Induktivnost karakterizira svojstva elemenata električnog kruga da akumuliraju energiju magnetskog polja. To je također mjera odnosa između struje i magnetskog polja. Također se uspoređuje s inercijom elektriciteta – baš kao i masa s mjerom tromosti mehaničkih tijela.
Sadržaj
Fenomen samoindukcije
Ako se struja koja teče kroz vodljivi krug promijeni u veličini, tada se javlja fenomen samoindukcije. U tom se slučaju mijenja magnetski tok kroz krug, a na stezaljkama strujne petlje pojavljuje se emf, koji se naziva emf samoindukcije. Ovaj EMF je suprotan smjeru struje i jednak je:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Očito je da je EMF samoindukcije jednak brzini promjene magnetskog toka uzrokovane promjenom struje koja teče kroz krug, a također je proporcionalna brzini promjene struje. Koeficijent proporcionalnosti između EMF-a samoindukcije i brzine promjene struje naziva se induktivitet i označava se s L. Ova vrijednost je uvijek pozitivna i ima SI jedinicu 1 Henry (1 H). Koriste se i frakcijske frakcije - millihenry i microhenry. Možemo govoriti o induktivnosti od 1 Henry ako promjena struje za 1 amper uzrokuje samoindukcijski EMF od 1 Volt. Ne samo da krug ima induktivnost, već i poseban vodič, kao i zavojnicu, koja se može predstaviti kao skup serijski spojenih krugova.
Induktivitet pohranjuje energiju, koja se može izračunati kao W=L*I2/2, gdje:
- W—energija, J;
- L – induktivnost, H;
- I je struja u zavojnici, A.
I ovdje je energija izravno proporcionalna induktivnosti zavojnice.
Važno! U strojarstvu je induktivitet također uređaj u kojem se pohranjuje električno polje. Pravi element najbliži takvoj definiciji je induktor.
Opća formula za izračunavanje induktivnosti fizičke zavojnice ima složen oblik i nezgodna je za praktične izračune. Korisno je zapamtiti da je induktivnost proporcionalna broju zavoja, promjeru zavojnice i ovisi o geometrijskom obliku. Također, na induktivnost utječe magnetska propusnost jezgre na kojoj se nalazi namot, ali ne utječe na struju koja teče kroz zavoje. Da biste izračunali induktivnost, svaki put se trebate pozvati na gornje formule za određeni dizajn. Dakle, za cilindrični svitak, njegova se glavna karakteristika izračunava formulom:
L=μ*μ*(N2*S/l),
gdje:
- μ je relativna magnetska permeabilnost jezgre zavojnice;
- μ – magnetska konstanta, 1,26*10-6 H/m;
- N je broj zavoja;
- S je površina zavojnice;
- l je geometrijska duljina svitka.
Za izračun induktivnosti za cilindrični svitak i zavojnice drugih oblika, bolje je koristiti programe kalkulatora, uključujući online kalkulatore.
Serijsko i paralelno spajanje induktora
Induktivnosti se mogu spojiti serijski ili paralelno, dobivajući skup s novim karakteristikama.
Paralelna veza
Kada su zavojnice spojene paralelno, napon na svim elementima je jednak, a struje (varijable) raspoređeni su obrnuto s induktivitetima elemenata.
- U=U1=U2=U3;
- ja=ja1+ja2+ja3.
Ukupna induktivnost kruga definirana je kao 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Formula vrijedi za bilo koji broj elemenata, a za dvije zavojnice je pojednostavljena na oblik L=L1*L2/(L1+L2). Očito je rezultirajuća induktivnost manja od induktivnosti elementa s najmanjom vrijednošću.
serijska veza
Kod ove vrste spajanja kroz krug sastavljen od zavojnica teče ista struja, a napon (promjenjiv!) na svakoj komponenti kruga raspoređuje se proporcionalno induktivnosti svakog elementa:
- U=U1+U2+U3;
- ja=ja1=ja2=ja3.
Ukupna induktivnost jednaka je zbroju svih induktiviteta i bit će veća od induktiviteta elementa s najvećom vrijednošću. Stoga se takva veza koristi ako je potrebno za povećanje induktiviteta.
Važno! Prilikom spajanja zavojnica u serijsku ili paralelnu bateriju, formule za izračun su točne samo za slučajeve kada je isključen međusobni utjecaj magnetskih polja elemenata jednih na druge (zaštita, velika udaljenost i sl.). Ako postoji utjecaj, tada će ukupna vrijednost induktiviteta ovisiti o relativnom položaju zavojnica.
Neka praktična pitanja i dizajn induktora
U praksi se koriste različite izvedbe induktora. Ovisno o namjeni i području primjene, uređaji se mogu izraditi na različite načine, ali se moraju uzeti u obzir efekti koji se javljaju u stvarnim zavojnicama.
Faktor kvalitete induktora
Prava zavojnica, osim induktivnosti, ima još nekoliko parametara, a jedan od najvažnijih je faktor kvalitete. Ova vrijednost određuje gubitke u zavojnici i ovisi o:
- omski gubici u žici za namotaje (što je veći otpor, to je niži faktor kvalitete);
- dielektrični gubici u izolaciji žice i okviru namota;
- gubitak zaslona;
- gubici jezgre.
Sve ove veličine određuju otpornost na gubitke, a faktor kvalitete je bezdimenzijska vrijednost jednaka Q=ωL/Rlosses, gdje je:
- ω = 2*π*F - kružna frekvencija;
- L - induktivnost;
- ωL je reaktancija zavojnice.
Približno možemo reći da je faktor kvalitete jednak omjeru reaktivnog (induktivnog) otpora prema aktivnom. S jedne strane, s povećanjem frekvencije, brojnik se povećava, ali istodobno, zbog skin efekta, raste i otpor gubitka zbog smanjenja korisnog presjeka žice.
efekt zaslona
Za smanjenje utjecaja stranih tijela, kao i električnih i magnetskih polja te međusobnog utjecaja elemenata kroz ta polja, zavojnice (osobito visokofrekventne) često se postavljaju u ekran. Osim blagotvornog učinka, oklop uzrokuje smanjenje faktora kvalitete zavojnice, smanjenje njegove induktivnosti i povećanje parazitskog kapaciteta. Štoviše, što su zidovi zaslona bliže zavojima zavojnice, to je veći štetni učinak. Stoga se gotovo uvijek izrađuju oklopljene zavojnice s mogućnošću podešavanja parametara.
Induktivnost trimera
U nekim slučajevima potrebno je točno postaviti vrijednost induktivnosti na mjestu nakon spajanja zavojnice na druge elemente kruga, kompenzirajući odstupanja parametara tijekom ugađanja. Za to se koriste različite metode (prebacivanje slavina zavoja itd.), Ali najtočnija i najglađa metoda je ugađanje uz pomoć jezgre. Izrađen je u obliku šipke s navojem, koja se može uvrtati i van unutar okvira, podešavajući induktivnost zavojnice.
Varijabilna induktivnost (variometar)
Tamo gdje je potrebno brzo podešavanje induktiviteta ili induktivne spojke, koriste se zavojnice drugačije izvedbe. Sadrže dva namota - pomični i fiksni. Ukupna induktivnost jednaka je zbroju induktiviteta dviju zavojnica i međusobnog induktiviteta između njih.
Promjenom relativnog položaja jedne zavojnice prema drugoj, prilagođava se ukupna vrijednost induktiviteta. Takav se uređaj naziva variometar i često se koristi u komunikacijskoj opremi za podešavanje rezonantnih krugova u slučajevima kada je uporaba promjenjivih kondenzatora iz nekog razloga nemoguća.Dizajn variometra je prilično glomazan, što ograničava njegov opseg.
Induktivnost u obliku tiskane spirale
Zavojnice s malom induktivnošću mogu se izraditi u obliku spirale tiskanih vodiča. Prednosti ovog dizajna su:
- proizvodnost proizvodnje;
- visoka ponovljivost parametara.
Nedostaci uključuju nemogućnost finog podešavanja tijekom podešavanja i poteškoće u dobivanju velikih vrijednosti induktivnosti - što je induktivnost veća, to zavojnica zauzima više prostora na ploči.
Rezani kolut za namotavanje
Induktivnost bez kapacitivnosti je samo na papiru. Uz bilo kakvu fizičku implementaciju zavojnice, odmah se javlja parazitski međunakretni kapacitet. Ovo je štetno u mnogim slučajevima. Parazitska kapacitivnost dodaje se na kapacitet LC kruga, smanjujući rezonantnu frekvenciju i faktor kvalitete oscilatornog sustava. Također, zavojnica ima svoju rezonantnu frekvenciju, što izaziva nepoželjne pojave.
Za smanjenje parazitnog kapaciteta koriste se različite metode, od kojih je najjednostavnija induktivnost namota u obliku nekoliko serijski spojenih sekcija. S ovim uključivanjem, induktivnosti se zbrajaju, a ukupni kapacitet se smanjuje.
Induktor na toroidalnoj jezgri
Linije magnetskog polja cilindričnog induktora provlače se kroz unutarnju stranu namota (ako postoji jezgra, onda kroz nju) i zatvaraju se izvana kroz zrak. Ova činjenica ima nekoliko nedostataka:
- induktivnost je smanjena;
- karakteristike zavojnice su manje podložne proračunu;
- bilo koji predmet doveden u vanjsko magnetsko polje mijenja parametre zavojnice (induktivnost, parazitski kapacitet, gubitke itd.), pa je u mnogim slučajevima potrebno oklop.
Zavojnice namotane na toroidne jezgre (u obliku prstena ili krafne) uglavnom nemaju ovih nedostataka. Magnetske linije prolaze unutar jezgre u obliku zatvorenih petlji. To znači da vanjski objekti praktički nemaju utjecaja na parametre zavojnice namotane na takvu jezgru, a za takav dizajn nije potrebna zaštita. Induktivnost se također povećava, pod jednakim uvjetima, a karakteristike je lakše izračunati.
Nedostaci zavojnica namotanih na torijume uključuju nemogućnost glatkog podešavanja induktiviteta na licu mjesta. Drugi problem je visok intenzitet rada i niska obradivost namota. Međutim, to se u većoj ili manjoj mjeri odnosi na sve induktivne elemente općenito.
Također, čest nedostatak fizičke izvedbe induktiviteta je velika težina i veličina, relativno niska pouzdanost i niska mogućnost održavanja.
Stoga se u tehnologiji pokušavaju riješiti induktivnih komponenti. Ali to nije uvijek moguće, pa će se komponente namota koristiti i u doglednoj budućnosti i srednjoročno.
Slični članci:
