ข่าว

หลักการทำงานของตัวเหนี่ยวนำนั้นเป็นนามธรรมมาก เพื่ออธิบายว่าความเหนี่ยวนำคืออะไร เราเริ่มต้นจากปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐาน

1. ปรากฏการณ์สองประการและกฎหนึ่งข้อ: แม่เหล็กที่เกิดจากไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแม่เหล็ก และกฎของเลนซ์

1.1 ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

มีการทดลองในฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย: เมื่อเข็มแม่เหล็กขนาดเล็กวางติดกับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า ทิศทางของเข็มแม่เหล็กขนาดเล็กจะเบี่ยงเบนไป ซึ่งบ่งชี้ว่ามีสนามแม่เหล็กรอบกระแส ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก เออร์สเตด ในปี 1820

ถ้าเราหมุนตัวนำให้เป็นวงกลม สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแต่ละวงกลมของตัวนำสามารถทับซ้อนกันได้ และสนามแม่เหล็กโดยรวมจะแข็งแกร่งขึ้น ซึ่งสามารถดึงดูดวัตถุขนาดเล็กได้ ในรูปขดลวดจะมีกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 2~3A โปรดทราบว่าลวดเคลือบมีขีดจำกัดกระแสไฟที่กำหนด ไม่เช่นนั้นลวดเคลือบจะละลายเนื่องจากอุณหภูมิสูง

2. ปรากฏการณ์สนามแม่เหล็ก

ในปี พ.ศ. 2374 ฟาราเดย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ค้นพบว่าเมื่อส่วนหนึ่งของตัวนำของวงจรปิดเคลื่อนที่ไปตัดสนามแม่เหล็ก จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นบนตัวนำนั้น ข้อกำหนดเบื้องต้นคือวงจรและสนามแม่เหล็กอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงเรียกว่าสนามแม่เหล็กแบบ "ไดนามิก" และกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นเรียกว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

เราสามารถทำการทดลองกับมอเตอร์ได้ ในมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านกระแสตรงทั่วไป ส่วนสเตเตอร์จะเป็นแม่เหล็กถาวร และส่วนโรเตอร์เป็นตัวนำคอยล์ การหมุนโรเตอร์ด้วยตนเองหมายความว่าตัวนำกำลังเคลื่อนที่เพื่อตัดเส้นแรงแม่เหล็ก การใช้ออสซิลโลสโคปเชื่อมต่อขั้วไฟฟ้าทั้งสองของมอเตอร์ ทำให้สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นตามหลักการนี้

3. กฎของเลนซ์

กฎของเลนซ์: ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กคือทิศทางที่ตรงข้ามกับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

ความเข้าใจง่ายๆ ของประโยคนี้คือ: เมื่อสนามแม่เหล็ก (สนามแม่เหล็กภายนอก) ของสภาพแวดล้อมของตัวนำแรงขึ้น สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอก ส่งผลให้สนามแม่เหล็กทั้งหมดโดยรวมอ่อนกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็ก เมื่อสนามแม่เหล็ก (สนามแม่เหล็กภายนอก) ของสภาพแวดล้อมของตัวนำอ่อนลง สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะอยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอก ส่งผลให้สนามแม่เหล็กทั้งหมดโดยรวมแข็งแกร่งกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก

กฎของเลนซ์สามารถใช้เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรได้

2. ขดลวดท่อเกลียว – อธิบายวิธีการทำงานของตัวเหนี่ยวนำ ด้วยความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์สองประการข้างต้นและกฎหนึ่งข้อ เรามาดูกันว่าตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างไร

ตัวเหนี่ยวนำที่ง่ายที่สุดคือขดลวดท่อเกลียว:

สถานการณ์ระหว่างการเปิดเครื่อง

เราตัดส่วนเล็กๆ ของท่อเกลียวและมองเห็นขดลวด 2 เส้น ขดลวด A และขดลวด B:

ในระหว่างกระบวนการเปิดเครื่อง สถานการณ์จะเป็นดังนี้:

①คอยล์ A ไหลผ่านกระแส โดยสมมติว่าทิศทางของมันดังที่แสดงโดยเส้นทึบสีน้ำเงิน ซึ่งเรียกว่ากระแสกระตุ้นภายนอก
2 ตามหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสกระตุ้นภายนอกจะสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเริ่มแพร่กระจายไปในพื้นที่โดยรอบและครอบคลุมขดลวด B ซึ่งเทียบเท่ากับขดลวด B ที่ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก ดังที่แสดงโดยเส้นประสีน้ำเงิน
3 ตามหลักการของแมกนีโตอิเล็กทริก กระแสเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้นในคอยล์ B และทิศทางของมันจะดังที่แสดงโดยเส้นทึบสีเขียว ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับกระแสกระตุ้นภายนอก
④ตามกฎของ Lenz สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะต่อต้านสนามแม่เหล็กของกระแสกระตุ้นภายนอก ดังที่แสดงโดยเส้นประสีเขียว

สถานการณ์หลังเปิดเครื่องมีเสถียรภาพ (DC)

หลังจากที่การเปิดเครื่องมีเสถียรภาพ กระแสกระตุ้นภายนอกของคอยล์ A จะคงที่ และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นก็จะคงที่เช่นกัน สนามแม่เหล็กไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับขดลวด B ดังนั้นจึงไม่มีสนามแม่เหล็ก และไม่มีกระแสไฟฟ้าแสดงด้วยเส้นทึบสีเขียว ในเวลานี้ตัวเหนี่ยวนำจะเทียบเท่ากับการลัดวงจรสำหรับการกระตุ้นภายนอก

3. ลักษณะของการเหนี่ยวนำ: กระแสไม่สามารถเปลี่ยนแปลงกะทันหันได้

หลังจากที่เข้าใจวิธีการแล้วตัวเหนี่ยวนำมาดูลักษณะที่สำคัญที่สุดของมันกันดีกว่า - กระแสในตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงกะทันหันได้

ในรูป แกนนอนของเส้นโค้งด้านขวาคือเวลา และแกนแนวตั้งคือกระแสบนตัวเหนี่ยวนำ ช่วงเวลาที่ปิดสวิตช์ถือเป็นจุดกำเนิดของเวลา

จะเห็นได้ว่า:1. ในขณะที่สวิตช์ปิดอยู่ กระแสไฟฟ้าบนตัวเหนี่ยวนำคือ 0A ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเหนี่ยวนำที่กำลังวงจรเปิด เนื่องจากกระแสที่เกิดขึ้นทันทีมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะสร้างกระแสเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ (สีเขียว) เพื่อต้านทานกระแสกระตุ้นภายนอก (สีน้ำเงิน)

2. ในกระบวนการถึงสภาวะคงตัว กระแสของตัวเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนแปลงแบบทวีคูณ

3. หลังจากถึงสถานะคงตัว กระแสบนตัวเหนี่ยวนำคือ I=E/R ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเหนี่ยวนำที่ลัดวงจร

4. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สัมพันธ์กับกระแสเหนี่ยวนำคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งทำหน้าที่ต่อต้าน E จึงเรียกว่า Back EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ)

4. ตัวเหนี่ยวนำคืออะไร?

ตัวเหนี่ยวนำใช้เพื่ออธิบายความสามารถของอุปกรณ์ในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน ยิ่งความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันมีมากขึ้น ความเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน

สำหรับการกระตุ้นกระแสตรง ตัวเหนี่ยวนำจะอยู่ในสถานะลัดวงจรในที่สุด (แรงดันไฟฟ้าคือ 0) อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการเปิดเครื่อง แรงดันและกระแสไม่เป็น 0 ซึ่งหมายความว่ามีไฟฟ้าอยู่ กระบวนการสะสมพลังงานนี้เรียกว่าการชาร์จ โดยจะเก็บพลังงานนี้ไว้ในรูปแบบของสนามแม่เหล็กและปล่อยพลังงานเมื่อจำเป็น (เช่น เมื่อการกระตุ้นภายนอกไม่สามารถรักษาขนาดกระแสให้อยู่ในสถานะคงที่ได้)

ตัวเหนี่ยวนำเป็นอุปกรณ์เฉื่อยในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า อุปกรณ์เฉื่อยไม่ชอบการเปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับมู่เล่ในไดนามิก มันยากที่จะเริ่มหมุนในตอนแรก และเมื่อมันเริ่มหมุน มันก็ยากที่จะหยุด กระบวนการทั้งหมดจะมาพร้อมกับการแปลงพลังงาน

หากสนใจกรุณาเยี่ยมชมเว็บไซต์www.tclmdcoils.com.