Индуктивността характеризира свойствата на елементите на електрическата верига да акумулират енергията на магнитното поле. Той също така е мярка за връзката между тока и магнитното поле. Също така се сравнява с инерцията на електричеството - точно както масата с мярка за инерцията на механичните тела.
Съдържание
Феноменът на самоиндукция
Ако токът, протичащ през проводяща верига, се промени по големина, тогава възниква феноменът на самоиндукция. В този случай магнитният поток през веригата се променя и на клемите на токовия контур се появява ЕДС, наречена ЕДС на самоиндукция. Това ЕМП е противоположно на посоката на тока и е равно на:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Очевидно е, че ЕМП на самоиндукция е равна на скоростта на промяна на магнитния поток, причинена от промяна в тока, протичащ през веригата, и също е пропорционален на скоростта на промяна на тока. Коефициентът на пропорционалност между ЕМП на самоиндукция и скоростта на промяна на тока се нарича индуктивност и се обозначава с L. Тази стойност винаги е положителна и има единица SI от 1 Хенри (1 H). Използват се и дробни фракции – милихенри и микрохенри. Можем да говорим за индуктивност от 1 Хенри, ако промяната на тока с 1 ампер предизвиква самоиндукция ЕДС от 1 волт. Не само веригата има индуктивност, но и отделен проводник, както и намотка, която може да бъде представена като набор от последователно свързани вериги.
Индуктивността съхранява енергия, която може да се изчисли като W=L*I2/2, където:
- W – енергия, J;
- L – индуктивност, H;
- I е токът в намотката, A.
И тук енергията е право пропорционална на индуктивността на бобината.
Важно! В инженерството индуктивността също е устройство, в което се съхранява електрическо поле. Истинският елемент, който е най-близък до такова определение, е индуктор.
Общата формула за изчисляване на индуктивността на физическа намотка има сложна форма и е неудобна за практически изчисления. Полезно е да запомните, че индуктивността е пропорционална на броя на завоите, диаметъра на бобината и зависи от геометричната форма. Също така, индуктивността се влияе от магнитната пропускливост на сърцевината, върху която е разположена намотката, но токът, протичащ през завоите, не се влияе. За да изчислите индуктивността, всеки път трябва да се обърнете към горните формули за конкретен дизайн. Така че, за цилиндрична намотка, нейната основна характеристика се изчислява по формулата:
L=μ*μ*(Н2*S/l),
където:
- μ е относителната магнитна проницаемост на сърцевината на бобината;
- μ – магнитна константа, 1,26*10-6 H/m;
- N е броят на завоите;
- S е площта на бобината;
- l е геометричната дължина на намотката.
За да се изчисли индуктивността за цилиндрична намотка и намотки с други форми, е по-добре да използвате програми за калкулатор, включително онлайн калкулатори.
Последователно и паралелно свързване на индуктори
Индуктивностите могат да бъдат свързани последователно или паралелно, като се получи комплект с нови характеристики.
Паралелна връзка
Когато намотките са свързани паралелно, напрежението на всички елементи е равно, а токовете (променливи) се разпределят обратно на индуктивностите на елементите.
- U=U1=U2=U3;
- аз=аз1+аз2+аз3.
Общата индуктивност на веригата се определя като 1/L=1/L1+1/л2+1/л3. Формулата е валидна за произволен брой елементи, а за две намотки е опростена до формата L=L1*Л2/(Л1+L2). Очевидно получената индуктивност е по-малка от индуктивността на елемента с най-малка стойност.
серийна връзка
При този тип връзка същият ток протича през веригата, съставена от намотки, а напрежението (променливо!) На всеки компонент на веригата се разпределя пропорционално на индуктивността на всеки елемент:
- U=U1+U2+U3;
- аз=аз1=аз2=аз3.
Общата индуктивност е равна на сумата от всички индуктивности и ще бъде по-голяма от индуктивността на елемента с най-голяма стойност. Следователно, такава връзка се използва, ако е необходимо, за да се получи увеличение на индуктивността.
Важно! При свързване на бобини в последователна или паралелна батерия формулите за изчисление са правилни само за случаите, когато е изключено взаимното влияние на магнитните полета на елементите един върху друг (екраниране, дълги разстояния и др.). Ако съществува влияние, тогава общата стойност на индуктивността ще зависи от относителното положение на намотките.
Някои практически въпроси и дизайн на индуктори
На практика се използват различни конструкции на индуктори. В зависимост от предназначението и сферата на приложение устройствата могат да бъдат изработени по различни начини, но трябва да се вземат предвид ефектите, които се получават в реалните намотки.
Коефициент на качество на индуктора
Истинската намотка, освен индуктивност, има още няколко параметъра, а един от най-важните е коефициентът на качество. Тази стойност определя загубите в намотката и зависи от:
- омични загуби в проводника на намотката (колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-нисък е коефициентът на качество);
- диелектрични загуби в изолацията на проводниците и рамката на намотката;
- загуба на екрана;
- основни загуби.
Всички тези величини определят устойчивостта на загуби, а качественият фактор е безразмерна стойност, равна на Q=ωL/Rlosses, където:
- ω = 2*π*F - кръгова честота;
- L - индуктивност;
- ωL е реактивното съпротивление на бобината.
Можем приблизително да кажем, че коефициентът на качество е равен на съотношението на реактивното (индуктивно) съпротивление към активното. От една страна, с увеличаване на честотата, числителят се увеличава, но в същото време, поради скин-ефекта, съпротивлението на загуби също се увеличава поради намаляване на полезното напречно сечение на проводника.
екранен ефект
За да се намали влиянието на чужди предмети, както и електрически и магнитни полета и взаимното влияние на елементите чрез тези полета, бобините (особено високочестотните) често се поставят в екран. В допълнение към благоприятния ефект, екранирането причинява намаляване на качествения фактор на бобината, намаляване на нейната индуктивност и увеличаване на паразитния капацитет. Освен това, колкото по-близо са стените на екрана до завоите на намотката, толкова по-голям е вредният ефект. Следователно екранираните намотки почти винаги се правят с възможност за регулиране на параметрите.
Индуктивност на тримера
В някои случаи е необходимо да се зададе точно стойността на индуктивността на място след свързване на бобината към други елементи на веригата, като се компенсират отклоненията на параметрите по време на настройка. За това се използват различни методи (превключване на крановете на завоите и т.н.), но най-точният и плавен метод е настройката с помощта на ядро. Изработен е под формата на прът с резба, който може да се завинтва и навън вътре в рамката, регулирайки индуктивността на бобината.
Променлива индуктивност (вариометър)
Когато се изисква бързо регулиране на индуктивността или индуктивната връзка, се използват бобини с различен дизайн. Те съдържат две намотки - подвижна и неподвижна. Общата индуктивност е равна на сумата от индуктивностите на двете намотки и взаимната индуктивност между тях.
Чрез промяна на относителното положение на една намотка към друга, общата стойност на индуктивността се регулира. Такова устройство се нарича вариометър и често се използва в комуникационното оборудване за настройка на резонансни вериги в случаите, когато използването на променливи кондензатори е невъзможно по някаква причина.Дизайнът на вариометъра е доста обемист, което ограничава неговия обхват.
Индуктивност под формата на печатна спирала
Намотките с малка индуктивност могат да бъдат направени под формата на спирала от печатни проводници. Предимствата на този дизайн са:
- технологичност на продукцията;
- висока повторяемост на параметрите.
Недостатъците включват невъзможността за фина настройка по време на настройка и трудността при получаване на големи стойности на индуктивността - колкото по-висока е индуктивността, толкова повече място заема бобината на платката.
Секционна навита макара
Индуктивността без капацитет е само на хартия. При всяко физическо изпълнение на намотката веднага възниква паразитен междувитовен капацитет. Това е вредно в много случаи. Паразитният капацитет се добавя към капацитета на LC веригата, намалявайки резонансната честота и качествения фактор на осцилаторната система. Също така, намотката има собствена резонансна честота, която провокира нежелани явления.
За намаляване на паразитния капацитет се използват различни методи, най-простият от които е индуктивността на намотката под формата на няколко последователно свързани секции. С това включване индуктивностите се сумират и общият капацитет намалява.
Индуктор на тороидално ядро
Линиите на магнитното поле на цилиндричен индуктор се изтеглят през вътрешната страна на намотката (ако има сърцевина, тогава през нея) и се затварят отвън през въздуха. Този факт включва няколко недостатъка:
- индуктивността е намалена;
- характеристиките на намотката са по-малко податливи на изчисление;
- всеки обект, въведен във външно магнитно поле, променя параметрите на бобината (индуктивност, паразитен капацитет, загуби и т.н.), така че в много случаи е необходимо екраниране.
Намотките, навити върху тороидални ядра (под формата на пръстен или поничка), до голяма степен са без тези недостатъци. Магнитните линии преминават вътре в ядрото под формата на затворени контури. Това означава, че външните обекти практически нямат ефект върху параметрите на намотка, намотана върху такова ядро, и екраниране не е необходимо за такъв дизайн. Индуктивността също се увеличава при равни други условия и характеристиките се изчисляват по-лесно.
Недостатъците на намотките, навити на торите, включват невъзможността за плавно регулиране на индуктивността на място. Друг проблем е високата трудоемкост и ниската технологичност на намотката. Това обаче важи за всички индуктивни елементи като цяло, в по-голяма или по-малка степен.
Също така, общ недостатък на физическото изпълнение на индуктивността е голямото тегло и размери, относително ниската надеждност и ниската поддръжка.
Ето защо, в технологиите, те се опитват да се отърват от индуктивните компоненти. Но това не винаги е възможно, така че компонентите за навиване ще бъдат използвани както в обозримо бъдеще, така и в средносрочен план.
Подобни статии:
