Endüktans, bir manyetik alanın enerjisini biriktirmek için bir elektrik devresinin elemanlarının özelliklerini karakterize eder. Aynı zamanda akım ve manyetik alan arasındaki ilişkinin bir ölçüsüdür. Aynı zamanda elektriğin ataletiyle de karşılaştırılır - tıpkı mekanik cisimlerin ataletinin bir ölçüsü olan kütle gibi.
İçerik
Kendi kendine indüksiyon olgusu
İletken bir devreden geçen akımın büyüklüğü değişirse, kendi kendine endüksiyon olgusu meydana gelir. Bu durumda, devreden geçen manyetik akı değişir ve mevcut döngünün terminallerinde kendi kendine indüksiyon emk adı verilen bir emk belirir. Bu EMF, akımın yönünün tersidir ve şuna eşittir:
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Kendi kendine endüksiyonun EMF'sinin, devreden geçen akımdaki bir değişikliğin neden olduğu manyetik akının değişim hızına eşit olduğu ve aynı zamanda akımın değişim hızı ile orantılı olduğu açıktır. Kendi kendine endüksiyonun EMF'si ile akımın değişim hızı arasındaki orantı katsayısına endüktans denir ve L ile gösterilir. Bu değer her zaman pozitiftir ve SI birimi 1 Henry (1 H)'dir. Kesirli kesirler de kullanılır - millihenry ve microhenry. Akımdaki 1 amperlik bir değişiklik, 1 Volt'luk bir kendi kendine endüksiyon EMF'sine neden oluyorsa, 1 Henry'lik bir endüktanstan bahsedebiliriz. Sadece devrenin endüktansı değil, aynı zamanda ayrı bir iletkenin yanı sıra bir dizi seri bağlı devre olarak temsil edilebilecek bir bobin vardır.
Endüktans, W=L*I olarak hesaplanabilen enerjiyi depolar.2/2, nerede:
- W—enerji, J;
- L – endüktans, H;
- I bobindeki akımdır, A.
Ve burada enerji, bobinin endüktansı ile doğru orantılıdır.
Önemli! Mühendislikte, bir endüktans aynı zamanda bir elektrik alanının depolandığı bir cihazdır. Böyle bir tanıma en yakın gerçek eleman bir indüktördür.
Fiziksel bir bobinin endüktansını hesaplamak için genel formül karmaşık bir forma sahiptir ve pratik hesaplamalar için elverişsizdir. Endüktansın dönüş sayısı, bobin çapı ile orantılı olduğunu ve geometrik şekle bağlı olduğunu hatırlamakta fayda var. Ayrıca, endüktans, sargının bulunduğu çekirdeğin manyetik geçirgenliğinden etkilenir, ancak dönüşlerden akan akım etkilenmez. Endüktansı hesaplamak için, her seferinde belirli bir tasarım için yukarıdaki formüllere başvurmanız gerekir. Bu nedenle, silindirik bir bobin için ana özelliği aşağıdaki formülle hesaplanır:
L=μ*μ*(N2*S/l),
nerede:
- μ, bobin çekirdeğinin bağıl manyetik geçirgenliğidir;
- μ – manyetik sabit, 1.26*10-6 H/m;
- N, dönüş sayısıdır;
- S, bobinin alanıdır;
- l bobinin geometrik uzunluğudur.
Silindirik bir bobin ve diğer şekillerdeki bobinlerin endüktansını hesaplamak için, çevrimiçi hesap makineleri de dahil olmak üzere hesaplayıcı programlarını kullanmak daha iyidir.
İndüktörlerin seri ve paralel bağlantısı
Endüktanslar seri veya paralel olarak bağlanabilir ve yeni özelliklere sahip bir set elde edilebilir.
Paralel bağlantı
Bobinler paralel bağlandığında, tüm elemanlardaki voltaj eşittir ve akımlar (değişkenler) elemanların endüktansları ile ters olarak dağıtılır.
- U=U1=U2=U3;
- ben=ben1+ben2+ben3.
Devrenin toplam endüktansı 1/L=1/L olarak tanımlanmıştır.1+1/L2+1/L3. Formül herhangi bir sayıda eleman için geçerlidir ve iki bobin için L=L şeklinde basitleştirilmiştir.1*S2/(L1+L2). Açıkçası, ortaya çıkan endüktans, en küçük değere sahip elemanın endüktansından daha azdır.
seri bağlantı
Bu tür bir bağlantıda, bobinlerden oluşan devreden aynı akım geçer ve devrenin her bir bileşenindeki voltaj (değişken!) her bir elemanın endüktansı ile orantılı olarak dağıtılır:
- U=U1+U2+U3;
- ben=ben1=ben2=ben3.
Toplam endüktans, tüm endüktansların toplamına eşittir ve en büyük değere sahip elemanın endüktansından daha büyük olacaktır. Bu nedenle, endüktansta bir artış elde etmek için gerekirse böyle bir bağlantı kullanılır.
Önemli! Bobinleri bir seri veya paralel aküye bağlarken, hesaplama formülleri yalnızca elemanların manyetik alanlarının birbirleri üzerindeki karşılıklı etkisinin hariç tutulduğu durumlar için doğrudur (ekranlama, uzun mesafe vb.). Bir etki varsa, endüktansın toplam değeri, bobinlerin göreli konumuna bağlı olacaktır.
İndüktörlerin bazı pratik sorunları ve tasarımları
Uygulamada, çeşitli indüktör tasarımları kullanılmaktadır. Amacına ve uygulama alanına bağlı olarak cihazlar çeşitli şekillerde yapılabilir ancak gerçek bobinlerde meydana gelen etkilerin dikkate alınması gerekir.
İndüktörün kalite faktörü
Gerçek bir bobin, endüktansa ek olarak, birkaç parametreye daha sahiptir ve en önemlilerinden biri kalite faktörüdür. Bu değer, bobindeki kayıpları belirler ve şunlara bağlıdır:
- sargı telindeki omik kayıplar (direnç ne kadar büyükse, kalite faktörü o kadar düşük olur);
- tel yalıtımı ve sargı çerçevesindeki dielektrik kayıplar;
- ekran kaybı;
- çekirdek kayıplar.
Tüm bu nicelikler, kayıp direncini belirler ve kalite faktörü, Q=ωL/Rlosses'a eşit boyutsuz bir değerdir, burada:
- ω = 2*π*F - dairesel frekans;
- L - endüktans;
- ωL, bobinin reaktansıdır.
Yaklaşık olarak kalite faktörünün reaktif (endüktif) direncin aktife oranına eşit olduğunu söyleyebiliriz. Bir yandan artan frekansla pay artar, ancak aynı zamanda cilt etkisi nedeniyle telin faydalı kesitindeki azalma nedeniyle kayıp direnci de artar.
ekran efekti
Elektrik ve manyetik alanların yanı sıra yabancı cisimlerin etkisini ve bu alanlardaki elementlerin karşılıklı etkisini azaltmak için bobinler (özellikle yüksek frekanslı olanlar) genellikle bir ekrana yerleştirilir. Yararlı etkiye ek olarak, ekranlama, bobinin kalite faktöründe bir azalmaya, endüktansında bir azalmaya ve parazitik kapasitansta bir artışa neden olur. Ayrıca, elek duvarları bobinin dönüşlerine ne kadar yakınsa, zararlı etkisi o kadar yüksek olur. Bu nedenle, korumalı bobinler neredeyse her zaman parametreleri ayarlama imkanı ile yapılır.
düzeltici endüktansı
Bazı durumlarda, bobini diğer devre elemanlarına bağladıktan sonra, ayar sırasında parametre sapmalarını telafi ederek endüktans değerini yerinde doğru bir şekilde ayarlamak gerekir. Bunun için farklı yöntemler kullanılır (dönüşlerin musluklarının değiştirilmesi vb.), ancak en doğru ve sorunsuz yöntem bir çekirdek yardımıyla akort etmektir. Bobinin endüktansını ayarlayarak çerçevenin içine ve dışına vidalanabilen dişli bir çubuk şeklinde yapılır.
Değişken endüktans (variometre)
Endüktansın veya endüktif kuplajın hızlı ayarlanması gerektiğinde, farklı tasarımdaki bobinler kullanılır. İki sargı içerirler - hareketli ve sabit. Toplam endüktans, iki bobinin endüktanslarının toplamına ve aralarındaki karşılıklı endüktansa eşittir.
Bir bobinin göreceli konumunu diğerine değiştirerek, endüktansın toplam değeri ayarlanır. Böyle bir cihaza variometre denir ve bir nedenden dolayı değişken kapasitör kullanımının imkansız olduğu durumlarda rezonans devrelerini ayarlamak için iletişim ekipmanlarında sıklıkla kullanılır.Variometrenin tasarımı oldukça hantaldır ve bu da kapsamını sınırlar.
Basılı bir spiral şeklinde endüktans
Küçük bir endüktansa sahip bobinler, baskılı iletkenlerden oluşan bir spiral şeklinde yapılabilir. Bu tasarımın avantajları şunlardır:
- üretimin üretilebilirliği;
- parametrelerin yüksek tekrarlanabilirliği.
Dezavantajlar arasında, ayarlama sırasında ince ayarın imkansızlığı ve büyük endüktans değerleri elde etmenin zorluğu yer alır - endüktans ne kadar yüksek olursa, bobin tahtada o kadar fazla yer kaplar.
Seksiyonel yara makarası
Kapasitanssız endüktans sadece kağıt üzerindedir. Bobinin herhangi bir fiziksel uygulamasıyla, parazitik bir dönüşler arası kapasitans hemen ortaya çıkar. Bu birçok durumda zararlıdır. Parazitik kapasitans, LC devresinin kapasitansına eklenir, rezonans frekansını ve salınım sisteminin kalite faktörünü azaltır. Ayrıca, bobinin istenmeyen olayları kışkırtan kendi rezonans frekansı vardır.
Parazitik kapasitansı azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılır; bunların en basiti, birkaç seri bağlı bölüm biçimindeki sargı endüktansıdır. Bu dahil etme ile endüktanslar toplanır ve toplam kapasitans azalır.
Bir toroidal çekirdek üzerindeki indüktör
Silindirik bir indüktörün manyetik alan çizgileri, sargının içinden (bir çekirdek varsa, o zaman içinden) çekilir ve dışarıdan hava yoluyla kapatılır. Bu gerçek birkaç dezavantajı beraberinde getirir:
- endüktans azalır;
- bobinin özellikleri hesaplamaya daha az uygundur;
- harici bir manyetik alana getirilen herhangi bir nesne, bobinin parametrelerini değiştirir (endüktans, parazitik kapasitans, kayıplar, vb.), bu nedenle birçok durumda ekranlama gerekir.
Toroidal çekirdekler üzerine sarılmış bobinler (bir halka veya halka şeklinde) bu eksikliklerden büyük ölçüde muaftır. Manyetik çizgiler, çekirdeğin içinden kapalı döngüler şeklinde geçer. Bu, harici nesnelerin böyle bir çekirdek üzerine sarılmış bir bobinin parametreleri üzerinde pratik olarak hiçbir etkisinin olmadığı ve böyle bir tasarım için ekranlamaya gerek olmadığı anlamına gelir. Endüktans da artar, diğer şeyler eşitlenir ve özelliklerin hesaplanması daha kolaydır.
Tori üzerine sarılmış bobinlerin dezavantajları, endüktansın yerinde düzgün ayarlanmasının imkansızlığını içerir. Diğer bir problem, sargının yüksek emek yoğunluğu ve düşük üretilebilirliğidir. Ancak bu, genel olarak tüm endüktif elemanlar için az veya çok geçerlidir.
Ayrıca, endüktansın fiziksel uygulamasının yaygın bir dezavantajı, yüksek ağırlık ve boyut, nispeten düşük güvenilirlik ve düşük bakım kolaylığıdır.
Bu nedenle teknolojide endüktif bileşenlerden kurtulmaya çalışırlar. Ancak bu her zaman mümkün değildir, bu nedenle hem öngörülebilir gelecekte hem de orta vadede sargı bileşenleri kullanılacaktır.
Benzer makaleler:
