ما هو الحث المتبادل ونظريته

في عام 1831 ، شرح مايكل فاراداي نظرية الحث الكهرومغناطيسي علميا. مصطلح الحث هو قدرة الموصل على معارضة التيار المتدفق من خلاله ويحث على emf. من قوانين فاراداي للحث ، يتم استحثاث القوة الدافعة الكهربائية (EMF) أو الجهد في الموصل بسبب التغيير في المجال المغناطيسي عبر الدائرة. يتم ذكر هذه العملية على أنها الحث الكهرومغناطيسي. الجهد المستحث يعاكس معدل تغير التيار. يُعرف هذا باسم قانون لينز ويسمى الجهد المستحث بـ EMF الخلفي. المحاثة تنقسم إلى نوعين. هم ، الحث الذاتي والحث المتبادل. تدور هذه المقالة حول الحث المتبادل لملفين أو موصلين.

ما هو الحث المتبادل؟

تعريف: يتم تعريف الحث المتبادل لملفين على أنه emf المستحث بسبب المجال المغناطيسي في ملف واحد يعارض تغيير التيار والجهد في ملف آخر. هذا يعني أن الملفين مرتبطان مغناطيسيًا معًا بسبب التغيير في مغناطيسي تدفق. يرتبط المجال المغناطيسي أو التدفق لملف واحد بملف آخر. هذا ما يشير إليه M.

يحث التيار المتدفق في ملف واحد الجهد في ملف آخر بسبب التغيير في التدفق المغناطيسي. كمية التدفق المغناطيسي المرتبط بالملفين تتناسب طرديا مع الحث المتبادل والتغير الحالي.

نظرية الحث المتبادل

نظريتها بسيطة للغاية ويمكن فهمها باستخدام ملفين أو أكثر. وصفه العالم الأمريكي جوزيف هنري في القرن الثامن عشر. يشار إليها على أنها إحدى خصائص الملف أو الموصل المستخدم في الدائرة. الملكية الحث هو ، إذا تغير التيار في ملف واحد مع مرور الوقت ، فإن EMF سوف يحفز في ملف آخر.

قدم أوليفر هيفيسايد مصطلح الحث في عام 1886. خاصية الحث المتبادل هي مبدأ عمل الكثيرين المكونات الكهربائية التي تعمل مع المجال المغناطيسي. على سبيل المثال ، المحول هو مثال أساسي على الحث المتبادل.

يتمثل العيب الرئيسي في الحث المتبادل في أن تسرب الحث لملف واحد يمكن أن يقطع تشغيل ملف آخر باستخدام الحث الكهرومغناطيسي. لتقليل التسرب ، يلزم إجراء فحص كهربائي

يحدد موضع ملفين في الدائرة مقدار الحث المتبادل الذي يربط أحدهما بالملف الآخر.

صيغة الحث المتبادل

يتم إعطاء صيغة الملفين كـ

M = (μ0.μr. N1. N2. A) / L.

حيث μ0 = نفاذية المساحة الحرة = 4π10-^اثنين

μ = نفاذية لب الحديد الناعم

N1 = لفات الملف 1

N2 = لفات الملف 2

أ = مساحة المقطع العرضي بالمتر^اثنين

L = طول الملف بالأمتار

وحدة الحث المتبادل

وحدة الحث المتبادل كجم. م^اثنين.س^-اثنين.إلى^-اثنين

تنتج كمية المحاثة جهدًا واحدًا بسبب معدل تغير التيار البالغ 1 أمبير / ثانية.

ال وحدة SI للحث المتبادل هو هنري. مأخوذ من العالم الأمريكي جوزيف هنري الذي شرح ظاهرة الملفين.

أبعاد الحث المتبادل

عندما يتم ربط ملفين أو أكثر معًا مغناطيسيًا بنفس التدفق المغناطيسي ، فإن الجهد المستحث في ملف واحد يتناسب مع معدل تغير التيار في ملف آخر. يشار إلى هذه الظاهرة باسم الحث المتبادل.

ضع في اعتبارك أن الحث الكلي بين الملفين يكون L منذ M = √ (L1L2) = L

يمكن تعريف أبعاد هذا على أنه نسبة فرق الجهد إلى معدل تغير التيار. يتم إعطاؤه كـ

منذ M = √L1L2 = L.

L = € / (dI / dt)

حيث € = EMF المستحث = الشغل المنجز / الشحنة الكهربائية فيما يتعلق بالوقت = M.^اثنين. T-^اثنين/ IT = M.L^اثنين.T-3. أنا^-1أو € = M.L^-اثنين. T-3. أ^-1(منذ أنا = أ)

للحث ،

ϕ = LI

L = ϕ / A = (ب^اثنين) / إلى

حيث B = المجال المغناطيسي = (MLT-^اثنين) / LT^-1AT = MT^-اثنينإلى^-1

التدفق المغناطيسي ϕ = BL^اثنين= MT^-اثنينإل^اثنينإلى^-1

القيمة البديلة لـ B و ϕ أعلى من الصيغة L

L= MT-^اثنينإل^اثنين.إلى^-اثنين

يتم إعطاء أبعاد الحث المتبادل عندما تكون L1 و L2 هي نفسها

M = L / (T-^اثنينإل^اثنين.إلى^-اثنين)

م = LT^اثنينإل^اثنين.إلى^-اثنين

الاشتقاق

اتبع العملية للحصول على اشتقاق الحث المتبادل .

نسبة EMF المستحثة في ملف واحد ومعدل تغيير التيار في ملف آخر هو الحث المتبادل.

ضع في اعتبارك الملفين L1 و L2 كما هو موضح في الشكل أدناه.

ملفان

عندما يتغير التيار في L1 بمرور الوقت ، يتغير المجال المغناطيسي أيضًا بمرور الوقت ويغير التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف الثاني L2. بسبب هذا التغيير في التدفق المغناطيسي ، يتم إحداث EMF في الملف الأول L1.

أيضًا ، فإن معدل تغير التيار في الملف الأول يحفز EMF في الملف الثاني. ومن ثم يتم إحداث EMF في الملفين L1 و L2.

يتم إعطاء هذا كـ

€ = M (dI1 / dt)

M = € / (dI1 / dt). … .. مكافئ 1

إذا كان € = 1 فولت و dI1 / dt = 1 أمبير ، إذن

م = 1 هنري

أيضا،

ينتج معدل تغير التيار في ملف واحد التدفق المغناطيسي في الملف الأول ويرتبط بالملف الثاني. ثم من قوانين فاراداي للحث الكهرومغناطيسي (الجهد المستحث يتناسب طرديا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي المرتبط) في الملف الثاني ، يتم إعطاء EMF المستحث

€ = M / (dI1 / dt) = d (MI1) / dt… .. مكافئ 2

€ = N2 (dϕ12 / dt) = d (N2ϕ12) / dt ... eq 3

من خلال معادلة eq 2 و 3

MI1 = N2ϕ12

M = (N2ϕ12) / I1 هنري

حيث M = الحث المتبادل

€ = الحث المتبادل EMF

N2 = عدد الدورات في الملف الأول L1

I1 = التيار في الملف الأول

ϕ12 = تدفق مغناطيسي مرتبط في ملفين.

يعتمد الحث المتبادل بين الملفين على عدد الدورات على الملف الثاني أو الملف المجاور ومنطقة المقطع العرضي

المسافة بين ملفين.

يتم إعطاء EMF المستحث في الملف الأول بسبب معدل تغير التدفق على النحو التالي ،

E = -M12 (dI1 / dt)

تشير علامة الطرح إلى معارضة معدل تغير التيار في الملف الأول عند إحداث EMF.

الحث المتبادل لملفين

يمكن زيادة الحث المتبادل لملفين عن طريق وضعها على قلب حديدي ناعم أو عن طريق زيادة عدد لفات الملفين. يوجد اقتران موحد بين الملفين عندما يتم لفهما بإحكام على قلب حديدي ناعم. سيكون تسرب التدفق صغيرًا.

إذا كانت المسافة بين الملفين قصيرة ، فإن التدفق المغناطيسي الناتج في الملف الأول يتفاعل مع جميع لفات الملف الثاني ، مما ينتج عنه EMF كبير ومحاثة متبادلة.

الحث المتبادل لملفين

إذا كان الملفان بعيدًا عن بعضهما البعض في زوايا مختلفة ، فإن التدفق المغناطيسي المستحث في الملف الأول يولد EMF ضعيفًا أو صغيرًا في الملف الثاني. ومن ثم سيكون الحث المتبادل صغيرًا أيضًا.

ملفان بعيدان عن بعضهما البعض

وبالتالي ، فإن قيمة هذا تعتمد بشكل أساسي على وضع ملفين وتباعدهما على قلب حديدي ناعم. ضع في اعتبارك الشكل الذي يوضح أن الملفين ملفوفان بإحكام أحدهما أعلى قلب الحديد الناعم.

الملفات مجروحة بإحكام

ينتج عن تغيير التيار في الملف الأول مجالًا مغناطيسيًا ويمرر الخطوط المغناطيسية عبر الملف الثاني ، والذي يستخدم لحساب الحث المتبادل.

يتم إعطاء الحث المتبادل لملفين

M12 = (N2ϕ12) / I1

M21 = (N1ϕ21) / I2

حيث M12 = الحث المتبادل للملف الأول إلى الملف الثاني

M21 = الحث المتبادل للملف الثاني لملف القبضة

N2 = لفات الملف الثاني

N1 = لفات الملف الأول

I1 = تدفق التيار حول الملف الأول

I2 = التيار المتدفق حول الملف الثاني.

إذا كان التدفق المرتبط بـ L1 و L2 هو نفسه التيار المتدفق حولهما ، فإن الحث المتبادل للملف الأول إلى الملف الثاني يُعطى كـ M21

يمكن تعريف الحث المتبادل لملفين على أنه M12 = M21 = M

لذلك ، يعتمد ملفان بشكل أساسي على الحجم والمنعطفات والموضع والتباعد بين الملفين.

الحث الذاتي للملف الأول هو

L1 = (μ0.μr.N1^اثنين.A) / L.

الحث الذاتي للملفات الثانية هو

L2 = (μ0.μr.N^اثنين.A) / L.

اضرب الصيغتين أعلاه

ثم يتم إعطاء الحث المتبادل لملفين ، الموجود بينهما

م^اثنين= L1. L2

M = √ (L1.L2) هنري

تعطي المعادلة أعلاه التدفق المغناطيسي = 0

100٪ اقتران مغناطيسي بين L1 و L2

معامل الاقتران

يُعرف جزء التدفق المغناطيسي المرتبط بالملفين إلى إجمالي التدفق المغناطيسي بين الملفين بمعامل الاقتران ويُشار إليه بـ 'k'. يُعرَّف معامل الاقتران بأنه نسبة الدائرة المفتوحة إلى نسبة الجهد الفعلي ونسبة التدفق المغناطيسي التي تم الحصول عليها في كلا الملفين. نظرًا لأن التدفق المغناطيسي لملف واحد يرتبط بملف آخر.

يحدد معامل الاقتران محاثة المحرِّض. إذا كان اقتران المعامل k = 1 ، فإن الملفين مرتبطان ببعضهما البعض بإحكام. لذا ، فإن جميع خطوط التدفق المغناطيسي لملف واحد تقطع جميع لفات ملف آخر. ومن ثم فإن الحث المتبادل هو المتوسط ​​الهندسي للتحريض الفردي لملفين.
إذا كانت محاثة الملفين هي نفسها (L1 = L2) ، فإن الحث المتبادل بين الملفين يساوي محاثة ملف واحد. هذا يعني،

م = √ (L1. L2) = ل

حيث L = محاثة ملف واحد.

عامل الاقتران بين الملفات

يمكن تمثيل عامل الاقتران بين الملفات بالرقم 0 و 1

إذا كان عامل الاقتران 1 ، فلا يوجد اقتران استقرائي بين الملفات.

إذا كان عامل الاقتران 0 ، فهناك حد أقصى أو اقتران حثي كامل بين الملفات.

يتم تمثيل الاقتران الاستقرائي في 0 و 1 ، ولكن ليس بالنسب المئوية.

على سبيل المثال ، إذا كان k = 1 ، فإن الملفين يقترنان تمامًا

إذا كانت k> 0.5 ، يتم ربط الملفين بإحكام

إذا كان ك<0.5, then the two coils are coupled loosely.

للعثور على معامل اقتران بين الملفين ، يجب تطبيق المعادلة التالية ،

K = M / √ (L1. L2)

م = ك. √ (L1. L2)

حيث L1 = محاثة الملف الأول

L2 = تحريض الملف الثاني

M = الحث المتبادل

K = عامل اقتران

التطبيقات

ال تطبيقات الحث المتبادل نكون،

• محول
• محركات كهربائية
• مولدات كهرباء
• الأجهزة الكهربائية الأخرى التي تعمل مع مجال مغناطيسي.
• تستخدم في حساب التيارات الدوامة
• معالجة الإشاراة الرقمية

وبالتالي هذا كل شيء عن لمحة عامة عن الحث المتبادل - التعريف ، الصيغة ، الوحدة ، الاشتقاق ، عامل الاقتران ، اقتران المعامل ، والتطبيقات. إليك سؤال لك ما عيب المحاثة المتبادلة بين ملفين؟