Самоиндукция и взаимоиндукция

При пропускании прерываемого тока через обмотки электромагнитов было замечено, что искорки при замыкании контактов всегда значительно меньше, чем при размыкании. Причина этого заключается в том, что возникновение или исчезновение тока даже в одной только обмотке сопровождается появлением в ее витках наведенной э. д. с., причем полярность этой э. д. с. всегда такова, чтобы противодействовать изменениям тока.

Это явление получило название самоиндукции, или индуктивности. При замыкании цепи э. д. с. самоиндукции направлена навстречу э. д. с. источника первичного напряжения, вследствие чего нарастание силы тока в обмотке от нуля до установившегося постоянного значения несколько замедляется. При размыкании э. д. с. самоиндукции имеет обратный знак и,  суммируясь с первичным напряжением, стремится поддержать разрываемый ток, что и проявляется в значительно большем искрении размыкания.

Индуктивность разных катушек различна. Ее измеряют в специальных единицах - генри (гн) и более мелких — миллигенри (мгн), равных 10-3 гн, микрогенри (мкгн), равных 10-6 гн, и сантиметрах (см), равных 10-9 гн. Следует отметить, что сантиметры самоиндукции не могут быть связаны с сантиметрами длины какими-нибудь достаточно наглядными физическими представлениями, и название это установлено для единиц самоиндукции только на основании соотношения размерностей определяющих ее физических величин. В зарубежной литературе генри, миллигенри, микрогенри и сантиметры обозначаются соответственно Н, тН, μH и cm.

Самоиндукция проявляется лишь при изменениях силы проходящего через катушку тока, причем величина э. д. с. самоиндукции зависит от устройства катушки и от скорости изменения тока.

Самоиндукцией в 1 гн обладает такая катушка, на концах обмотки которой, помимо обусловленного ее омическим сопротивлением падения напряжения, возникает дополнительно наведенная э. д. с. в 1 в при равномерном изменении силы проходящего тока на 1 а в секунду. В практике применяются катушки с самыми разнообразными значениями самоиндукции: от сотен генри до сантиметров, причем в сантиметрах чаще приходится выражать самоиндукцию уже не катушек, а прямолинейных проводов, которые тоже обладают некоторой, как говорят, распределенной индуктивностью. Коэффициенты самоиндукции чаще всего обозначают буквой L с соответствующими индексами (L1, L2 и т. д.).

При взаимодействии изменяющихся магнитных полей двух катушек имеет место явление взаимной индукции, учитываемое с помощью коэффициента взаимоиндукции М.

Единицы измерения взаимной индукции те же, что и самоиндукции.

Расчет величины индуктивности (самоиндукции или коэффициента самоиндукции катушек — эти термины являются синонимами) производится по формулам, связывающим индуктивность L см с числом витков п и размерами катушек, причем формулы эти различны для катушек разных типов.

 

На рис. 12 приводятся катушки нескольких разновидностей, не имеющие магнитных сердечников. Для однослойных цилиндрических катушек (о) применяется формула Нагаока

Самоиндукция и взаимоиндукция

Переменный коэффициент k нужно брать из приведенного графика.

Самоиндукция и взаимоиндукция

Рис. 12. Расчеты самоиндукции катушек по их размерам и числу витков.

Самоиндукция плоской спиральной катушки (б) рассчитывается по формуле

Самоиндукция и взаимоиндукция

где

Самоиндукция и взаимоиндукция

 

Многослойные катушки (b) рассчитывают по формуле

Самоиндукция и взаимоиндукция

Значения всех входящих в формулы величин ясны из рисунка 12.

При введении в катушки специальных магнитных сердечников их индуктивность возрастает.

Так же, как конденсаторы и сопротивления, катушки можно соединять последовательно, параллельно и смешанным образом, причем если соединяемые катушки расположены так, чтобы их магнитные поля не могли взаимодействовать (например, катушки разнесены подальше друг от друга или ориентированы взаимно перпендикулярно), то расчет ведется по формулам соединения сопротивлений с заменой лишь обозначений R на L.

Если же катушки своими магнитными полями действуют одна на другую, то эквивалентная индуктивность должна быть увеличена или уменьшена на величину удвоенного коэффициента взаимной индукции в зависимости от взаиморасположения магнитных полей. Так, например, у вариометра, представляющего собой последовательно соединенные катушки индуктивности L1 и L2, из которых одну можно поворачивать внутри другой на 180° так, чтобы их магнитные поля совпадали или были направлены навстречу друг другу, самоиндукция изменяется в пределах от L1+L2+2M до L1 + L2— 2М, т. е. на величину 4M. Для плавного регулирования самоиндукции иногда применяют ни с чем не соединенное металлическое кольцо ("короткозамкнутый виток") или сплошной диск, вращаемые внутри катушки, либо вводимые в ее поле снаружи. Самоиндукция такой системы минимальна, когда виток или металл расположен относительно катушки таким образом, чтобы его пронизывало наибольшее число линий ее магнитного поля, так как при этом наведенные токи своими (вторичными) полями уменьшают поле катушки. При расположении плоскости витка или диска вдоль линий первичного поля такой реакции нет, и самоиндукция системы максимальна. Ступенчатое регулирование индуктивности можно производить включением большего или меньшего числа витков, для чего у катушек делают отводы.

Смотрите также