Induktsioonmähis (Ruhmkorffi mähis) – tööpõhimõte ja kasutus

Avasta Ruhmkorffi induktsioonmähise tööpõhimõte, ajalugu ja praktilised kasutused — kõrgepingeimpulssidest ja röntgenitest kuni mootori süütepoolide ja õppetundideni.

Induktsioonimähis või "sädememähis" on teatud tüüpi elektriline trafo. Seda kasutatakse kõrgepingeimpulsside tekitamiseks madalpinge alalisvoolust. Selleks, et tekitada pinge indutseerimiseks sekundaarmähises vajalikud voolumuutused, katkestatakse primaarmähises olev alalisvool korduvalt vibreeriva mehaanilise kontakti abil, mida nimetatakse katkestajaks (interrupter).

Tööpõhimõte lühidalt

Induktsioonimähise põhitõde põhineb elektromagnetilise induktsiooni seadusel: muutuv magnetväli tekitab juhtmes pingevoolu. Kui läbi primaarmähise kulgev alalisvool lülitatakse kiiresti sisse ja välja, tekib primaarvoolu kiire muutus (suur di/dt). See tekitab magnetvälja muutuse, mis omakorda indutseerib sekundaarmähises suure pingepulsi. Sekundaarmähise pinget suurendab mähiste pöörete arvude suhe (pöördemäär).

Peamised komponendid

• Primaarmähis – paar või mõni arvestatav arv keerdu pikk juhtme, mille kaudu kulgeb algne alalisvool.
• Sekundaarmähis – väga palju keerdu õhukesele juhtmele, mis genereerib kõrge pingepulsi.
• Raudtuum (liimitud või lahtine) – tugevdab magnetvälja ja suurendab induktsiooni efektiivsust.
• Katkestaja (interrupter) – mehaaniline kontakt, mis lülitab primaarvoolu kiiresti sisse ja välja; Ruhmkorff parandas seda disaini.
• Kondensaator (condensor) – sageli ühendatud katkestaja juurde, et vähendada kaare tekkimist kontakti juures ja parandada impulssti kvaliteeti.
• Isolatsioon ja väliskestad – kõrgepingeohutuse tagamiseks kasutatakse head isolatsiooni ja sobivaid materjale.

Täpsem tööpõhimõtte selgitus

Kui katkestaja avab kontakti, katkeb primaarmähises vool ja magnetväli langeb kiiresti. Selle kiire magnetvälja muutuse tõttu indutseeritakse sekundaarmähises pinge, mille amplituud sõltub peamiselt:

• primaar- ja sekundaarmähise pöördemõõdust;
• primaarvoolu muutuse kiirusest (di/dt);
• tuuma ja mähiste elektromagnetilisest suhest (coupling);
• kondensaatori lisamisest, mis vähendab kontaktil tekkivat õhukaart ja võimaldab puhkepingete tekkimist.

Tulemuseks võivad olla väga lühikesed, kuid kõrgepingelised impulsid — Ruhmkorffi mähised suutsid ajaloos tekitada tenside kilovoltide suuruseid pingeid ja nähtavaid sädemete kaugusi.

Ajalooline taust ja tähendus

Induktsioonimähis oli varajane trafotüüp. Seda kasutati laialdaselt röntgenaparaatides, sädemevahendi raadiosaatjates, kaarvalgustites ja meditsiinilistes viktoriiniseadmetes alates 1880. aastatest kuni 1920. aastateni. Ruhmkorff (1840. aastate lõpp — 19. sajandi lõpp) täiustas seda konstruktsiooni, parandades katkestajat, isolatsiooni ja lisades kondensaatori ehk „kondensõri“, mis vähendas kontaktil tekkivaid sädemisi ja parandas efektiivsust. Samuti kasutati sageli Leydeni purke või muid osakesi energia varumise ja intensiivsemate sädemete jaoks.

Kaasaegne kasutus

Tänapäeval kasutatakse induktsioonimähist otseselt vähe. Peamised tänapäevased rakendused on:

• Automootorite süütepoolid – tööpõhimõte on sarnane: madalpingeline vool ümber lülitub ja indutseerib kõrge pingega impulsse süüteküünlasse; tänapäeval seda juhitakse elektrooniliselt, mitte mehaanilise katkestajaga (sisepõlemismootorite süütepoolides).
• Õpetus ja demonstratsioonid – füüsikaõpetuses kasutatakse väiksemaid Ruhmkorffi mähiseid induktsiooni nähtavaks tegemiseks (säravad sädemed, kõrgepinge efektid).
• Ajaloohuvilised ja tehnikamuuseumid – säilitatud ja restaureeritud näidised.

Erinevalt Ruhmkorffi mähisest töötab Tesla pool teisiti (resonants-AC põhimõttel) ning tänapäevased kõrgepingesüsteemid kasutavad elektroonilisi lülitusi ja trafosid, mis on väiksemad, efektiivsemad ja töökindlamad.

Ohutus ja ettevaatus

• Induktsioonmähised tekitavad väga kõrgeid pingeid, seega on ohtlikud — neid ei tohi käitada teadmata isikutel ilma sobiva isolatsiooni ja kaitsemeetmeteta.
• Töökorras Ruhmkorffi mähises tekivad ka elektromagnetilised häired ja helisignaalid; tuleohtlike materjalide lähedus tuleb vältida.
• Kui kasutatakse vana mehaanilist katkestajat, peab kontrollima kontaktide korrasolekut ja hea teeninduse tagamiseks kondensaatori olemasolu.

Levinud probleemid ja hooldus

Ajapikku võivad tekkida kulunud kontaktid, halvenenud isolatsioon ja korrodeerunud ühendused. Traditsioonilise Ruhmkorffi mähise efektiivsuse taastamiseks on tavapärane:

• kontrollida ja puhastada katkestaja kontakte;
• asendada või parandada kondensaatorit;
• kontrollida mähiste keerdude sidet ja isolatsiooni pragude suhtes;
• veenduda, et raudtuum pole lagunenud ega korrodeerunud.

Kokkuvõtlikult: induktionmähis (Ruhmkorffi mähis) on ajalooliselt oluline kõrgepingegeneraator, mis töötas mehaanilise katkestaja abil ning mille põhimõte — muutuva magnetväljaga tekitatud induktsioon — on säilinud paljudes kaasaegsetes seadmetes, eriti mootorite süütepoolides ja õppevahendites.

Diagrammi võti

• A = armatuur
• B = aku
• C = kondensaator
• G = sädemete vahe
• K = Katkestaja
• M = raudsüdamik
• P = esmane mähis
• S = sekundaarne mähis

Induktsioonimähise skeem

Küsimused ja vastused

Küsimus: Mis on indra mähis?

K: Mis on induktsioonimähise otstarve?

K: Kuidas tekitab induktsioonimähis pinge sekundaarmähises?

K: Milleks kasutati varem laialdaselt induktsioonimähist?

K: Milline on induktsioonimähise ainus levinud kasutusviis tänapäeval?

K: Kas induktsioonimähis oli esimene trafotüüp?

K: Mis on induktsioonimähise katkestaja?

Otsing