Induktyvumas apibūdina elektros grandinės elementų savybes kaupti magnetinio lauko energiją. Tai taip pat yra srovės ir magnetinio lauko santykio matas. Jis taip pat lyginamas su elektros inercija – kaip ir masė su mechaninių kūnų inercijos matu.
Turinys
Savęs indukcijos reiškinys
Jei srovės, tekančios per laidžiąją grandinę, dydis pasikeičia, tada atsiranda saviindukcijos reiškinys. Tokiu atveju magnetinis srautas grandinėje pasikeičia, o srovės kilpos gnybtuose atsiranda emf, vadinamas saviindukcijos emf. Šis EMF yra priešingas srovės krypčiai ir yra lygus:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Akivaizdu, kad savaiminės indukcijos EML yra lygus magnetinio srauto kitimo greičiui, kurį sukelia grandinėje tekančios srovės pokytis, taip pat yra proporcingas srovės kitimo greičiui. Proporcingumo koeficientas tarp savaiminės indukcijos EML ir srovės kitimo greičio vadinamas induktyvumu ir žymimas L. Ši vertė visada yra teigiama, o jos SI vienetas yra 1 Henry (1 H). Taip pat naudojamos trupmeninės frakcijos – milihenris ir mikrohenris. Galime kalbėti apie 1 Henrio induktyvumą, jei srovės pokytis 1 amperu sukelia 1 volto saviindukcijos EMF. Ne tik grandinė turi induktyvumą, bet ir atskirą laidininką, taip pat ritę, kurią galima pavaizduoti kaip nuosekliai sujungtų grandinių rinkinį.
Induktyvumas kaupia energiją, kurią galima apskaičiuoti kaip W=L*I2/2, kur:
- W – energija, J;
- L – induktyvumas, H;
- Aš esu srovė ritėje, A.
Ir čia energija yra tiesiogiai proporcinga ritės induktyvumui.
Svarbu! Inžinerijoje induktyvumas taip pat yra prietaisas, kuriame saugomas elektrinis laukas. Tikrasis elementas, artimiausias tokiam apibrėžimui, yra induktorius.
Bendroji fizinės ritės induktyvumo apskaičiavimo formulė yra sudėtingos formos ir yra nepatogi atliekant praktinius skaičiavimus. Pravartu atsiminti, kad induktyvumas yra proporcingas apsisukimų skaičiui, ritės skersmeniui ir priklauso nuo geometrinės formos. Taip pat induktyvumui įtakos turi šerdies, ant kurios yra apvija, magnetinis pralaidumas, tačiau posūkiais tekančios srovės įtakos neturi. Norėdami apskaičiuoti induktyvumą, kiekvieną kartą turite vadovautis aukščiau pateiktomis konkrečios konstrukcijos formulėmis. Taigi, cilindrinės ritės pagrindinė charakteristika apskaičiuojama pagal formulę:
L=μ*μ* (N2*S/l),
kur:
- μ – santykinis ritės šerdies magnetinis pralaidumas;
- μ – magnetinė konstanta, 1,26*10-6 H/m;
- N yra apsisukimų skaičius;
- S yra ritės plotas;
- l yra ritės geometrinis ilgis.
Norint apskaičiuoti cilindrinės ritės ir kitų formų ritių induktyvumą, geriau naudoti skaičiuoklių programas, įskaitant internetinius skaičiuotuvus.
Induktorių nuoseklus ir lygiagretus sujungimas
Induktyvumas gali būti jungiamas nuosekliai arba lygiagrečiai, gaunant rinkinį su naujomis charakteristikomis.
Lygiagretus ryšys
Kai ritės yra sujungtos lygiagrečiai, visų elementų įtampa yra lygi, o srovės (kintamieji) yra pasiskirstę atvirkščiai su elementų induktyvumu.
- U = U1=U2=U3;
- Aš = aš1+I2+I3.
Bendras grandinės induktyvumas apibrėžiamas kaip 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Formulė galioja bet kokiam elementų skaičiui, o dviem ritėms ji supaprastinama iki formos L=L1*L2/(L1+L2). Akivaizdu, kad gaunamas induktyvumas yra mažesnis už mažiausią reikšmę turinčio elemento induktyvumą.
serijinis ryšys
Su tokio tipo jungtimi ta pati srovė teka per grandinę, sudarytą iš ritių, o įtampa (kintama!) kiekviename grandinės komponente paskirstoma proporcingai kiekvieno elemento induktyvumui:
- U = U1+U2+U3;
- Aš = aš1= aš2= aš3.
Bendras induktyvumas yra lygus visų induktyvybių sumai ir bus didesnis už didžiausios vertės elemento induktyvumą. Todėl tokia jungtis naudojama, jei reikia, norint padidinti induktyvumą.
Svarbu! Jungiant ritinius nuoseklioje arba lygiagrečioje baterijoje, skaičiavimo formulės teisingos tik tais atvejais, kai neįtraukiama elementų magnetinių laukų tarpusavio įtaka vienas kitam (ekranavimas, didelis atstumas ir kt.). Jei įtaka egzistuoja, tada bendra induktyvumo vertė priklausys nuo santykinės ritių padėties.
Kai kurie praktiniai klausimai ir induktorių konstrukcijos
Praktikoje naudojami įvairių konstrukcijų induktoriai. Priklausomai nuo paskirties ir taikymo srities, prietaisai gali būti gaminami įvairiai, tačiau reikia atsižvelgti į efektus, kurie atsiranda tikrose ritėse.
Induktoriaus kokybės faktorius
Tikra ritė, be induktyvumo, turi dar keletą parametrų, o vienas svarbiausių – kokybės faktorius. Ši vertė nustato nuostolius ritėje ir priklauso nuo:
- ominiai nuostoliai apvijos laide (kuo didesnė varža, tuo mažesnis kokybės koeficientas);
- dielektriniai nuostoliai laidų izoliacijoje ir apvijos rėme;
- ekrano praradimas;
- pagrindinių nuostolių.
Visi šie dydžiai lemia atsparumą nuostoliams, o kokybės koeficientas yra bematė reikšmė, lygi Q=ωL/Llosses, kur:
- ω = 2*π*F – apskritimo dažnis;
- L - induktyvumas;
- ωL yra ritės reaktyvumas.
Apytiksliai galime teigti, kad kokybės koeficientas yra lygus reaktyviosios (indukcinės) varžos ir aktyviojo santykiui. Viena vertus, didėjant dažniui, skaitiklis didėja, tačiau tuo pačiu metu dėl odos efekto atsparumas nuostoliams taip pat didėja dėl sumažėjusio laido naudingojo skerspjūvio.
ekrano efektas
Siekiant sumažinti pašalinių objektų, taip pat elektrinių ir magnetinių laukų įtaką bei elementų tarpusavio įtaką per šiuos laukus, į ekraną dažnai dedamos ritės (ypač aukšto dažnio). Be teigiamo poveikio, ekranavimas sumažina ritės kokybės koeficientą, sumažina jo induktyvumą ir padidina parazitinę talpą. Be to, kuo arčiau ekrano sienelės yra ritės posūkių, tuo didesnis žalingas poveikis. Todėl beveik visada gaminamos ekranuotos ritės su galimybe reguliuoti parametrus.
Žoliapjovės induktyvumas
Kai kuriais atvejais, prijungus ritę prie kitų grandinės elementų, reikia tiksliai nustatyti induktyvumo vertę vietoje, kompensuojant parametrų nuokrypius derinimo metu. Tam naudojami įvairūs būdai (sukimų čiaupų perjungimas ir pan.), tačiau tiksliausias ir sklandesnis būdas yra derinimas šerdies pagalba. Jis pagamintas srieginio strypo pavidalu, kurį galima įsukti ir išsukti rėmo viduje, reguliuojant ritės induktyvumą.
Kintamasis induktyvumas (variometras)
Kai reikia greitai sureguliuoti induktyvumą arba indukcinę movą, naudojamos kitokios konstrukcijos ritės. Juose yra dvi apvijos - kilnojamos ir fiksuotos. Bendras induktyvumas yra lygus dviejų ritių induktyvumo ir tarpusavio induktyvumo sumai.
Keičiant santykinę vienos ritės padėtį į kitą, sureguliuojama bendra induktyvumo vertė. Toks įtaisas vadinamas variometru ir dažnai naudojamas ryšių įrangoje rezonansinėms grandinėms derinti tais atvejais, kai dėl kokių nors priežasčių neįmanoma naudoti kintamų kondensatorių.Variometro konstrukcija yra gana didelė, o tai riboja jo taikymo sritį.
Induktyvumas spausdintos spiralės pavidalu
Ritės su mažu induktyvumu gali būti pagamintos spausdintų laidininkų spiralės pavidalu. Šio dizaino pranašumai yra šie:
- produkcijos pagaminamumas;
- didelis parametrų pakartojamumas.
Trūkumai yra tai, kad neįmanoma tiksliai sureguliuoti reguliavimo metu ir sunku gauti dideles induktyvumo vertes - kuo didesnis induktyvumas, tuo daugiau vietos ritė užima plokštėje.
Sekcijinė suvyniota ritė
Induktyvumas be talpos yra tik popieriuje. Su bet kokiu fiziniu ritės įdiegimu iš karto atsiranda parazitinė perjungimo talpa. Tai daugeliu atvejų yra žalinga. Parazitinė talpa prisideda prie LC grandinės talpos, sumažindama virpesių sistemos rezonansinį dažnį ir kokybės koeficientą. Be to, ritė turi savo rezonansinį dažnį, kuris provokuoja nepageidaujamus reiškinius.
Parazitinei talpai sumažinti naudojami įvairūs metodai, iš kurių paprasčiausias yra apvijos induktyvumas kelių nuosekliai sujungtų sekcijų pavidalu. Su šiuo įtraukimu induktyvumas didėja, o bendra talpa mažėja.
Induktorius ant toroidinės šerdies
Cilindrinio induktoriaus magnetinio lauko linijos brėžiamos per apvijos vidų (jei yra šerdis, tai per ją) ir uždaromos iš išorės per orą. Šis faktas turi keletą trūkumų:
- sumažėja induktyvumas;
- ritės charakteristikas mažiau galima apskaičiuoti;
- bet koks objektas, įvestas į išorinį magnetinį lauką, keičia ritės parametrus (induktyvumą, parazitinę talpą, nuostolius ir kt.), todėl daugeliu atvejų reikalingas ekranavimas.
Ritės, suvyniotos ant toroidinių šerdžių (žiedo arba spurgos pavidalu), šių trūkumų iš esmės neturi. Magnetinės linijos praeina šerdies viduje uždarų kilpų pavidalu. Tai reiškia, kad išoriniai objektai praktiškai neturi įtakos ritės, suvyniotos ant tokios šerdies, parametrams, o tokiai konstrukcijai ekranavimas nereikalingas. Induktyvumas taip pat didėja, kai kiti dalykai yra vienodi, ir charakteristikas lengviau apskaičiuoti.
Ričių, suvyniotų ant tori, trūkumai yra tai, kad neįmanoma sklandžiai reguliuoti induktyvumą vietoje. Kita problema – didelis darbo jėgos intensyvumas ir mažas apvijų gamybos pajėgumas. Tačiau tai didesniu ar mažesniu mastu taikoma visiems indukciniams elementams apskritai.
Be to, bendras fizinio induktyvumo įgyvendinimo trūkumas yra didelis svoris ir dydis, santykinai mažas patikimumas ir mažas techninės priežiūros patogumas.
Todėl technologijose jie bando atsikratyti indukcinių komponentų. Tačiau tai ne visada įmanoma, todėl apvijų komponentai bus naudojami tiek artimiausioje ateityje, tiek vidutinės trukmės laikotarpiu.
Panašūs straipsniai:
