Τι είναι η επαγωγή, με τι μετράται, βασικοί τύποι

Η επαγωγή χαρακτηρίζει τις ιδιότητες των στοιχείων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος να συσσωρεύουν την ενέργεια ενός μαγνητικού πεδίου. Είναι επίσης ένα μέτρο της σχέσης μεταξύ ρεύματος και μαγνητικού πεδίου. Συγκρίνεται επίσης με την αδράνεια του ηλεκτρισμού - όπως ακριβώς η μάζα με ένα μέτρο της αδράνειας των μηχανικών σωμάτων.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής

Εάν το ρεύμα που διαρρέει ένα αγώγιμο κύκλωμα αλλάξει σε μέγεθος, τότε εμφανίζεται το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής. Σε αυτήν την περίπτωση, η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος αλλάζει και εμφανίζεται ένα emf στους ακροδέκτες του βρόχου ρεύματος, που ονομάζεται emf αυτοεπαγωγής. Αυτό το EMF είναι αντίθετο προς την κατεύθυνση του ρεύματος και ισούται με:

ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)

Είναι προφανές ότι το EMF της αυτοεπαγωγής είναι ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που προκαλείται από μια αλλαγή στο ρεύμα που ρέει μέσω του κυκλώματος και είναι επίσης ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής του ρεύματος. Ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ του EMF της αυτοεπαγωγής και του ρυθμού μεταβολής του ρεύματος ονομάζεται επαγωγή και συμβολίζεται με L. Αυτή η τιμή είναι πάντα θετική και έχει μονάδα SI 1 Henry (1 H). Χρησιμοποιούνται επίσης κλασματικά κλάσματα - millihenry και microhenry. Μπορούμε να μιλήσουμε για αυτεπαγωγή 1 Henry εάν ​​μια αλλαγή στο ρεύμα κατά 1 αμπέρ προκαλεί EMF αυτοεπαγωγής 1 Volt. Όχι μόνο το κύκλωμα έχει αυτεπαγωγή, αλλά και έναν ξεχωριστό αγωγό, καθώς και ένα πηνίο, το οποίο μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο κυκλωμάτων συνδεδεμένων σε σειρά.

Η αυτεπαγωγή αποθηκεύει ενέργεια, η οποία μπορεί να υπολογιστεί ως W=L*I²/2, όπου:

• W—ενέργεια, J;
• L – αυτεπαγωγή, H;
• I είναι το ρεύμα στο πηνίο, Α.

Και εδώ η ενέργεια είναι ευθέως ανάλογη με την αυτεπαγωγή του πηνίου.

Σπουδαίος! Στη μηχανική, μια επαγωγή είναι επίσης μια συσκευή στην οποία αποθηκεύεται ένα ηλεκτρικό πεδίο. Το πραγματικό στοιχείο που πλησιάζει περισσότερο σε έναν τέτοιο ορισμό είναι ένας επαγωγέας.

Ο γενικός τύπος για τον υπολογισμό της επαγωγής ενός φυσικού πηνίου έχει πολύπλοκη μορφή και δεν είναι βολικός για πρακτικούς υπολογισμούς. Είναι χρήσιμο να θυμόμαστε ότι η αυτεπαγωγή είναι ανάλογη με τον αριθμό των στροφών, τη διάμετρο του πηνίου και εξαρτάται από το γεωμετρικό σχήμα. Επίσης, η αυτεπαγωγή επηρεάζεται από τη μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα στον οποίο βρίσκεται η περιέλιξη, αλλά δεν επηρεάζεται το ρεύμα που διαρρέει τις στροφές. Για τον υπολογισμό της αυτεπαγωγής, κάθε φορά πρέπει να ανατρέχετε στους παραπάνω τύπους για ένα συγκεκριμένο σχέδιο. Έτσι, για ένα κυλινδρικό πηνίο, το κύριο χαρακτηριστικό του υπολογίζεται από τον τύπο:

L=μ*μ*(Ν²*S/l),

όπου:

• μ είναι η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα του πηνίου.
• μ – μαγνητική σταθερά, 1,26*10-6 H/m;
• N είναι ο αριθμός των στροφών.
• S είναι η περιοχή του πηνίου.
• l είναι το γεωμετρικό μήκος του πηνίου.

Για τον υπολογισμό της αυτεπαγωγής για ένα κυλινδρικό πηνίο και πηνία άλλων σχημάτων, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε προγράμματα αριθμομηχανών, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών αριθμομηχανών.

Σειρά και παράλληλη σύνδεση επαγωγέων

Οι επαγωγές μπορούν να συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα, αποκτώντας ένα σύνολο με νέα χαρακτηριστικά.

Παράλληλη σύνδεση

Όταν τα πηνία συνδέονται παράλληλα, η τάση σε όλα τα στοιχεία είναι ίση και τα ρεύματα (μεταβλητές) κατανέμονται αντίστροφα με τις επαγωγές των στοιχείων.

• U=U₁=U₂=U₃;
• I=I₁+Ι₂+Ι₃.

Η συνολική αυτεπαγωγή του κυκλώματος ορίζεται ως 1/L=1/L₁+1/L₂+1/L₃. Ο τύπος ισχύει για οποιονδήποτε αριθμό στοιχείων και για δύο πηνία απλοποιείται στη μορφή L=L₁*ΜΕΓΑΛΟ₂/(ΜΕΓΑΛΟ₁+L₂). Προφανώς, η επαγωγή που προκύπτει είναι μικρότερη από την αυτεπαγωγή του στοιχείου με τη μικρότερη τιμή.

σειριακή σύνδεση

Με αυτόν τον τύπο σύνδεσης, το ίδιο ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος που αποτελείται από πηνία και η τάση (μεταβλητή!) σε κάθε στοιχείο του κυκλώματος κατανέμεται ανάλογα με την αυτεπαγωγή κάθε στοιχείου:

• U=U₁+U₂+U₃;
• I=I₁=Ι₂=Ι₃.

Η συνολική αυτεπαγωγή είναι ίση με το άθροισμα όλων των αυτεπαγωγών και θα είναι μεγαλύτερη από την αυτεπαγωγή του στοιχείου με τη μεγαλύτερη τιμή. Επομένως, μια τέτοια σύνδεση χρησιμοποιείται εάν είναι απαραίτητο για να επιτευχθεί αύξηση της επαγωγής.

Σπουδαίος! Κατά τη σύνδεση πηνίων σε σειρά ή παράλληλη μπαταρία, οι τύποι υπολογισμού είναι σωστοί μόνο για περιπτώσεις όπου αποκλείεται η αμοιβαία επίδραση των μαγνητικών πεδίων των στοιχείων μεταξύ τους (θωράκιση, μεγάλη απόσταση κ.λπ.). Εάν υπάρχει επιρροή, τότε η συνολική τιμή της αυτεπαγωγής θα εξαρτηθεί από τη σχετική θέση των πηνίων.

Μερικά πρακτικά θέματα και σχέδια επαγωγέων

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται διάφορα σχέδια επαγωγέων. Ανάλογα με το σκοπό και το πεδίο εφαρμογής, οι συσκευές μπορούν να κατασκευαστούν με διάφορους τρόπους, αλλά πρέπει να ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα που εμφανίζονται σε πραγματικά πηνία.

Συντελεστής ποιότητας του επαγωγέα

Ένα πραγματικό πηνίο, εκτός από αυτεπαγωγή, έχει και αρκετές ακόμη παραμέτρους, και μια από τις πιο σημαντικές είναι ο παράγοντας ποιότητας. Αυτή η τιμή καθορίζει τις απώλειες στο πηνίο και εξαρτάται από:

• ωμικές απώλειες στο σύρμα περιέλιξης (όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο χαμηλότερος είναι ο παράγοντας ποιότητας).
• διηλεκτρικές απώλειες στη μόνωση του σύρματος και στο πλαίσιο περιέλιξης.
• απώλεια οθόνης?
• βασικές απώλειες.

Όλες αυτές οι ποσότητες καθορίζουν την αντίσταση στην απώλεια και ο παράγοντας ποιότητας είναι μια αδιάστατη τιμή ίση με Q=ωL/Rlosses, όπου:

• ω = 2*π*F - κυκλική συχνότητα.
• L - επαγωγή;
• ωL είναι η αντίδραση του πηνίου.

Μπορούμε να πούμε περίπου ότι ο παράγοντας ποιότητας είναι ίσος με την αναλογία αντιδραστικής (επαγωγικής) αντίστασης προς ενεργό. Από τη μία πλευρά, με την αυξανόμενη συχνότητα, ο αριθμητής αυξάνεται, αλλά ταυτόχρονα, λόγω του φαινομένου του δέρματος, η αντίσταση στην απώλεια αυξάνεται επίσης λόγω της μείωσης της χρήσιμης διατομής του σύρματος.

εφέ οθόνης

Για τη μείωση της επίδρασης ξένων αντικειμένων, καθώς και ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων και της αμοιβαίας επιρροής των στοιχείων μέσω αυτών των πεδίων, συχνά τοποθετούνται πηνία (ειδικά αυτά υψηλής συχνότητας) σε μια οθόνη. Εκτός από το ευεργετικό αποτέλεσμα, η θωράκιση προκαλεί μείωση του συντελεστή ποιότητας του πηνίου, μείωση της επαγωγής του και αύξηση της παρασιτικής χωρητικότητας. Επιπλέον, όσο πιο κοντά είναι τα τοιχώματα της οθόνης στις στροφές του πηνίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιβλαβής επίδραση. Επομένως, τα θωρακισμένα πηνία κατασκευάζονται σχεδόν πάντα με δυνατότητα ρύθμισης των παραμέτρων.

Αυτόματη επαγωγή

Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται να ρυθμίσετε με ακρίβεια την τιμή αυτεπαγωγής επί τόπου μετά τη σύνδεση του πηνίου με άλλα στοιχεία κυκλώματος, αντισταθμίζοντας τις αποκλίσεις των παραμέτρων κατά τον συντονισμό. Για αυτό, χρησιμοποιούνται διαφορετικές μέθοδοι (εναλλαγή των κρουνών των στροφών κ.λπ.), αλλά η πιο ακριβής και ομαλή μέθοδος είναι ο συντονισμός με τη βοήθεια ενός πυρήνα. Είναι κατασκευασμένο σε μορφή ράβδου με σπείρωμα, η οποία μπορεί να βιδωθεί μέσα και έξω μέσα στο πλαίσιο, ρυθμίζοντας την αυτεπαγωγή του πηνίου.

Μεταβλητή αυτεπαγωγή (βαριόμετρο)

Όπου απαιτείται γρήγορη ρύθμιση της αυτεπαγωγής ή της επαγωγικής σύζευξης, χρησιμοποιούνται πηνία διαφορετικού σχεδιασμού. Περιέχουν δύο περιελίξεις - κινητές και σταθερές. Η ολική αυτεπαγωγή είναι ίση με το άθροισμα των επαγωγών των δύο πηνίων και της αμοιβαίας αυτεπαγωγής μεταξύ τους.

Με την αλλαγή της σχετικής θέσης ενός πηνίου σε άλλο, ρυθμίζεται η συνολική τιμή της αυτεπαγωγής. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται μεταβλητόμετρο και χρησιμοποιείται συχνά σε εξοπλισμό επικοινωνιών για τον συντονισμό κυκλωμάτων συντονισμού σε περιπτώσεις όπου η χρήση μεταβλητών πυκνωτών είναι αδύνατη για κάποιο λόγο.Ο σχεδιασμός του βαρόμετρου είναι μάλλον ογκώδης, γεγονός που περιορίζει το πεδίο εφαρμογής του.

Βαριόμετρο μπάλας

Επαγωγή σε μορφή τυπωμένης σπείρας

Τα πηνία με μικρή επαγωγή μπορούν να κατασκευαστούν με τη μορφή σπείρας τυπωμένων αγωγών. Τα πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού είναι:

• Κατασκευαστική ικανότητα παραγωγής·
• υψηλή επαναληψιμότητα των παραμέτρων.

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν την αδυναμία λεπτής ρύθμισης κατά τη ρύθμιση και τη δυσκολία απόκτησης μεγάλων τιμών επαγωγής - όσο μεγαλύτερη είναι η επαγωγή, τόσο περισσότερο χώρο καταλαμβάνει το πηνίο στην πλακέτα.

Καρούλι τμηματικού τραύματος

Η επαγωγή χωρίς χωρητικότητα είναι μόνο στα χαρτιά. Με οποιαδήποτε φυσική εφαρμογή του πηνίου, εμφανίζεται αμέσως μια παρασιτική χωρητικότητα διακοπής. Αυτό είναι επιβλαβές σε πολλές περιπτώσεις. Η παρασιτική χωρητικότητα προστίθεται στην χωρητικότητα του κυκλώματος LC, μειώνοντας τη συχνότητα συντονισμού και τον παράγοντα ποιότητας του ταλαντευτικού συστήματος. Επίσης, το πηνίο έχει τη δική του συχνότητα συντονισμού, η οποία προκαλεί ανεπιθύμητα φαινόμενα.

Διάφορες μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη μείωση της παρασιτικής χωρητικότητας, η απλούστερη από τις οποίες είναι η επαγωγή της περιέλιξης με τη μορφή πολλών τμημάτων που συνδέονται σε σειρά. Με αυτή τη συμπερίληψη, οι επαγωγές αθροίζονται και η συνολική χωρητικότητα μειώνεται.

Επαγωγέας σε σπειροειδή πυρήνα

Γραμμές μαγνητικού πεδίου κυλινδρικού πηνίου

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ενός κυλινδρικού επαγωγέα σύρονται μέσω του εσωτερικού της περιέλιξης (εάν υπάρχει πυρήνας, τότε μέσω αυτού) και κλείνονται από το εξωτερικό μέσω του αέρα. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται πολλά μειονεκτήματα:

• η αυτεπαγωγή μειώνεται.
• τα χαρακτηριστικά του πηνίου είναι λιγότερο επιδεκτικά υπολογισμού.
• κάθε αντικείμενο που εισάγεται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο αλλάζει τις παραμέτρους του πηνίου (επαγωγή, παρασιτική χωρητικότητα, απώλειες κ.λπ.), οπότε απαιτείται θωράκιση σε πολλές περιπτώσεις.

Τα πηνία που τυλίγονται σε δακτυλιοειδείς πυρήνες (με τη μορφή δακτυλίου ή ντόνατ) είναι σε μεγάλο βαθμό απαλλαγμένα από αυτές τις ελλείψεις. Οι μαγνητικές γραμμές περνούν μέσα στον πυρήνα με τη μορφή κλειστών βρόχων. Αυτό σημαίνει ότι τα εξωτερικά αντικείμενα δεν έχουν πρακτικά καμία επίδραση στις παραμέτρους ενός πηνίου που τυλίγεται σε έναν τέτοιο πυρήνα και δεν απαιτείται θωράκιση για ένα τέτοιο σχέδιο. Η αυτεπαγωγή αυξάνεται επίσης, τα άλλα πράγματα είναι ίσα και τα χαρακτηριστικά είναι πιο εύκολο να υπολογιστούν.

Γραμμές μαγνητικού πεδίου δακτυλιοειδούς πηνίου

Τα μειονεκτήματα των πηνίων που τυλίγονται στο tori περιλαμβάνουν την αδυναμία ομαλής ρύθμισης της επαγωγής επί τόπου. Ένα άλλο πρόβλημα είναι η υψηλή ένταση εργασίας και η χαμηλή ικανότητα κατασκευής της περιέλιξης. Ωστόσο, αυτό ισχύει για όλα τα επαγωγικά στοιχεία γενικά, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό.

Επίσης, ένα κοινό μειονέκτημα της φυσικής υλοποίησης της αυτεπαγωγής είναι το μεγάλο βάρος και το μέγεθος, η σχετικά χαμηλή αξιοπιστία και η χαμηλή συντηρησιμότητα.

Ως εκ τούτου, στην τεχνολογία, προσπαθούν να απαλλαγούν από επαγωγικά εξαρτήματα. Αλλά αυτό δεν είναι πάντα δυνατό, επομένως τα εξαρτήματα περιέλιξης θα χρησιμοποιηθούν τόσο στο άμεσο μέλλον όσο και μεσοπρόθεσμα.

Τι είναι το επαγωγικό emf και πότε εμφανίζεται;

Τι είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα, τι μετράται και από τι εξαρτάται

Ποιος είναι ο λόγος μετασχηματισμού ενός μετασχηματιστή;

Τι είναι η διηλεκτρική σταθερά

Προσδιορισμός χωρητικότητας σειριακών ή παράλληλων πυκνωτών - τύπος

Ποια είναι η ενεργός και η άεργος ισχύς του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος;