Что такое самоиндукция

Электроника начинающим

Привет, друзья мои  🙂

Сегодня мы будем рассматривать очень важное физическое явление, которое называется самоиндукция. Оно не просто интересное, а еще и крайне полезное, так как на этом эффекте основана работа очень многих устройств в электрике и радиотехнике, и в других статьях мы еще будем неоднократно возвращаться к этому материалу.

Итак, поехали…

Я дико извиняюсь за то что некоторые картинки были взяты из интернета: самому рисовать времени не было

Эффект самоиндукции возникает в моточных изделиях. Ну если проще, то в катушках. Конечно они могут быть разными и по количеству витков и по диаметру, но общей сути это не меняет: катушка создает внутри себя электромагнитное поле. Была, кстати, статья, которая так и называлась: ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ и там уже подымалась тема катушек в виде электромагнитов и трансформаторов, но сейчас мы копнем чуть глубже…

Что такое самоиндукция

Ну как-бы все эти понятия как Индукция, ЭДС, Самоиндукция мы когда-то уже проходили в средней школе… И формулы там всякие были и прочее… Согласен- все это было жутко непонятно и не интересно и поэтому мы все это совершенно забыли  🙂

Ну что-же, придется вспоминать… Просьба не пугаться- мы тут никакими расчетами заниматься не будем- нас все эти вещи интересуют исключительно с практической точки зрения  🙂

В общем начнем с самого начала: как уже и был разговор в вышеупомянутой чуть ранее статье- мы подали на катушку ток и внутри катушки возникло электромагнитное поле. Причем это будет не просто поле- внутри катушки возникает, так называемый, индукционный ток.

Так вот: жил когда-то такой господин-товарищ Эмилий Христианович Ленц ( 1804-1865), который совершенно четко и однозначно установил следующее: индукционный ток, возникающий в катушке, направлен так, чтобы своим электромагнитным полем противодействовать направлению тока в катушке. Ну а если по-проще, то выходит что катушка как-бы сопротивляется тому, чтобы через нее ток пропускали.

Чуть позже еще один ученый, по имени Джозеф Генри, состряпал вот такую экспериментальную установку:

И наглядно доказал что лампочка, включенная в цепь через катушку, зажигается чуть медленнее, чем лампочка включенная напрямую.

По сути это явление можно сравнить с инертностью- мы подаем ток через дроссель и дроссель какое-то время сопротивляется прохождению через него тока. Конечно-же чем выше индуктивность дросселя, тем и сопротивление будет больше.

Что такое инертность- тут долго объяснять, думаю, не надо… Самый просто пример: грузовая машина- чем больше в ней груза, тем она тяжелее, соответственно и разогнать ее будет сложнее (инертность будет иметь встречное направление).

Чувствуете куда я клоню? 🙂 Да, все верно: чем тяжелее машина, тем и остановить ее будет сложнее- даже если мы всю резину сожжем при торможении, она все равно еще какое-то время будет по инерции двигаться.

Так вот, друзья мои- примерно тоже самое происходит и внутри катушки: при уменьшении тока через нее, тоже возникнет индукционный ток, но он уже будет направлен в встречном направлении.

С точки зрения теории, физики и прочих «заумностей» для  тока самоиндукции есть различные формулы, позволяющие рассчитать все эти напряжения и токи, однако, в данный момент, нас все это не интересует- нам нужно обратить внимание на всего-лишь два момента:
1. Ток самоиндукции возникает лишь в момент изменения проходящего через катушку тока и он всегда направлен навстречу.
2. Ток самоиндукции сильно зависит от параметров самой катушки и иногда даже может намного превышать подаваемый на нее ток.

Разрешите я Вас еще чуть-чуть «загружу» теорией, но потом будут разъяснения, которые все расставят по своим местам?  🙂

Мы, как электронщики, знаем что ток может быть переменным и постоянным.
Переменный ток так и назвали потому что он постоянно меняется. Что будет если его пропустить через катушку? Да, все верно: внутри катушки возникнет самоиндукция, которая будет направлена на встречу. Но, по большому счету, мы ее просто не заметим- в момент нарастания тока катушка будет сопротивляться, а в момент падения- наоборот компенсировать падение. И в результате мы ничего не потеряем, а получим всего-лишь (возможно) небольшой разогрев самой катушки и дополнительную нагрузку в цепи.
При включении в цепь постоянного тока, эффект самоиндукции вообще будет иметь временное значение- он проявиться лишь в момент включения- выключения.

Согласен, пока все это выглядит очень и очень непонятно, так что реальные примеры   🙂

 Система зажигания автомобиля. Самый наипростейший вариант, так сказать…

А вот классическая схема включения:

Как она работает: с аккумулятора на нее приходит напряжение +12V, которое, пройдя через первичную обмотку поступает на прерыватель, расположенный в распределителе зажигания. В момент разрыва контактов в прерывателе, на вторичной (высоковольтной) обмотке возникает высокое напряжение, которое, собственно, мы и наблюдаем в виде искры.

По сути это устройство является повышающим трансформатором, так что все это дело можно рассмотреть в виде упрощенной схемы:

Когда контакты прерывателя замкнуты, то в этот момент совершенно ничего не происходит- напряжение на первичной обмотке постоянное, магнитного поля нет, на вторичной обмотке тоже ничего не будет. Первичная обмотка имеет довольно высокое сопротивление, так что дополнительной нагрузки в бортовую сеть она особо не внесет, да и помимо всего еще и на входе имеется резистор проволочный.

А вот когда контакты размыкаются, вот тут-то и начинается самый интересный процесс!…
В момент размыкания возникает резкое падение напряжения в первичной катушке. За счет самоиндукции она выдаст бросок энергии, а так как индуктивность у нее достаточно высокая, то и выбор энергии будет довольно большим. Конечно-же это создаст большущее магнитное поле, которое и произведет наводку на высоковольтную обмотку.

В общем все до невозможности просто и все проверено годами на практике. Есть, конечно, небольшой побочный эффект в виде искрения контактов, но он легко устраним если параллельно контактам включить конденсатор.

Ха!!! Скажите Вы: да это все прошлый век!! Контактное зажигание уже давно нигде не используется- сейчас электроника везде!!

Ну, да, согласен, да вот только общий принцип совершенно не изменился- вместо контактов устанавливается мощный транзистор, а чтобы его не убило обратным током, то он должен быть со встроенным диодом

Ну или диод может располагаться и где-нибудь снаружи, но он в любом случае необходим.

То же самое можно сказать и про электромагнитные реле- ведь обмотка в нем это, ведь, тоже катушка и она тоже может выдать выброс ЭДС самоиндукции, которая пробьет коммутирующий транзистор. Так что и здесь всегда устанавливается диод

Немного усложним схему: возьмем катушку, пропустим через нее постоянный ток, на выходе поставим коммутирующий транзистор и в точке соединения катушки и транзистора установим диод. В общем вот так все это будет выглядеть:

Я тут пару графиков приложил, так что пояснения:
1. На базу транзистора будем подавать переменный сигнал. Не важно какой он там будет- простейшая синусоида или более сложный
2. В точке соединения катушки и транзистора у нас возникнет следующее:
* Будет постоянное напряжение, равное подаваемому
* К этому напряжению прибавятся импульсы, возникшие в катушке за счет самоиндукции.

Улавливаем мысль? 🙂  Если все это дело выпрямить при помощи диода, то на выходе его будет напряжение равное сумме подаваемого на вход + выпрямленные импульсы. Ну то есть мы реально можем увеличить постоянное напряжение, а за счет регулировки подаваемого на базу транзистора сигнала, еще и управлять им (увеличивать, уменьшать и стабилизировать)!
На практике синусоидальный сигнал в таких схемах применяется крайне редко- обычно используются импульсы. Именно поэтому данная схема получила название импульсный преобразователь.

Ну что, друзья мои? Надеюсь я Вас убедил что самоиндукция это чрезвычайно важное явление? 🙂
Да, эффект самоиндукции возникает во всех устройствах, в которых используются моточные изделия, и его в обязательном порядке приходится учитывать- если где-то он приносит пользу, то где-то он и наоборот может причинить вред…

Ну а для в качестве продолжения темы- вот другие статьи, связанные с катушками и самоиндукцией:
* LC контур

На этом разрешите закончить, удачи!!  🙂