

dt = время (с)

Пример — индуктивность

ЭДС , индуцированная в катушке с 500 витками с изменением магнитного потока 30 мВт дюйм 30 мс можно рассчитать как

ЭДС = -500 (30 10 ^-3 Вт) / (30 10 ^-3 с)

= -500 Вольт

Индуктивность катушки

Для заполненной воздухом цилиндрической проволочной катушки индуктивность может быть рассчитана по эмпирической формуле

L = μ _o n ² A / (l + 0.45 г) (3)

где

μ _o = проницаемость для вакуума µ ₀ = 4π 10 ⁻⁷ Гн / м ≈ 1,2567 10 ⁻⁶ Гн / м

A = площадь поперечного сечения цилиндра (м ² )

n = количество витков провода

l = длина катушки (м)

d = диаметр катушки (м)

Уравнение справедливо для l> 0.5 д .

Как работает электродвижущая сила, ЭДС в индукторах

(Последнее обновление: 6 ноября 2020 г.)

Электродвижущая сила ЭДС:

ЭДС электродвижущей силы — Электродвижущая сила или ЭДС относится к напряжению, создаваемому батареей или изменяющимся магнитным полем. Противодействие ЭДС, также называемое обратным ЭДС, является связанным явлением, которое мы проиллюстрируем в этой анимации, разработанной National MagLab. Вот простая схема с батареей, красивым выключателем и лампочкой.Эта схема также снабжена проволочной катушкой, которая служит индуктором.

Катушки индуктивности накапливают энергию в виде магнитных полей, которые генерируются вокруг них, когда через них проходит ток. Их называют индукторами, потому что они индуцируют напряжение в своих катушках при изменении магнитного поля.

Когда цепь включена, ток начинает течь, электроны в токе создают магнитное поле вокруг провода, когда они движутся по нему, как показано этими синими стрелками, которые вы можете видеть на изображении, приведенном ниже.если провод сформирован в виде катушки, подобной этой катушке индуктивности, силовые линии магнитного поля сходятся в центре.

Вы знаете про индуктор? Это пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает энергию в магнитном поле, когда через него проходит ток. Когда ток течет через индуктор, он начинает накапливать энергию, и, конечно, требуется время, они постепенно нарастают до максимального магнитного поля, которое намного сильнее, чем поле вокруг прямой длины провода.

Давайте посмотрим на это еще раз, но на этот раз мы обратим более пристальное внимание на то, что происходит в проводнике в этой параллельной цепи: ток может проходить либо через индуктор, либо через лампочку.

Когда ток достигает этого перехода, он разделяется и течет как к индуктору, так и к лампочке. Сначала ток намного сильнее течет к лампочке. Это происходит потому, что по мере того, как магнитное поле в индукторе растет, оно индуцирует собственное напряжение по закону Фарадея, это называется электромагнитной индукцией.Таким образом, здесь индуктор создает обратную ЭДС, представленную этой желтой стрелкой. Обратная ЭДС всегда противодействует изменению, которое ее породило. Таким образом, в этом случае обратная ЭДС противодействует изменению, создаваемому включением цепи.

Он противодействует току, в результате, как вы можете видеть, обратная ЭДС эффективно отводит ток от индуктора к лампочке. Это заставляет лампочку загораться, но только на короткое время, когда магнитное поле вокруг индуктора достигает своего максимального поля, обратная ЭДС исчезает, и ток теперь способствует прохождению через индуктор, потому что лампа создает некоторое сопротивление току.то же явление происходит, когда магнитное поле сокращается.

Что происходит, когда мы размыкаем выключатель и снова останавливаем ток от батареи, обратная ЭДС противодействует изменению, которое ее вызвало. В этом случае изменение — это прекращение тока, поэтому противодействуя этому изменению, обратная ЭДС хочет поддерживать ток, который снова течет к лампочке, заставляя ее мигать, прежде чем она полностью исчезнет.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Объяснение

индукторов — Инженерное мышление

Узнайте, как работают индукторы, где мы их используем, почему мы их используем, различные типы и почему они важны.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство YouTube.

Помните, что электричество опасно и может быть смертельным, вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения любых электромонтажных работ.

Что такое индуктор?

Катушка индуктивности — это компонент электрической цепи, который накапливает энергию в своем магнитном поле.Он может высвободить это почти мгновенно. Возможность накапливать и быстро выделять энергию — очень важная функция, поэтому мы используем их во всех видах цепей.

В нашей предыдущей статье мы рассмотрели, как работают конденсаторы, чтобы прочитать НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ .

Как работает индуктор?

Во-первых, представьте, что вода течет по трубам. Эту воду нагнетает насос, который эквивалентен нашей батарее. Труба разделяется на две ветви, трубы эквивалентны нашим проводам.В одном ответвлении есть труба с переходником, из-за которого вода немного затрудняется протекать через нее, так что это эквивалентно сопротивлению в электрической цепи.

Электрическая схема индуктора.

Другая ветвь имеет встроенное водяное колесо. Гидравлическое колесо может вращаться, и вода, протекающая через него, заставляет его вращаться. Однако колесо очень тяжелое, поэтому для того, чтобы набрать скорость, требуется некоторое время, а вода должна постоянно давить на него, чтобы заставить его двигаться. Это эквивалент нашей катушки индуктивности.

Аналогия с водяным колесом

Когда мы впервые запускаем насос, вода потечет, и она хочет вернуться к насосу, так как это замкнутый контур, точно так же, как когда электроны покидают батарею, они текут, чтобы попытаться вернуться к другому. сторона батареи.

Пожалуйста, обратите внимание — в этих анимациях мы используем поток электронов, который изменяется от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный поток, который изменяется от положительного к отрицательному. Просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

через GIPHY

Как течет вода; он достигает ветвей и должен решить, какой путь выбрать. Вода толкает колесо, но колесу потребуется некоторое время, чтобы сдвинуться с места, и поэтому это добавляет большое сопротивление трубе, что затрудняет прохождение воды по этому пути, поэтому вода вместо этого пойдет по пути. редуктора, потому что он может протекать напрямую и намного легче возвращаться к насосу.

По мере того, как вода продолжает двигаться, колесо будет вращаться все быстрее и быстрее, пока не достигнет максимальной скорости.Теперь колесо не оказывает почти никакого сопротивления, поэтому вода может проходить по этому пути намного легче, чем по пути редуктора. Вода практически перестанет течь через редуктор и потечет через водяное колесо.

Когда мы выключаем насос, вода больше не поступает в систему, но водяное колесо движется так быстро, что не может просто остановиться, оно имеет инерцию. Продолжая вращаться, он теперь толкает воду и действует как насос. Вода будет течь по петле обратно сама по себе, пока сопротивление труб и редуктор не замедлит движение воды настолько, чтобы колесо перестало вращаться.

Таким образом, мы можем включать и выключать насос, и водяное колесо будет поддерживать движение воды в течение короткого времени во время перебоев.

Мы получаем очень похожий сценарий, когда мы подключаем индуктор параллельно резистивной нагрузке, такой как лампа.

Основы индуктивности.

Когда мы запитываем схему, электроны сначала проходят через лампу и питают ее, через индуктивность будет протекать очень небольшой ток, потому что ее сопротивление сначала слишком велико. Сопротивление уменьшится и позволит протекать большему току.В конце концов, индуктор почти не оказывает сопротивления, поэтому электроны предпочтут вернуться по этому пути к источнику питания, и лампа выключится.

Снижение сопротивления.

Когда мы отключаем источник питания, индуктор будет продолжать толкать электроны по петле и сквозь лампу, пока сопротивление не рассеет энергию.

Пример схемы при выключенном питании.

Что происходит с индуктором, чтобы он действовал таким образом?

Когда мы пропускаем электрический ток через провод, он создает вокруг себя магнитное поле.Мы можем убедиться в этом, разместив компасы вокруг провода. Когда мы пропускаем ток через провод, компасы будут двигаться и выравниваться по магнитному полю.

Пример компаса.

Когда мы меняем направление тока; магнитное поле меняет направление, и компасы также меняют направление, чтобы выровняться с ним. Чем больше тока мы пропускаем через провод, тем больше становится магнитное поле.

Компасы вокруг проволоки.

Когда мы наматываем провод в катушку, каждый провод снова создает магнитное поле, но теперь все они сливаются вместе и образуют более мощное магнитное поле.

Магнитное поле вокруг катушки.

Мы можем увидеть магнитное поле магнита, просто рассыпав несколько железных опилок на магнит, который показывает линии магнитного потока.

Магнитное поле

через GIPHY

При отключении электричества; магнитного поля нет, но когда мы подключаем источник питания, через катушку начинает течь ток, поэтому магнитное поле начинает формироваться и увеличиваться в размере до максимального размера.

Магнитное поле накапливает энергию.Когда электричество отключается, магнитное поле начинает коллапсировать, и поэтому магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая толкает электроны.

через GIPHY

На самом деле это произойдет невероятно быстро, мы просто замедлили анимацию, чтобы ее было легче увидеть и понять.

Почему это так?

Катушки индуктивности не любят изменения тока, они хотят, чтобы все оставалось прежним. Когда ток увеличивается, они пытаются остановить его с помощью противодействующей силы.Когда ток уменьшается, они пытаются остановить его, выталкивая электроны, чтобы попытаться сохранить его таким же, каким был.

Итак, когда цепь переходит из выключенного состояния во включенное, происходит изменение тока, он увеличивается. Индуктор попытается остановить это, чтобы создать противодействующую силу, известную как обратная ЭДС или электродвижущая сила, которая противодействует силе, которая ее создала. В этом случае через индуктор от батареи течет ток. Некоторый ток все еще проходит, и при этом он создает магнитное поле, которое будет постепенно увеличиваться.По мере его увеличения через катушку индуктивности будет течь все больше и больше тока, и обратная ЭДС исчезнет. Магнитное поле достигнет максимума, и ток стабилизируется. Индуктор больше не сопротивляется току и действует как обычный кусок провода. Это создает очень простой путь для обратного потока электронов к батарее, гораздо более легкий, чем прохождение через лампу, поэтому электроны будут проходить через индуктор, и лампа больше не будет светить.

Когда мы отключаем питание, индуктор понимает, что произошло уменьшение тока.Ему это не нравится, и он пытается поддерживать его постоянным, поэтому он выталкивает электроны, чтобы попытаться стабилизировать его, это включит свет. Помните, что магнитное поле аккумулировало энергию протекающих через него электронов и преобразует ее обратно в электрическую энергию, чтобы попытаться стабилизировать ток, но магнитное поле будет существовать только тогда, когда ток проходит через провод, и поэтому, когда ток уменьшается от Из-за сопротивления цепи магнитное поле разрушается до тех пор, пока не перестанет обеспечивать мощность.

Индуктор против резистора

Если мы подключили резистор и катушку индуктивности к осциллографу отдельными цепями, мы можем визуально увидеть эффекты. Когда ток не течет, линия постоянна и плоская на нуле. Но когда мы пропускаем ток через резистор, мы мгновенно получаем вертикальный график, а затем прямые линии и продолжаются до определенного значения. Однако, когда мы подключаем катушку индуктивности и пропускаем через нее ток, он не будет мгновенно подниматься вверх, он будет постепенно увеличиваться и образовывать изогнутый профиль, в конечном итоге продолжающийся с постоянной скоростью.

Когда мы останавливаем ток через резистор, он снова мгновенно падает, и мы возвращаем эту внезапную вертикальную линию к нулю. Но когда мы прекращаем прохождение тока через катушку индуктивности, ток продолжается, и мы получаем еще один изогнутый профиль до нуля. Это показывает нам, как индуктор сопротивляется начальному увеличению, а также пытается предотвратить уменьшение.

Кстати, мы подробно рассказали о текущих событиях в предыдущей статье, проверьте ЗДЕСЬ .

Как выглядят индукторы?

Катушки индуктивности на печатных платах будут выглядеть примерно так, как показано ниже.

Индукторы в печатных платах.

В основном, это просто медная проволока, намотанная на цилиндр или кольцо. У нас есть другие конструкции, у которых есть какой-то кожух, обычно это делается для экранирования его магнитного поля и предотвращения его взаимодействия с другими компонентами.

Мы увидим катушки индуктивности, представленные на технических чертежах с подобными символами.

Условные обозначения на технических чертежах.

Следует помнить, что все, что имеет витой провод, будет действовать как индуктор, включая двигатели, трансформаторы и реле.

Для чего мы используем индукторы?

• Мы используем их в повышающих преобразователях для увеличения выходного напряжения постоянного тока при уменьшении тока.
• Мы можем использовать их, чтобы перекрыть источник переменного тока и пропустить только постоянный ток.
• Мы используем их для фильтрации и разделения разных частот.
• Мы также используем их для трансформаторов, двигателей и реле.

Как измерить индуктивность

Измеряем индуктивность индуктора в единицах Генри, чем больше число; тем выше индуктивность.Чем выше индуктивность; Чем больше энергии мы можем сохранить и обеспечить, тем больше времени потребуется для создания магнитного поля и преодоления обратной ЭДС.

Конструкция индуктора

Вы не можете измерить индуктивность стандартным мультиметром, хотя вы можете получить некоторые модели со встроенной этой функцией, но она не даст наиболее точного результата, это может быть для вас нормально, зависит от того, что вы его используете для. Чтобы точно измерить индуктивность, нам нужно использовать измеритель RLC. Мы просто подключаем катушку индуктивности к устройству, и он запускает быстрый тест для измерения значений.

---

.