Arbejdsprincippet for induktans er meget abstrakt. For at forklare, hvad induktans er, tager vi udgangspunkt i det grundlæggende fysiske fænomen.
1. To fænomener og én lov: elektricitetsinduceret magnetisme, magnetisme-induceret elektricitet og Lenz's lov
1.1 Elektromagnetisk fænomen
Der er et eksperiment i gymnasiefysik: Når en lille magnetisk nål placeres ved siden af en leder med strøm, afbøjes retningen af den lille magnetiske nål, hvilket indikerer, at der er et magnetfelt omkring strømmen. Dette fænomen blev opdaget af den danske fysiker Ørsted i 1820.
Hvis vi vikler lederen ind i en cirkel, kan de magnetiske felter, der genereres af hver cirkel i lederen, overlappe hinanden, og det samlede magnetfelt vil blive stærkere, hvilket kan tiltrække små genstande. På figuren er spolen aktiveret med en strøm på 2~3A. Bemærk, at den emaljerede ledning har en nominel strømgrænse, ellers vil den smelte på grund af høj temperatur.
2. Magnetoelektricitetsfænomen
I 1831 opdagede den britiske videnskabsmand Faraday, at når en del af lederen i et lukket kredsløb bevæger sig for at skære magnetfeltet, vil der blive genereret elektricitet på lederen. Forudsætningen er, at kredsløbet og magnetfeltet er i et relativt skiftende miljø, så det kaldes "dynamisk" magnetoelektricitet, og den genererede strøm kaldes induceret strøm.
Vi kan lave et eksperiment med en motor. I en almindelig DC-børstet motor er statordelen en permanent magnet, og rotordelen er en spoleleder. Manuel rotation af rotoren betyder, at lederen bevæger sig for at skære de magnetiske kraftlinjer. Ved at bruge et oscilloskop til at forbinde motorens to elektroder kan spændingsændringen måles. Generatoren er lavet ud fra dette princip.
3. Lenz's lov
Lenz's lov: Retningen af den inducerede strøm genereret af ændringen af magnetisk flux er den retning, der modsætter sig ændringen af magnetisk flux.
En simpel forståelse af denne sætning er: når det magnetiske felt (ydre magnetfelt) i lederens miljø bliver stærkere, er det magnetiske felt, der genereres af dens inducerede strøm, modsat det eksterne magnetfelt, hvilket gør det samlede totale magnetfelt svagere end det eksterne magnetfelt. magnetisk felt. Når det magnetiske felt (ydre magnetfelt) i lederens miljø bliver svagere, er det magnetiske felt, der genereres af dens inducerede strøm, modsat det eksterne magnetfelt, hvilket gør det samlede samlede magnetfelt stærkere end det eksterne magnetfelt.
Lenz's lov kan bruges til at bestemme retningen af den inducerede strøm i kredsløbet.
2. Spiralrørspole – forklarer, hvordan induktorer virker Med kendskab til ovenstående to fænomener og én lov, lad os se, hvordan induktorer virker.
Den enkleste induktor er en spiralrørspole:
Situation under tænding
Vi skærer en lille del af spiralrøret og kan se to spoler, spole A og spole B:
Under opstartsprocessen er situationen som følger:
① Spole A passerer gennem en strøm, idet det antages, at dens retning er som vist med den blå optrukne linje, som kaldes den eksterne excitationsstrøm;
②I henhold til princippet om elektromagnetisme genererer den eksterne excitationsstrøm et magnetfelt, som begynder at sprede sig i det omgivende rum og dækker spole B, hvilket svarer til spole B, der skærer de magnetiske kraftlinjer, som vist med den blå stiplede linje;
③I henhold til princippet om magnetoelektricitet genereres en induceret strøm i spole B, og dens retning er som vist med den grønne optrukne linje, som er modsat den eksterne excitationsstrøm;
④I henhold til Lenz' lov skal det magnetiske felt, der genereres af den inducerede strøm, modvirke magnetfeltet i den eksterne excitationsstrøm, som vist med den grønne stiplede linje;
Situationen efter opstart er stabil (DC)
Efter at strømmen er stabil, er den eksterne excitationsstrøm af spole A konstant, og det magnetiske felt, den genererer, er også konstant. Magnetfeltet har ingen relativ bevægelse med spole B, så der er ingen magnetoelektricitet, og der er ingen strøm repræsenteret af den grønne optrukne linje. På dette tidspunkt svarer induktoren til en kortslutning for ekstern excitation.
3. Karakteristik af induktans: strøm kan ikke ændre sig pludseligt
Efter at have forstået, hvordan eninduktorvirker, lad os se på dens vigtigste egenskab – strømmen i induktoren kan ikke ændre sig pludseligt.
På figuren er den vandrette akse af den højre kurve tid, og den lodrette akse er strømmen på induktoren. Det øjeblik, kontakten lukkes, tages som udgangspunkt for tiden.
Det kan ses, at: 1. I det øjeblik, kontakten lukkes, er strømmen på induktoren 0A, hvilket svarer til, at induktoren er åben. Dette skyldes, at den øjeblikkelige strøm ændrer sig kraftigt, hvilket vil generere en enorm induceret strøm (grøn) for at modstå den eksterne excitationsstrøm (blå);
2. I processen med at nå en stabil tilstand ændres strømmen på induktoren eksponentielt;
3. Efter at have nået en stabil tilstand er strømmen på induktoren I=E/R, hvilket svarer til, at induktoren er kortsluttet;
4. Svarende til den inducerede strøm er den inducerede elektromotoriske kraft, som virker til at modvirke E, så den kaldes Back EMF (omvendt elektromotorisk kraft);
4. Hvad er induktans egentlig?
Induktans bruges til at beskrive en enheds evne til at modstå strømændringer. Jo stærkere evnen er til at modstå strømændringer, jo større er induktansen og omvendt.
For DC-excitering er induktoren i sidste ende i en kortslutningstilstand (spændingen er 0). Men under opstartsprocessen er spændingen og strømmen ikke 0, hvilket betyder, at der er strøm. Processen med at akkumulere denne energi kaldes opladning. Det gemmer denne energi i form af et magnetfelt og frigiver energi, når det er nødvendigt (såsom når ekstern excitation ikke kan opretholde den nuværende størrelse i en stabil tilstand).
Induktorer er inertianordninger i det elektromagnetiske felt. Inertialenheder kan ikke lide ændringer, ligesom svinghjul i dynamik. De er svære at begynde at spinde i starten, og når de først begynder at spinde, er de svære at stoppe. Hele processen er ledsaget af energiomdannelse.
Hvis du er interesseret, så besøg venligst hjemmesidenwww.tclmdcoils.com.
Indlægstid: 29-jul-2024
