Indukční proudy v inženýrství – studentské vědecké fórum
Fenomén elektromagnetické indukce a jeho speciální případy jsou široce využívány v elektrotechnice. Synchronní generátory se používají k přeměně mechanické energie na elektrickou energii. Transformátory slouží ke zvýšení nebo snížení střídavého napětí [1].
Elektromagnetickou indukci lze vypočítat pomocí Faradayova zákona:
kde je elektromotorická síla působící podél libovolně zvoleného obrysu,
je magnetický tok povrchem ohraničeným tímto obrysem.
Znaménko mínus ve vzorci odráží Lenzovo pravidlo, pojmenované po ruském fyzikovi E. H. Lenzovi [2].
Jedním ze zařízení, které využívá fenomén elektromagnetické indukce, je mikrovlnná trouba nebo, jak jsme tomu dříve říkali, mikrovlnná trouba. Samotný název mluví sám za sebe, hlavním principem fungování mikrovlnné trouby jsou elektromagnetické vlny. Jednou z důležitých částí této pece je transformátor (zkráceně MOT, zkratka z anglického “Microwave Oven Tranformer”), vytvořený pro převod síťového napětí na hodnotu přiváděnou na vstup magnetronu [3]. Provoz transformátoru je založen na dvou základních principech:
1. Časově proměnný elektrický proud vytváří časově proměnné magnetické pole (elektromagnetismus) [4].
2. Změna magnetického toku procházejícího vinutím vytváří EMF v tomto vinutí (elektromagnetická indukce) [4].
Jedno z vinutí, nazývané primární vinutí, je napájeno napětím z externího zdroje [4]. Střídavý magnetizační proud protékající primárním vinutím vytváří střídavý magnetický tok v magnetickém jádru [4]. V důsledku elektromagnetické indukce vytváří střídavý magnetický tok v magnetickém obvodu ve všech vinutích, včetně primárního, indukované emf úměrné první derivaci magnetického toku, se sinusovým proudem posunutým o 90 v opačném směru vzhledem k magnetickému toku [4].
Obr. – Příklad transformátoru [1]
Některé transformátory pracující na vysokých nebo ultravysokých frekvencích nemusí mít magnetický obvod [4].
Rýže. 2 – Vizuální schéma mikrovlnné trouby [6]
Kromě mikrovlnné trouby je fenomén elektromagnetické indukce vidět u elektromotoru, který pracuje na principu elektromagnetické indukce. Skládá se ze stacionární části – statoru (u asynchronních a synchronních střídavých strojů), pohyblivé části – rotoru (u střídavých asynchronních a synchronních strojů) nebo kotvy (u stejnosměrných strojů). Permanentní magnety se často používají jako induktor u stejnosměrných motorů s nízkým výkonem [7]. Elektromotor najdeme v mnoha zařízeních kolem nás, například ve vysavači, v elektrickém zubním kartáčku, ve ventilátoru atd.
3 – Schéma elektromotoru[8] Obr.
Také tam, kde můžeme vidět elektromagnetickou indukci, je relé. Relé je elektrické nebo elektronické zařízení (klíč) určené k sepnutí nebo otevření elektrického obvodu se stanovenými změnami elektrických nebo neelektrických vstupních vlivů [9].
Obvykle se tímto pojmem rozumí elektromagnetické relé – elektromechanické zařízení, které zavírá a/nebo otevírá mechanické elektrické kontakty, když je do vinutí relé přiváděn elektrický proud, generující magnetické pole, které způsobuje pohyb feromagnetické kotvy relé, mechanicky připojené k kontakty a následný pohyb kontaktů spíná vnější elektrický obvod [9].
Relé se používá jak v každé domácnosti, například k ochraně chladničky před příliš vysokými nebo příliš nízkými parametry proudu, tak v průmyslu k automatizaci technologických procesů.
4 – Schéma relé [10] Obr.
K detekci jevu elektromagnetické indukce potřebujeme:
5 – Příklad sestavy pro detekci indukovaného proudu [11] Obr.
Nejprve položíme dvě cívky vedle sebe, pak jednu cívku připojíme klíčem ke zdroji proudu a druhou k ampérmetru a vidíme, že když je klíč zavřený nebo otevřený v obvodu první cívky, v druhé cívce se objeví indukční proud.
S pomocí těchto zařízení jsme tedy získali indukovaný proud.