§ 1.1.2.7. Самоіндукція, індуктивність. Взаємоіндукція. Вихрові струми

Якщо коло котушки вмикати чи вимикати або пропускати через котушку змінний струм, то змінюватиметься магнітне поле котушки, воно буде перетинати витки котушки, женучи при цьому її вільні електрони. Внаслідок цього на виводах з'явиться е.р.с. самоіндукції, яка визначається за формулою

де — швидкість зміни струму (мінус тому, що е.р.с. самоіндукції протидіє напрузі). Це явище і є самоіндукція.

Індуктивність котушки вимірюється у генрі - Ом*с і визначається за формулою

де w — кількість витків.

Індуктивність котушки (обмотки) показує, як змінюється її опір при зміні в ній сили струму.

Електрорушійна сила самоіндукції діє таким чином.

1. При вимиканні обмоток і дроселів створюється явище самоіндукції. Накопичена магнітна енергія перетворюється в елек­тричну, її е.р.с. додається до напруги, і між контактами вимикачів збільшується різниця потенціалів, тому виникає іскра. Це явище використовується у системах запалювання двигунів автомобілів і в схемах люмінесцентних ламп.

2. Коли по обмотці тече змінний струм, то внаслідок зміни магнітного поля обмотки виникає е.р.с. самоіндукції, яка протидіє напрузі і створює реактивний опір. Він збільшує спільний опір електричного пристрою.

Реактивний опір буде тим більший, чим більше ненасиченого осердя в обмотці. Енергія магнітного поля визначається за фор­мулою

Наприклад, котушка з осердям та без нього має на постійному струмі опір 18 Ом. На змінному струмі ця сама котушка без осердя має опір 25 Ом, а з осердям — 250 Ом. У деяких зварювальних трансформаторах за допомогою рухливого осердя регулюють силу зварювального струму.

Явище взаємоіндукції полягає в тому, що якщо в одній з близько розташованих котушок змінюється сила струму, то на виводах іншої виникає е.р.с. взаємоіндукції внаслідок того, що магнітне поле однієї котушки, рухаючись, перетинає витки іншої котушки. Явище взаємоіндукції використовується у трансформа­торах. Електрорушійна сила взаємоіндукції вимірюється в генрі і визначається за формулою

де М — взаємоіндуктивність.

Вихрові струми (струми Фуко) виникають у суцільних металевих осердях, вміщених у котушки зі змінним струмом від дії інду­кованих е.р.с. Вихрові струми нагрівають осердя. Щоб зменшити нагрівання осердя трансформаторів, електричних машин і апа­ратів, їх складають з окремих листів сталі, ізольованих один від одного.

Вихрові струми використовують в електролічильниках, в елек­троплавильних печах.

§ 1.1.2.8. Магнітне коло. Магнітопровід

У трансформаторах, електричних машинах та електричних апа­ратах магнітні силові лінії вміщуються у магнітному колі — магнітопроводі, якшо він ненасичений, що відповідає номіналь­ному режиму. Але якщо сила струму може зрости і перевищити номінальну, тоді магнітне поле може зрости настільки, що не буде вміщуватися у магнітопроводі, бо магнітопровід стане на­сиченим. Такий режим називають перевантаженням.

Перевантаження характеризується тим, що частина магнітного поля, яка не вмістилася у магнітопроводі, потрапляє у повітря з дуже великим магнітним опором. Внаслідок цього значно збіль­шуються неефективні витрати магнітної енергії і зменшується коефіцієнт корисної дії електричного пристрою. Це має місце при пуску асинхронних двигунів, коли великий пусковий струм супроводжується малою силою тяги, тому що магнітопровід пе­ренасичений. Якщо пристрій працює на змінному струмі, то при насиченні осердя зменшується реактивний опір обмотки прис­трою, що призводить до збільшення значення сили струму, а це шкідливо для пристрою. Так, побутові трансформатори, які пе­ретворюють подану на них напругу на нижчу, не можна вико­ристовувати для підвищення напруги, оскільки вони мають малий магнітопровід, який навіть у режимі холостого ходу перенасичу­ється. Тому обмотка низької напруги споживає у режимі холостого ходу надмірну силу струму, а напруга на вторинній обмотці має значення нижче за номінальне.

К О Н Т Р О Л Ь Н І З А П И Т А Н Н Я

1. Як визначають напрям магнітних силових ліній?

2. Охарактеризуйте магнітні величини (магнітний потік, магнітну індукцію, намагнічувальну силу, напруженість магнітного поля, абсолютну магнітну проникність, відносну магнітну проникність, магнітний опір).

2. Які процеси виникають при перемагнічуванні сталевого осердя?

3. Як відбувається перетворення електричної енергії в механічну?

4. Як відбувається перетворення механічної енергії в електричну?

2. Охарактеризуйте явища самоіндукції, індуктивності, взаємоіндук­ції, вихрових струмів.