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インダクタンスの基本1-「ワイヤー」が「ループ」に巻かれているときのインダクタンスはなぜですか?インダクタンスとは何ですか?

  • 著者:Roger
  • 発行::2021-01-13

インダクタンスの動作原理は非常に抽象的です。インダクタンスとは何かを説明するために、基本的な物理現象から始めます。


1つ、2つの現象と法則-電気による磁気、磁気による電気とレンツの法則

1.電磁現象

高校の物理学で実験がありました:小さな磁気針が通電された導体の隣に置かれ、小さな磁気針の方向が偏向されました。これは、電流の周りに磁場があることを示しています。この現象は、1820年にデンマークの物理学者Oerstedによって発見されました。

図1-通電された導体の周りに磁場があります(直線)

導体を円状に巻くと、導体の各円から発生する磁場が重なり、全体の磁場が強くなり、小さな物体を引き付けることができます。図では、コイルの電流は2〜3Aです。エナメル線には定格電流制限があることに注意してください。そうしないと、高温で溶けてしまいます。

図2-通電された導体(コイル)は小さな物体を引き付けます

2.(動的)磁気

1831年、英国の科学者ファラデーは、閉回路の導体の一部が切断磁場を実行すると、導体で電気が生成されることを発見しました。前提条件は、回路と磁場が比較的変化する環境にあることです。したがって、それは「移動」磁気と呼ばれ、生成された電流は誘導電流と呼ばれます。

モーターで実験することができます。一般的に、一般的なDCブラシモーターは、ステーターに永久磁石があり、ローターにコイル導体があります。ローターを手動で回転させると、導体が磁力線を切断します。モーターの2つの電極をオシロスコープで接続すると、電圧変化を測定できます。ジェネレータはこの原理に基づいて作られています。

図3-モーターローターを手動で回転させて電圧を確認する

3.レンツの法則

レンツの法則:磁束の変化によって生成される誘導電流の方向は、磁束の変化に対抗する方向です。

この文の簡単な理解は、導体の環境内の磁場(外部磁場)が強くなると、その誘導電流によって生成される磁場は外部磁場の効果と反対になり、全体の磁場が外部磁場よりも弱くなるということです。導体環境の磁場(外部磁場)が弱くなると、誘導電流によって発生する磁場は外部磁場の効果と逆になり、全体の磁場が外部磁場よりも強くなります。

レンツの法則により、回路に誘導される電流の方向を判断することができます。


2つのスパイラルチューブコイル-インダクタのしくみを説明する

上記の2つの現象の知識と法則を使用して、インダクタがどのように機能するかを見てみましょう。

最も単純なインダクタンスはスパイラルチューブコイルです。

図4-ソレノイドインダクタンス(ソレノイド)

電源投入時の状況

スパイラルチューブの小さなセクションをインターセプトすると、コイルAとコイルBの2つのコイルが表示されます。

図5-スパイラルチューブの短いセクション-コイルAとコイルB

電源投入プロセス中の状況は次のとおりです。

  1. コイルAを通過する電流は、青い実線で示されている方向を想定して、外部励起電流と呼ばれます。
  2. 電磁気の原理によれば、外部励起電流が磁場を生成し、磁場が周囲の空間に広がり始め、青い点線で示すように、磁力線を切断するコイルBに相当するコイルBを覆います。
  3. 磁気電気の原理によれば、誘導電流はコイルBで生成され、方向は緑色の実線で示され、方向は外部励起電流と反対です。
  4. レンツの法則によれば、誘導電流によって生成される磁場は、外部励起電流の磁場に対抗するため、緑色の点線で示されます。

電力が安定した後(DC)

通電が安定した後、コイルAの外部励起電流は一定になり、発生する磁場も一定になります。磁場とコイルBは相互に移動しないため、磁化や電流は緑色の実線で表されません。このとき、インダクタンスは外部励起の短絡に相当します。


第三に、インダクタンスの特性-電流は突然ではありえない

インダクタがどのように機能するかを理解した後、インダクタの最も重要な特性を見てみましょう。インダクタの電流は突然変化することはありません。

図6-インダクタの電流変化

この図では、右の曲線の横軸は時間であり、縦軸はインダクターの電流です。スイッチが閉じた瞬間を時間の原点とします。

見られます:

  1. スイッチが閉じた瞬間、インダクタの電流は0Aで、開回路に相当します。これは、瞬時電流が急激に変化し、外部励起電流(青)に抵抗するために巨大な誘導電流(緑)が発生するためです。
  2. 定常状態に達する過程で、インダクタの電流は指数関数的に変化します。
  3. 定常状態に達した後、インダクタの電流はI = E / Rになります。これは、インダクタの短絡に相当します。
  4. 誘導電流の反響は誘導起電力であり、その機能はEに対抗することであるため、逆起電力(逆起電力)と呼ばれます。

4.インダクタンスとは何ですか?

インダクタンスは、電流の変化に抵抗するデバイスの能力を表すために使用されます。電流の変化に抵抗する能力が強い場合、インダクタンスは大きくなり、逆もまた同様です。

DC励起の場合、最終的なインダクタンスは短絡として現れます(電圧は0です)。しかし、通電中は電圧と電流が0ではないので電力があります。このエネルギーを蓄積する過程で充電されます。このエネルギーを磁場の形で蓄えます。必要に応じて(外部励起などで定常状態を維持できません)電流不足)放出エネルギー。

図7-インダクタのエネルギー

インダクタンスは電磁気学の分野における慣性装置であり、慣性装置は変化を嫌います。ダイナミクスのフライホイールと同様に、最初は回転しにくく、一度回転すると停止しにくく、期間中にエネルギー変換が発生します。