Az induktivitás jellemzi az elektromos áramkör elemeinek tulajdonságait a mágneses tér energiájának felhalmozására. Ez egyben az áram és a mágneses tér kapcsolatának mértéke is. Összehasonlítják az elektromosság tehetetlenségével is – akárcsak a tömeget a mechanikai testek tehetetlenségének mértékével.
Tartalom
Az önindukció jelensége
Ha a vezető áramkörön átfolyó áram nagysága megváltozik, akkor az önindukció jelensége következik be. Ebben az esetben az áramkörön áthaladó mágneses fluxus megváltozik, és az áramhurok kivezetésein megjelenik egy emf, amelyet önindukciós emf-nek neveznek. Ez az EMF ellentétes az áram irányával, és egyenlő:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Nyilvánvaló, hogy az önindukció EMF egyenlő az áramkörön átfolyó áram változása által okozott mágneses fluxus változási sebességével, és arányos az áram változási sebességével is. Az önindukció EMF-je és az áram változási sebessége közötti arányossági együtthatót induktivitásnak nevezzük, és L-vel jelöljük. Ez az érték mindig pozitív, és SI-egysége 1 Henry (1 H). Törtfrakciókat is használnak - millihenryt és mikrohenryt. 1 Henry induktivitásról beszélhetünk, ha az áramerősség 1 amperes változása 1 voltos önindukciós EMF-et okoz. Nemcsak az áramkörnek van induktivitása, hanem különálló vezetővel, valamint egy tekercssel is, amely sorba kapcsolt áramkörök halmazaként ábrázolható.
Az induktivitás energiát tárol, ami W=L*I formátumban számolható2/2, ahol:
- W – energia, J;
- L – induktivitás, H;
- Én vagyok az áram a tekercsben, A.
És itt az energia egyenesen arányos a tekercs induktivitásával.
Fontos! A mérnöki tudományban az induktivitás egy olyan eszköz is, amelyben elektromos mezőt tárolnak. Az ilyen definícióhoz legközelebb álló valós elem az induktor.
A fizikai tekercs induktivitásának kiszámítására szolgáló általános képlet összetett formájú, és kényelmetlen a gyakorlati számításokhoz. Hasznos megjegyezni, hogy az induktivitás arányos a fordulatok számával, a tekercs átmérőjével és függ a geometriai alaktól. Ezenkívül az induktivitást befolyásolja annak a magnak a mágneses permeabilitása, amelyen a tekercs található, de a meneteken átfolyó áramot nem befolyásolja. Az induktivitás kiszámításához minden alkalommal hivatkoznia kell a fenti képletekre egy adott tervezéshez. Tehát egy hengeres tekercs fő jellemzőjét a következő képlettel számítják ki:
L=μ*μ*(N2*S/l),
ahol:
- μ a tekercsmag relatív mágneses permeabilitása;
- μ – mágneses állandó, 1,26*10-6 H/m;
- N a fordulatok száma;
- S a tekercs területe;
- l a tekercs geometriai hossza.
A hengeres tekercs és más formájú tekercsek induktivitásának kiszámításához jobb, ha számolóprogramokat használ, beleértve az online számológépeket is.
Induktorok soros és párhuzamos csatlakozása
Az induktivitások sorba vagy párhuzamosan kapcsolhatók, új karakterisztikával rendelkező halmazt kapva.
Párhuzamos csatlakozás
Ha a tekercseket párhuzamosan csatlakoztatjuk, a feszültség minden elemen egyenlő, és az áramok (változók) fordítottan oszlanak el az elemek induktivitásával.
- U=U1=U2=U3;
- I=I1+I2+I3.
Az áramkör teljes induktivitása 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. A képlet tetszőleges számú elemre érvényes, két tekercsre pedig L=L alakra egyszerűsödik1*L2/(L1+L2). Nyilvánvaló, hogy a kapott induktivitás kisebb, mint a legkisebb értékű elem induktivitása.
soros csatlakozás
Ennél a csatlakozási módnál ugyanaz az áram folyik át a tekercsekből álló áramkörön, és a feszültség (változó!) az áramkör egyes elemein az egyes elemek induktivitásának arányában oszlik meg:
- U=U1+U2+U3;
- I=I1=I2=I3.
A teljes induktivitás egyenlő az összes induktivitás összegével, és nagyobb lesz, mint a legnagyobb értékű elem induktivitása. Ezért szükség esetén ilyen csatlakozást használnak az induktivitás növelése érdekében.
Fontos! Soros vagy párhuzamos akkumulátor tekercsek csatlakoztatásakor a számítási képletek csak olyan esetekben helyesek, amikor az elemek mágneses mezőinek egymásra gyakorolt kölcsönös hatása kizárt (árnyékolás, nagy távolság stb.). Ha van hatás, akkor az induktivitás összértéke a tekercsek relatív helyzetétől függ.
Néhány gyakorlati kérdés és az induktorok kialakítása
A gyakorlatban különféle típusú induktorokat használnak. A készülékek céltól és felhasználási területtől függően többféleképpen is elkészíthetők, de figyelembe kell venni a valódi tekercsekben előforduló hatásokat.
Az induktor minőségi tényezője
Egy igazi tekercsnek az induktivitáson kívül még számos paramétere van, és az egyik legfontosabb a minőségi tényező. Ez az érték határozza meg a tekercs veszteségeit, és a következőktől függ:
- ohmos veszteségek a tekercsvezetékben (minél nagyobb az ellenállás, annál alacsonyabb a minőségi tényező);
- dielektromos veszteségek a huzalszigetelésben és a tekercskeretben;
- képernyővesztés;
- magveszteségek.
Mindezek a mennyiségek meghatározzák a veszteségállóságot, és a minőségi tényező egy dimenzió nélküli érték, amely egyenlő Q=ωL/Rlosses, ahol:
- ω = 2*π*F - körfrekvencia;
- L - induktivitás;
- ωL a tekercs reaktanciája.
Körülbelül azt mondhatjuk, hogy a minőségi tényező megegyezik a reaktív (induktív) ellenállás és az aktív ellenállás arányával. Egyrészt a frekvencia növekedésével a számláló növekszik, ugyanakkor a skin hatás miatt a veszteségállóság is nő a vezeték hasznos keresztmetszetének csökkenése miatt.
árnyékoló hatás
Az idegen tárgyak, valamint az elektromos és mágneses mezők, valamint az ezeken keresztüli elemek kölcsönös hatásának csökkentése érdekében gyakran tekercseket (különösen a nagyfrekvenciásakat) helyeznek el egy képernyőn. Az árnyékolás a jótékony hatás mellett a tekercs minőségi tényezőjének csökkenését, induktivitásának csökkenését és a parazita kapacitás növekedését okozza. Ráadásul minél közelebb vannak a képernyő falai a tekercs meneteihez, annál nagyobb a káros hatás. Ezért az árnyékolt tekercsek szinte mindig a paraméterek beállításának lehetőségével készülnek.
A trimmer induktivitása
Egyes esetekben a tekercs más áramköri elemekhez való csatlakoztatása után az induktivitás értékét a helyszínen pontosan be kell állítani, ezzel kompenzálva a hangolás közbeni paramétereltéréseket. Ehhez különböző módszereket alkalmaznak (a menetek csapjainak kapcsolása stb.), de a legpontosabb és legsimább módszer a mag segítségével történő hangolás. Menetes rúd formájú, amely a kereten belül ki-be csavarozható a tekercs induktivitásának beállításával.
Változó induktivitás (variométer)
Ahol az induktivitás vagy az induktív csatolás gyors beállítására van szükség, más kialakítású tekercseket kell használni. Két tekercset tartalmaznak - mozgatható és rögzített. A teljes induktivitás egyenlő a két tekercs induktivitásának és a köztük lévő kölcsönös induktivitás összegével.
Az egyik tekercs relatív helyzetének megváltoztatásával az induktivitás összértéke beállítható. Az ilyen eszközt variométernek nevezik, és gyakran használják kommunikációs berendezésekben a rezonáns áramkörök hangolására olyan esetekben, amikor a változó kondenzátorok használata valamilyen okból lehetetlen.A variométer kialakítása meglehetősen terjedelmes, ami korlátozza a hatókörét.
Induktivitás nyomtatott spirál formájában
A kis induktivitású tekercsek nyomtatott vezetők spirál formájában is elkészíthetők. Ennek a kialakításnak az előnyei a következők:
- a termelés gyárthatósága;
- a paraméterek nagy megismételhetősége.
A hátrányok közé tartozik a finomhangolás lehetetlensége a beállítás során és a nagy induktivitásértékek megszerzésének nehézsége - minél nagyobb az induktivitás, annál több helyet foglal el a tekercs a táblán.
Szekcionált tekercs
A kapacitás nélküli induktivitás csak papíron van. A tekercs bármilyen fizikai megvalósítása esetén azonnal fellép a parazita interturn kapacitás. Ez sok esetben káros. A parazita kapacitás összeadódik az LC áramkör kapacitásával, csökkentve az oszcillációs rendszer rezonanciafrekvenciáját és minőségi tényezőjét. Ezenkívül a tekercsnek saját rezonanciafrekvenciája van, ami nemkívánatos jelenségeket vált ki.
A parazita kapacitás csökkentésére különféle módszereket alkalmaznak, amelyek közül a legegyszerűbb a tekercselés induktivitása több sorba kapcsolt szakasz formájában. Ezzel a bevonással az induktivitások összeadódnak, és a teljes kapacitás csökken.
Induktor toroid magon
Egy hengeres tekercs mágneses erővonalait a tekercs belsejében húzzuk át (ha van mag, akkor azon keresztül), és kívülről a levegőn keresztül lezárjuk. Ez a tény számos hátránnyal jár:
- az induktivitás csökken;
- a tekercs jellemzői kevésbé számíthatók;
- külső mágneses térbe bármilyen tárgy megváltoztatja a tekercs paramétereit (induktivitás, parazita kapacitás, veszteségek stb.), ezért sok esetben árnyékolásra van szükség.
A toroid magokra tekercselt tekercsek (gyűrű vagy fánk formájában) nagyrészt mentesek ezektől a hiányosságoktól. A mágneses vonalak zárt hurkok formájában haladnak át a magon belül. Ez azt jelenti, hogy a külső tárgyak gyakorlatilag nem befolyásolják az ilyen magra tekercselt tekercs paramétereit, és az ilyen kialakításhoz nincs szükség árnyékolásra. Az induktivitás is növekszik, ha más dolgok megegyeznek, és a karakterisztikát könnyebb kiszámítani.
A torira tekercselt tekercsek hátrányai közé tartozik az induktivitás zökkenőmentes beállításának lehetetlensége a helyszínen. További probléma a tekercselés magas munkaintenzitása és alacsony gyárthatósága. Ez azonban általánosságban minden induktív elemre vonatkozik kisebb-nagyobb mértékben.
Az induktivitás fizikai megvalósításának közös hátránya a nagy tömeg és méret, a viszonylag alacsony megbízhatóság és alacsony karbantarthatóság.
Ezért a technológiában megpróbálnak megszabadulni az induktív alkatrészektől. De ez nem mindig lehetséges, ezért a tekercselemeket belátható időn belül és középtávon egyaránt alkalmazni fogják.
Hasonló cikkek:
