Induktivnost označuje lastnosti elementov električnega tokokroga, da akumulirajo energijo magnetnega polja. Je tudi merilo razmerja med tokom in magnetnim poljem. Primerjajo jo tudi z vztrajnostjo elektrike – tako kot maso z mero vztrajnosti mehanskih teles.
Vsebina
Fenomen samoindukcije
Če se tok, ki teče skozi prevodno vezje, spremeni po velikosti, pride do pojava samoindukcije. V tem primeru se magnetni tok skozi vezje spremeni in na sponkah tokovne zanke se pojavi emf, ki se imenuje emf samoindukcije. Ta EMF je nasprotna smeri toka in je enak:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Očitno je, da je EMF samoindukcije enak hitrosti spremembe magnetnega toka, ki ga povzroči sprememba toka, ki teče skozi vezje, in je sorazmeren tudi s hitrostjo spremembe toka. Koeficient sorazmernosti med EMF samoindukcije in hitrostjo spremembe toka se imenuje induktivnost in je označen z L. Ta vrednost je vedno pozitivna in ima enoto SI 1 Henry (1 H). Uporabljajo se tudi frakcijske frakcije - millihenry in microhenry. O induktivnosti 1 Henry lahko govorimo, če sprememba toka za 1 amper povzroči samoindukcijsko EMF 1 Volt. Ne samo vezje ima induktivnost, ampak tudi ločen prevodnik, pa tudi tuljavo, ki jo lahko predstavimo kot niz serijsko povezanih vezij.
Induktivnost hrani energijo, ki jo lahko izračunamo kot W=L*I2/2, kjer:
- W—energija, J;
- L – induktivnost, H;
- I je tok v tuljavi, A.
In tukaj je energija neposredno sorazmerna z induktivnostjo tuljave.
Pomembno! V tehniki je induktivnost tudi naprava, v kateri je shranjeno električno polje. Pravi element, ki je najbližji takšni definiciji, je induktor.
Splošna formula za izračun induktivnosti fizične tuljave ima zapleteno obliko in je neprimerna za praktične izračune. Koristno je zapomniti, da je induktivnost sorazmerna s številom zavojev, premerom tuljave in je odvisna od geometrijske oblike. Prav tako na induktivnost vpliva magnetna prepustnost jedra, na katerem je navitje, vendar to ne vpliva na tok, ki teče skozi zavoje. Za izračun induktivnosti se morate vsakič sklicevati na zgornje formule za določeno zasnovo. Torej, za cilindrično tuljavo se njegova glavna značilnost izračuna po formuli:
L=μ*μ*(N2*S/l),
kje:
- μ je relativna magnetna prepustnost jedra tuljave;
- μ – magnetna konstanta, 1,26*10-6 H/m;
- N je število zavojev;
- S je površina tuljave;
- l je geometrijska dolžina tuljave.
Za izračun induktivnosti za cilindrično tuljavo in tuljave drugih oblik je bolje uporabiti kalkulatorske programe, vključno s spletnimi kalkulatorji.
Zaporedna in vzporedna povezava induktorjev
Induktivnosti lahko povežemo zaporedno ali vzporedno, tako da dobimo komplet z novimi lastnostmi.
Vzporedna povezava
Ko so tuljave povezane vzporedno, je napetost na vseh elementih enaka, tokovi (spremenljivke) so porazdeljene inverzno z induktivnostmi elementov.
- U=U1=U2=U3;
- jaz = jaz1+jaz2+jaz3.
Skupna induktivnost vezja je definirana kot 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Formula velja za poljubno število elementov, za dve tuljavi pa je poenostavljena na obliko L=L1*L2/(L1+L2). Očitno je nastala induktivnost manjša od induktivnosti elementa z najmanjšo vrednostjo.
serijska povezava
Pri tej vrsti povezave teče enak tok skozi vezje, sestavljeno iz tuljav, napetost (spremenljiva!) Na vsaki komponenti vezja pa se porazdeli sorazmerno z induktivnostjo vsakega elementa:
- U=U1+U2+U3;
- jaz = jaz1=jaz2=jaz3.
Skupna induktivnost je enaka vsoti vseh induktivnosti in bo večja od induktivnosti elementa z največjo vrednostjo. Zato se taka povezava uporablja, če je potrebno za povečanje induktivnosti.
Pomembno! Pri povezovanju tuljav v serijsko ali vzporedno baterijo so formule za izračun pravilne le za primere, ko je izključen medsebojni vpliv magnetnih polj elementov drug na drugega (oklop, dolge razdalje itd.). Če obstaja vpliv, bo skupna vrednost induktivnosti odvisna od relativnega položaja tuljav.
Nekaj praktičnih vprašanj in načrtov induktorjev
V praksi se uporabljajo različne izvedbe induktorjev. Glede na namen in področje uporabe so naprave lahko izdelane na različne načine, vendar je treba upoštevati učinke, ki se pojavljajo v pravih tuljavah.
Faktor kakovosti induktorja
Prava tuljava ima poleg induktivnosti še več parametrov, eden najpomembnejših pa je faktor kakovosti. Ta vrednost določa izgube v tuljavi in je odvisna od:
- ohmske izgube v žici za navijanje (večji kot je upor, nižji je faktor kakovosti);
- dielektrične izgube v izolaciji žice in okvirju navitja;
- izguba zaslona;
- izgube jedra.
Vse te količine določajo odpornost na izgube, faktor kakovosti pa je brezdimenzionalna vrednost, enaka Q=ωL/Rlosses, kjer je:
- ω = 2*π*F - krožna frekvenca;
- L - induktivnost;
- ωL je reaktanca tuljave.
Približno lahko rečemo, da je faktor kakovosti enak razmerju med reaktivno (induktivno) upornostjo in aktivno. Po eni strani se z naraščajočo frekvenco števec povečuje, hkrati pa se zaradi kožnega učinka poveča tudi odpornost na izgube zaradi zmanjšanja uporabnega preseka žice.
učinek zaslona
Za zmanjšanje vpliva tujih predmetov, pa tudi električnih in magnetnih polj ter medsebojnega vpliva elementov skozi ta polja, so tuljave (zlasti visokofrekvenčne) pogosto nameščene v zaslon. Poleg ugodnega učinka zaščita povzroči zmanjšanje faktorja kakovosti tuljave, zmanjšanje njene induktivnosti in povečanje parazitske kapacitivnosti. Poleg tega bližje kot so stene zaslona zavojom tuljave, večji je škodljiv učinek. Zato so zaščitene tuljave skoraj vedno izdelane z možnostjo prilagajanja parametrov.
Induktivnost trimerja
V nekaterih primerih je potrebno natančno nastaviti vrednost induktivnosti na mestu po priključitvi tuljave na druge elemente vezja, s čimer se kompenzirajo odstopanja parametrov med nastavitvijo. Za to se uporabljajo različne metode (preklop pip zavojev itd.), Najbolj natančna in gladka metoda pa je uglaševanje s pomočjo jedra. Izdelana je v obliki navojne palice, ki jo je mogoče privijati in privijati znotraj okvirja, s čimer prilagajamo induktivnost tuljave.
Spremenljiva induktivnost (variometer)
Kjer je potrebna hitra nastavitev induktivnosti ali induktivne sklopke, se uporabljajo tuljave drugačne izvedbe. Vsebujejo dve navitji - premično in fiksno. Skupna induktivnost je enaka vsoti induktivnosti obeh tuljav in medsebojne induktivnosti med njima.
S spreminjanjem relativnega položaja ene tuljave na drugo se prilagodi skupna vrednost induktivnosti. Takšna naprava se imenuje variometer in se pogosto uporablja v komunikacijski opremi za uglaševanje resonančnih vezij v primerih, ko je uporaba spremenljivih kondenzatorjev iz nekega razloga nemogoča.Zasnova variometra je precej obsežna, kar omejuje njegov obseg.
Induktivnost v obliki tiskane spirale
Tuljave z majhno induktivnostjo je mogoče izdelati v obliki spirale tiskanih prevodnikov. Prednosti tega dizajna so:
- proizvodnost proizvodnje;
- visoka ponovljivost parametrov.
Slabosti vključujejo nezmožnost natančne nastavitve med prilagajanjem in težave pri pridobivanju velikih vrednosti induktivnosti - višja kot je induktivnost, več prostora zavzame tuljava na plošči.
Sekcijski navit kolut
Induktivnost brez kapacitivnosti je samo na papirju. Pri vsaki fizični izvedbi tuljave se takoj pojavi parazitska mednavojna kapacitivnost. To je v mnogih primerih škodljivo. Parazitna kapacitivnost se sešteva k kapacitivnosti LC vezja, kar zmanjša resonančno frekvenco in faktor kakovosti nihajnega sistema. Tudi tuljava ima lastno resonančno frekvenco, ki povzroča neželene pojave.
Za zmanjšanje parazitske kapacitivnosti se uporabljajo različne metode, med katerimi je najpreprostejša induktivnost navitja v obliki več serijsko povezanih odsekov. S to vključitvijo se induktivnosti seštejejo, skupna kapacitivnost pa se zmanjša.
Induktor na toroidnem jedru
Linije magnetnega polja valjastega induktorja so potegnjene skozi notranjost navitja (če je jedro, potem skozi njega) in zaprte od zunaj skozi zrak. To dejstvo ima več pomanjkljivosti:
- zmanjša se induktivnost;
- značilnosti tuljave so manj primerne za izračun;
- vsak predmet, ki ga vnesemo v zunanje magnetno polje, spremeni parametre tuljave (induktivnost, parazitska kapacitivnost, izgube itd.), zato je v mnogih primerih potrebno zaščito.
Tuljave, navite na toroidna jedra (v obliki obroča ali krofa), so v veliki meri brez teh pomanjkljivosti. Magnetne črte potekajo znotraj jedra v obliki zaprtih zank. To pomeni, da zunanji predmeti praktično ne vplivajo na parametre tuljave, navite na takšno jedro, za tako zasnovo pa ščit ni potreben. Poveča se tudi induktivnost, če so druge enake, in značilnosti je lažje izračunati.
Pomanjkljivosti tuljav, navitih na torijume, vključujejo nemožnost gladkega prilagajanja induktivnosti na mestu. Druga težava je visoka delovna intenzivnost in nizka proizvodnost navijanja. Vendar to v večji ali manjši meri velja za vse induktivne elemente na splošno.
Tudi skupna pomanjkljivost fizične izvedbe induktivnosti je velika teža in velikost, relativno nizka zanesljivost in nizka vzdržljivost.
Zato se v tehnologiji skušajo znebiti induktivnih komponent. Toda to ni vedno mogoče, zato bodo komponente za navijanje uporabljene tako v bližnji prihodnosti kot srednjeročno.
Podobni članki:
