Induktivitāte raksturo elektriskās ķēdes elementu īpašības uzkrāt magnētiskā lauka enerģiju. Tas ir arī strāvas un magnētiskā lauka attiecības mērs. To salīdzina arī ar elektrības inerci – tāpat kā masu ar mehānisko ķermeņu inerces mēru.
Saturs
Pašindukcijas fenomens
Ja strāva, kas plūst caur vadošu ķēdi, mainās pēc lieluma, tad notiek pašindukcijas parādība. Šajā gadījumā mainās magnētiskā plūsma caur ķēdi, un strāvas cilpas spailēs parādās emf, ko sauc par pašindukcijas emf. Šis EMF ir pretējs strāvas virzienam un ir vienāds ar:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Ir skaidrs, ka pašindukcijas EMF ir vienāds ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu, ko izraisa izmaiņas strāvā, kas plūst caur ķēdi, un ir arī proporcionāls strāvas izmaiņu ātrumam. Proporcionalitātes koeficientu starp pašindukcijas EML un strāvas izmaiņu ātrumu sauc par induktivitāti, un to apzīmē ar L. Šī vērtība vienmēr ir pozitīva, un tās SI vienība ir 1 Henrijs (1 H). Tiek izmantotas arī frakcionētas daļas - milihenrijs un mikrohenrijs. Mēs varam runāt par 1 Henrija induktivitāti, ja strāvas izmaiņas par 1 ampēru izraisa pašindukcijas EMF 1 voltu. Ne tikai ķēdei ir induktivitāte, bet arī atsevišķs vadītājs, kā arī spole, ko var attēlot kā virkni savienotu ķēžu kopumu.
Induktivitāte uzglabā enerģiju, ko var aprēķināt kā W=L*I2/2, kur:
- W — enerģija, J;
- L – induktivitāte, H;
- Es esmu strāva spolē, A.
Un šeit enerģija ir tieši proporcionāla spoles induktivitātei.
Svarīgs! Inženierzinātnēs induktivitāte ir arī ierīce, kurā tiek uzglabāts elektriskais lauks. Reālais elements, kas ir vistuvāk šādai definīcijai, ir induktors.
Vispārīgajai formulai fiziskās spoles induktivitātes aprēķināšanai ir sarežģīta forma un tā ir neērta praktiskiem aprēķiniem. Ir lietderīgi atcerēties, ka induktivitāte ir proporcionāla apgriezienu skaitam, spoles diametram un ir atkarīga no ģeometriskās formas. Tāpat induktivitāti ietekmē serdeņa, uz kuras atrodas tinums, magnētiskā caurlaidība, bet netiek ietekmēta strāva, kas plūst cauri pagriezieniem. Lai aprēķinātu induktivitāti, katru reizi jums ir jāatsaucas uz iepriekš minētajām formulas konkrētam dizainam. Tātad cilindriskai spolei tās galveno raksturlielumu aprēķina pēc formulas:
L=μ*μ*(N2*S/l),
kur:
- μ ir spoles serdeņa relatīvā magnētiskā caurlaidība;
- μ – magnētiskā konstante, 1,26*10-6 H/m;
- N ir apgriezienu skaits;
- S ir spoles laukums;
- l ir spoles ģeometriskais garums.
Lai aprēķinātu induktivitāti cilindriskai spolei un citu formu spolēm, labāk ir izmantot kalkulatoru programmas, tostarp tiešsaistes kalkulatorus.
Induktoru virknes un paralēlais savienojums
Induktivitātes var savienot virknē vai paralēli, iegūstot komplektu ar jauniem raksturlielumiem.
Paralēlais savienojums
Kad spoles ir savienotas paralēli, spriegums uz visiem elementiem ir vienāds, un strāvas (mainīgie) tiek sadalīti apgriezti ar elementu induktivitātēm.
- U=U1=U2=U3;
- I=I1+I2+I3.
Ķēdes kopējā induktivitāte ir definēta kā 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Formula ir derīga jebkuram elementu skaitam, un divām spolēm tā ir vienkāršota līdz formai L=L1*L2/(L1+L2). Acīmredzot iegūtā induktivitāte ir mazāka par elementa induktivitāti ar mazāko vērtību.
seriālais savienojums
Izmantojot šāda veida savienojumu, caur ķēdi, kas sastāv no spolēm, plūst viena un tā pati strāva, un spriegums (mainīgs!) Katrai ķēdes sastāvdaļai tiek sadalīts proporcionāli katra elementa induktivitātei:
- U=U1+U2+U3;
- I=I1=I2=I3.
Kopējā induktivitāte ir vienāda ar visu induktivitātes summu un būs lielāka par elementa induktivitāti ar lielāko vērtību. Tādēļ šādu savienojumu izmanto, ja nepieciešams, lai iegūtu induktivitātes pieaugumu.
Svarīgs! Savienojot spoles virknē vai paralēli akumulatorā, aprēķinu formulas ir pareizas tikai gadījumiem, kad ir izslēgta elementu magnētisko lauku savstarpējā ietekme uz otru (ekrānojums, liela attāluma utt.). Ja ietekme pastāv, tad kopējā induktivitātes vērtība būs atkarīga no spoļu relatīvā stāvokļa.
Daži praktiski jautājumi un induktoru konstrukcijas
Praksē tiek izmantoti dažāda dizaina induktori. Atkarībā no mērķa un pielietojuma jomas ierīces var izgatavot dažādi, taču jāņem vērā efekti, kas rodas īstās spoles.
Induktora kvalitātes faktors
Īstai spolei papildus induktivitātei ir vēl vairāki parametri, un viens no svarīgākajiem ir kvalitātes faktors. Šī vērtība nosaka zudumus spolē un ir atkarīga no:
- omi zudumi tinuma vadā (jo lielāka pretestība, jo zemāks kvalitātes koeficients);
- dielektriskie zudumi stieples izolācijā un tinumu rāmī;
- ekrāna zudums;
- pamatzaudējumi.
Visi šie lielumi nosaka zudumu pretestību, un kvalitātes faktors ir bezizmēra vērtība, kas vienāda ar Q=ωL/Rlosses, kur:
- ω = 2*π*F - apļveida frekvence;
- L - induktivitāte;
- ωL ir spoles pretestība.
Var aptuveni teikt, ka kvalitātes koeficients ir vienāds ar reaktīvās (induktīvās) pretestības attiecību pret aktīvo. No vienas puses, palielinoties frekvencei, skaitītājs palielinās, bet tajā pašā laikā ādas efekta dēļ palielinās arī zudumu pretestība, jo samazinās stieples lietderīgais šķērsgriezums.
ekrāna efekts
Lai samazinātu svešķermeņu, kā arī elektrisko un magnētisko lauku ietekmi un elementu savstarpējo ietekmi caur šiem laukiem, ekrānā bieži tiek ievietotas spoles (īpaši augstfrekvences). Papildus labvēlīgajam efektam ekranēšana izraisa spoles kvalitātes faktora samazināšanos, tās induktivitātes samazināšanos un parazitārās kapacitātes palielināšanos. Turklāt, jo tuvāk ekrāna sienas atrodas spoles pagriezieniem, jo lielāka ir kaitīgā ietekme. Tāpēc gandrīz vienmēr tiek izgatavotas ekranētas spoles ar iespēju pielāgot parametrus.
Trimmera induktivitāte
Dažos gadījumos ir nepieciešams precīzi iestatīt induktivitātes vērtību uz vietas pēc spoles pievienošanas citiem ķēdes elementiem, kompensējot parametru novirzes regulēšanas laikā. Šim nolūkam tiek izmantotas dažādas metodes (pagriezienu krānu pārslēgšana utt.), bet visprecīzākā un vienmērīgākā metode ir skaņošana ar serdes palīdzību. Tas ir izgatavots vītņota stieņa formā, kuru var ieskrūvēt un ieskrūvēt rāmja iekšpusē, regulējot spoles induktivitāti.
Mainīga induktivitāte (variometrs)
Ja nepieciešama ātra induktivitātes vai induktīvās savienojuma regulēšana, tiek izmantotas citas konstrukcijas spoles. Tie satur divus tinumus - kustīgus un fiksētus. Kopējā induktivitāte ir vienāda ar divu spoļu induktivitātes un savstarpējās induktivitātes summu starp tām.
Mainot vienas spoles relatīvo stāvokli uz citu, tiek koriģēta kopējā induktivitātes vērtība. Šādu ierīci sauc par variometru, un to bieži izmanto sakaru iekārtās, lai noregulētu rezonanses ķēdes gadījumos, kad mainīgo kondensatoru izmantošana kādu iemeslu dēļ nav iespējama.Variometra dizains ir diezgan apjomīgs, kas ierobežo tā darbības jomu.
Induktivitāte drukātas spirāles formā
Spoles ar nelielu induktivitāti var izgatavot drukātu vadītāju spirāles veidā. Šī dizaina priekšrocības ir:
- produkcijas izgatavojamība;
- augsta parametru atkārtojamība.
Trūkumi ietver precīzas noregulēšanas neiespējamību regulēšanas laikā un grūtības iegūt lielas induktivitātes vērtības - jo augstāka ir induktivitāte, jo vairāk vietas spole aizņem uz tāfeles.
Sekciju spole
Induktivitāte bez kapacitātes ir tikai uz papīra. Ar jebkuru spoles fizisku ieviešanu nekavējoties rodas parazitāra starppagrieziena kapacitāte. Tas daudzos gadījumos ir kaitīgs. Parazitārā kapacitāte summējas līdz LC ķēdes kapacitātei, samazinot oscilācijas sistēmas rezonanses frekvenci un kvalitātes koeficientu. Arī spolei ir sava rezonanses frekvence, kas provocē nevēlamas parādības.
Parazitiskās kapacitātes samazināšanai tiek izmantotas dažādas metodes, no kurām vienkāršākā ir tinumu induktivitāte vairāku virknē savienotu sekciju veidā. Ar šo iekļaušanu induktivitātes summējas, un kopējā kapacitāte samazinās.
Induktors uz toroidālas serdes
Cilindriska induktora magnētiskā lauka līnijas tiek izvilktas caur tinuma iekšpusi (ja ir serde, tad caur to) un no ārpuses aizvērtas caur gaisu. Šim faktam ir vairāki trūkumi:
- tiek samazināta induktivitāte;
- spoles raksturlielumi ir mazāk pielāgojami aprēķiniem;
- jebkurš objekts, kas ievests ārējā magnētiskajā laukā, maina spoles parametrus (induktivitāti, parazitāro kapacitāti, zudumus utt.), tāpēc daudzos gadījumos ir nepieciešama ekranēšana.
Spolēs, kas uztītas uz toroidālajiem serdeņiem (gredzena vai virtuļa veidā), šie trūkumi lielākoties nav pieejami. Magnētiskās līnijas iet iekšā kodolā slēgtu cilpu veidā. Tas nozīmē, ka ārējie objekti praktiski neietekmē uz šāda serdeņa uztītās spoles parametrus, un šādai konstrukcijai nav nepieciešams ekranējums. Palielinās arī induktivitāte, ja citas lietas ir vienādas, un raksturlielumus ir vieglāk aprēķināt.
Uz tori uztīto spoļu trūkumi ietver neiespējamību vienmērīgi regulēt induktivitāti uz vietas. Vēl viena problēma ir tinumu augstā darba intensitāte un zemā izgatavojamība. Tomēr tas lielākā vai mazākā mērā attiecas uz visiem induktīvajiem elementiem kopumā.
Arī kopīgs induktivitātes fiziskās ieviešanas trūkums ir liels svars un izmērs, salīdzinoši zema uzticamība un zema apkopes iespēja.
Tāpēc tehnoloģijā viņi cenšas atbrīvoties no induktīvajiem komponentiem. Bet tas ne vienmēr ir iespējams, tāpēc tinumu sastāvdaļas tiks izmantotas gan pārskatāmā nākotnē, gan vidējā termiņā.
Līdzīgi raksti:
