Ono što se zove induktivna reaktancija zavojnice. Primjena u tehnologiji

Induktor - vijčana, spiralna ili spiralna zavojnica napravljena od valjanog izolovanog vodiča, koji ima značajnu induktivnost sa relativno malim kapacitetom i niskim aktivnim otporom. Kao rezultat toga, kada naizmjenična električna struja teče kroz zavojnicu, uočava se njegova značajna inercija.

Za povećanje induktivnosti koriste se jezgre od feromagnetnih materijala: električni čelik, permaloj, flukstrol, karbonil željezo, ferit. Jezgra se također koriste za promjenu induktivnosti zavojnica u malim granicama.

Postoje i zavojnice čiji su provodnici implementirani na štampanu ploču.

Induktor u električnom krugu dobro provodi jednosmjernu struju i istovremeno se odupire naizmjeničnom strujom, jer kada se struja mijenja u zavojnici, nastaje samoinduktivna emf koja sprječava ovu promjenu.

Glavni parametar induktora je njegov induktivnost, koji određuje kakav će tok magnetnog polja zavojnica stvoriti kada kroz njega teče struja od 1 ampera. Tipične vrijednosti induktivnosti zavojnica kreću se od desetina µH do desetina H.

Gubici žice uzrokovana iz tri razloga:

· Žice za namotaje imaju omski (aktivni) otpor.

· Otpor žice za namotaje raste sa povećanjem frekvencije, što je posljedica skin efekta. Suština efekta je pomicanje struje u površinske slojeve žice. Kao rezultat toga, korisni poprečni presjek vodiča se smanjuje, a otpor raste.

· U žicama namota uvijenog u spiralu očituje se efekat blizine, čija je suština pomicanje struje pod utjecajem vrtložnih struja i magnetskog polja na periferiju namota. Kao rezultat toga, poprečni presjek kroz koji teče struja poprima oblik polumjeseca, što dovodi do dodatnog povećanja otpora žice.

Dielektrični gubici (izolacija žice i okvir zavojnice) mogu se klasificirati u dvije kategorije:

· Gubici od dielektrika međunavojnog kondenzatora (međunavojno curenje i drugi gubici karakteristični za dielektrike kondenzatora).

· Gubici zbog magnetnih svojstava dielektrika (ovi gubici su slični gubicima u jezgri).

Općenito, može se primijetiti da su za moderne zavojnice za opću upotrebu gubici u dielektriku najčešće zanemarivi.

Gubitak jezgre sastoje se od gubitaka na vrtložne struje, gubitaka na histerezi i početnih gubitaka.

Gubici vrtložnim strujama . Struja koja teče kroz provodnik indukuje emf u okolnim provodnicima, kao što su jezgra, ekran i žice susednih zavoja. Nastale vrtložne struje postaju izvor gubitaka zbog otpora vodiča.

Vrste induktora

Induktori petlje . Ovi zavojnici se koriste zajedno sa kondenzatorima za proizvodnju rezonantnih kola. Moraju imati visoku stabilnost, tačnost i faktor kvaliteta.

Zavojnice. Takvi zavojnici se koriste za osiguravanje induktivne sprege između pojedinačnih kola i kaskada. Ovakva veza omogućava razdvajanje baznih i kolektorskih kola i sl. jednosmernom strujom.Ovakvi namotaji ne podležu strogim zahtevima za faktor kvaliteta i tačnost, pa se izrađuju od tanke žice u vidu dva namotaja malih dimenzija. . Glavni parametri ovih zavojnica su induktivnost i koeficijent sprege.

Variometri.To su zavojnice čija se induktivnost može mijenjati tokom rada kako bi se preuredili oscilatorni krugovi. Sastoje se od dva namotaja povezana u seriju. Jedan od zavojnica je nepomičan (stator), drugi se nalazi unutar prvog i rotira (rotor). Kada se promijeni položaj rotora u odnosu na stator, mijenja se vrijednost međusobne induktivnosti, a samim tim i induktivnost variometra. Takav sistem vam omogućava da promijenite induktivnost 4-5 puta. U ferrovariometrima, induktivnost se mijenja pomicanjem feromagnetnog jezgra.

Guši . To su prigušnice s visokim otporom na izmjeničnu struju i niskim otporom na istosmjernu struju. Koriste se u strujnim krugovima radiotehničkih uređaja kao filterski element. Za mreže za napajanje sa frekvencijama od 50-60 Hz izrađuju se na jezgri transformatora od čelika. Na višim frekvencijama također se koriste jezgra od permaloja ili ferit. Posebna vrsta prigušnica su feritne cijevi (perle) na žicama koje prigušuju buku.

Dvostruki gas dva kontra-namotana induktora koji se koriste u filterima za napajanje. Zbog suprotnog namotaja i međusobne indukcije, efikasniji su za filtriranje smetnji zajedničkog moda sa istim dimenzijama. Dvostruke prigušnice se široko koriste kao ulazni filteri za napajanje; u filterima diferencijalnih signala digitalnih linija, kao iu audio tehnici. One. dizajnirani su kako za zaštitu izvora napajanja od induciranih visokofrekventnih signala tako i za izbjegavanje začepljenja mreže za napajanje elektromagnetnim smetnjama. Na niskim frekvencijama koristi se u filterima za napajanje i obično ima feromagnetno (transformatorski čelik) ili feritno jezgro.

Primjena induktora

· Induktori (zajedno sa kondenzatorima i/ili otpornicima) se koriste za konstruisanje različitih kola sa svojstvima zavisnim od frekvencije, posebno filtera, kola povratne sprege, oscilirajućih kola, itd.

· Induktori se koriste u prekidačkim regulatorima kao element koji skladišti energiju i pretvara naponske nivoe.

· Dva ili više induktivno spregnutih zavojnica čine transformator.

· Induktor, napajan impulsnom strujom iz tranzistorskog prekidača, ponekad se koristi kao visokonaponski izvor male snage u niskostrujnim krugovima kada je stvaranje odvojenog visokog napona napajanja u napajanju nemoguće ili ekonomski nepraktično. U ovom slučaju na zavojnici se pojavljuju visoki naponi zbog samoindukcije, koji se mogu koristiti u krugu, na primjer, ispravljanjem i izravnavanjem.

· Zavojnice se također koriste kao elektromagneti.

· Zavojnice se koriste kao izvor energije za pobuđivanje induktivno spregnute plazme.

· Za radio komunikacije - emitovanje i prijem elektromagnetnih talasa (magnetna antena, prstenasta antena).

o Okvirna antena

oDDRR

o Indukciona petlja

· Za zagrijavanje električno vodljivih materijala u indukcijskim pećima.

· Kao senzor pomaka: promjena induktivnosti zavojnice može se mijenjati u širokom rasponu pomicanjem (izvlačenjem) jezgre.

· Induktor se koristi u induktivnim senzorima magnetnog polja. Indukcijski magnetometri su razvijeni i naširoko korišteni tokom Drugog svjetskog rata.

Efikasne metode namotavanja razvijene u našem preduzeću:

Omogućava vam da uklonite ograničenja u rasponima primijenjenih napona, struja i temperatura. Smanjite poprečni presjek žice, cijenu i težinu namotaja pod istim radnim uvjetima. Ili vam omogućavaju povećanje napona, struje i radne temperature sa istim poprečnim presjekom žice.

Naša dugogodišnja istraživanja su pokazala da je najefikasniji način hlađenja zrak. Upotreba dodatnih vrsta izolacije ponekad je nepoželjna i pogoršava svojstva namotaja. Umjesto izolacije koristimo podjelu namotaja na sekcije. Nastojimo povećati kontaktnu površinu žice snažnim strujanjima zraka.

1. Split namotaj.

Najbolja alternativa dodatnoj izolaciji. Namotaj je podijeljen na bilo koji broj sekcija povezanih u seriju. Potencijal između sekcija podijeljen je brojem sekcija. Potencijal između slojeva podijeljen je brojem sekcija pomnoženim brojem slojeva. Potencijal između susjednih zavoja u jednom sloju podijeljen je brojem sekcija pomnoženim brojem slojeva i brojem zavoja u sloju. Stoga se svaki opasan probojni napon može svesti na parametre električne zaštite obične emajlirane žice bez upotrebe posebnih mjera električne izolacije. Što je više odvojenih sekcija, bolje se može organizovati hlađenje.

2. Beskontaktni namotaj.

Zavoji namota su suspendirani u zraku na posebnim žicama. Nemaju mehanički, električni ili termički kontakt sa bilo kojim drugim materijalima zavojnice, ni sa ramom, ni sa kućištem, ni sa električnom izolacijom. Najefikasnije hlađenje zraka, toplinska i električna izolacija.

3. Tijelo u obliku puža.

Smatramo da je vazdušno hlađenje najefikasniji način hlađenja namotaja. Upotreba takvog kućišta sa ventilatorima i proračunatim aerodinamičkim karakteristikama daje značajne prednosti.

4. Punovalni namotaj.

Sve novo je dobro zaboravljeno staro. Podjela namotaja na dva kraka i povezivanje preko diodnog mosta rezultira naizmjeničnim prebacivanjem krakova na frekvenciji mreže. Tokom jednog poluciklusa jedno rame radi, drugo odmara. To omogućava korištenje namotaja manjeg poprečnog presjeka. Punovalni namotaj je posebno relevantan tamo gdje je potrebno postaviti vrlo snažan namotaj sa tako debelom žicom na malom prostoru da je nemoguće savijati pod potrebnim uglovima bez oštećenja. Ili industrija ne proizvodi gume tako debele, pa se možete prebaciti na manji dio.

5. Namotavanje cijevi.

Za rad na posebno visokim temperaturama. Korištena žica je bakarna cijev, cirkulirajući fluid, pumpe, izmjenjivači topline, rashladni generatori i rezervoari.

6. Punjenje smjesama sa nečistoćama na bazi bor nitrida i drugih za povećanje toplotne provodljivosti jedinjenja. Ili istezanje otporno na vibracije pomoću posebnih tehničkih ploča. Koristi se u složenim režimima rada sa vibracijama.

Naši stručnjaci će razviti najefikasniji način za rješavanje vaših problema. Biće nam drago da sarađujemo sa Vama.

Čekamo vaše narudžbe.

"Kaže se da kada se uključi i sa bilo kojom promjenom struje u električnom kolu zbog ukrštanja provodnika s vlastitim magnetnim poljem, u njemu nastaje inducirana elektromotorna sila (EMF). Mi smo ovaj EMF nazvali EMF samoindukcije EMF samoindukcije je reaktivne prirode.Tako, na primjer, kada se povećava struja u kolu, samoinduktivna emf će biti usmjerena protiv emf izvora napona, te stoga struja u električnom kolu ne može biti I obrnuto, kada se struja u kolu smanji, samoinduktivna emf indukuje se u takvom smjeru da, sprječavajući nestanak struje, održava ovu opadajuću struju.

Slika 1. AC kolo koje sadrži induktivnost

Kao što već znamo, EMF samoindukcije ovisi o brzini promjene struje u kolu i o induktivnosti ovog kola (broj zavoja, prisustvo čeličnih jezgara).

U kolu naizmjenične struje, samoinduktivna emf se javlja kontinuirano, jer se struja u krugu kontinuirano mijenja.

Slika 1 prikazuje dijagram kola naizmjenične struje koji sadrži induktor L bez čeličnog jezgra. Radi jednostavnosti, prvo ćemo pretpostaviti da je aktivni otpor zavojnice vrlo mali i da se može zanemariti.

Pogledajmo pobliže promjenu naizmjenične struje tokom jednog perioda. Slika 2 prikazuje krivu naizmjenične struje. Prva polovina perioda podijeljena je na male identične dijelove.

Slika 2. Određivanje brzine promjene naizmjenične struje

U određenom vremenskom periodu 0 - 1 trenutna vrijednost se promijenila sa nule na 1 - 1 '. Povećanje struje tokom ovog vremena je jednako A.

Tokom vremena označenog segmentom 1 - 2 , trenutna vrijednost se povećala na 2 - 2 ’, a povećanje trenutne vrijednosti je jednako b.

Tokom vremena označenog intervalom 2 - 3 , struja se povećava na 3 - 3 ’, trenutno povećanje je prikazano segmentom V i tako dalje.

Tako će se vremenom naizmjenična struja povećati do svog maksimuma (na 90°). Ali, kao što se može vidjeti iz crteža, povećanje struje postaje sve manje i manje, dok konačno, pri maksimalnoj vrijednosti struje, ovo povećanje ne postane jednako nuli.

Daljnjom promjenom struje od maksimuma do nule, smanjenje trenutne vrijednosti postaje sve više i više sve dok, konačno, blizu nulte vrijednosti, struja, mijenjajući se najvećom brzinom, nestane, ali se odmah ponovo pojavi, teče u suprotan smjer.

Uzimajući u obzir promjenu struje tokom određenog perioda, vidimo da se struja mijenja najvećom brzinom blizu svojih nultih vrijednosti. Blizu maksimalnih vrijednosti, brzina promjene struje opada, a pri maksimalnoj vrijednosti struje njen porast je nula. Tako se naizmjenična struja mijenja ne samo po veličini i smjeru, već i po brzini promjene. Naizmjenična struja koja prolazi kroz zavoje zavojnice stvara naizmjenično magnetsko polje. Magnetne linije ovog polja, ukrštajući zavoje vlastite zavojnice, indukuju u njima samoinduktivnu emf.

Na slici 3 kriva i pokazuje promjenu naizmjenične struje u zavojnici. Kao što je već navedeno, veličina EMF-a samoindukcije ovisi o brzini promjene struje i induktivnosti zavojnice. Ali budući da induktivnost zavojnice u našem slučaju ostaje nepromijenjena, samoinduktivna emf ovisit će samo o brzini promjene struje. Gore je pokazano da se najveća brzina promjene struje javlja blizu nulte vrijednosti struje. Posljedično, najveća promjena u EMF samoindukcije ima iste momente.

Slika 3. Samoinduktivna emf u zavojnici spojenoj na kolo naizmjenične struje

U momentu A struja naglo i brzo raste od nule, pa stoga, kao što slijedi iz gornje formule, emf samoindukcije (kriva e L) ima negativnu maksimalnu vrijednost. Budući da struja raste, samoinduktivna emf, prema Lenzovom pravilu, treba da spriječi promjenu (ovdje povećanje) struje. Stoga će emf samoindukcije kako se struja povećava imati smjer suprotan struji (položaj b), što također proizlazi iz navedene formule. Brzina promjene struje opada kako se približava maksimumu. Stoga se i emf samoindukcije smanjuje sve dok, konačno, pri maksimalnoj struji, kada su njene promjene jednake nuli, ne postane jednaka nuli (pozicija V).

Naizmjenična struja, kada je dostigla svoj maksimum, počinje opadati. Prema Lenzovom pravilu, samoinduktivna emf će spriječiti smanjenje struje i, usmjerena u smjeru toka struje, podržat će je (položaj G).

Daljnjim promjenama, naizmjenična struja brzo se smanjuje na nulu. Oštar pad struje u zavojnici također će uzrokovati brzo smanjenje magnetskog polja i, kao rezultat magnetskih linija koje prelaze zavoje zavojnice, u njima će se inducirati najveća emf samoindukcije (položaj d).

Slika 4. Struja u zavojnici vodi EMF samoindukcije u fazi za 90°

U drugoj polovini perioda promjene struje, slika se ponavlja i ponovo, kako se struja povećava, emf samoindukcije će je interferirati, imajući smjer suprotan struji (položaj e).

Kada se struja smanji, EMF samoindukcije, koji ima smjer prema struji, podržat će je, ne dopuštajući joj da odmah nestane (položaj h).

Slika pokazuje da EMF samoindukcije kasni u fazi od struje za 90° ili ¼ perioda. Pošto je magnetni fluks u fazi sa strujom, možemo reći da je emf indukovana magnetnim fluksom van faze sa njim za 90° ili ¼ perioda.

Već znamo da se dvije sinusoide, pomjerene jedna u odnosu na drugu za 90°, mogu predstaviti vektorima smještenim pod uglom od 90° (slika 4).

Budući da samoinducirana emf u krugovima naizmjenične struje kontinuirano djeluje protiv promjena struje, kako bi se omogućilo da struja teče kroz zavoje zavojnice, napon mreže mora uravnotežiti samoinduktivnu emf. Drugim riječima, napon mreže u svakom trenutku mora biti jednak i suprotan EMF-u samoindukcije.

Slika 5. Mrežni napon primijenjen na zavojnicu vodi struju za 90° i suprotan je emf samoindukcije

Vektor napona mreže jednak i suprotan samoinduktivnoj emf e L, označavamo sa U(Slika 5). Samo pod uslovom da se na priključke zavojnice dovede mrežni napon, jednak i suprotan emf samoindukcije, pa je to napon mreže Uće uravnotežiti emf samoindukcije e L, naizmjenična struja može proći kroz zavojnicu I.

Ali u ovom slučaju napon mreže Uće dovesti u fazu struje I na 90°.

Dakle, u krugovima naizmjenične struje, emf samoindukcije, koji kontinuirano nastaje, uzrokuje fazni pomak između struje i napona. Vraćajući se na sliku 3, vidimo da struja i proći će kroz zavojnicu čak i kada napon mreže (kriva u L) je jednako nuli (pozicija V), pa čak i kada je mrežni napon usmjeren u smjeru suprotnom od struje (položaj G I h).

Dakle, primjećujemo da su u kolu naizmjenične struje, kada nema samoinduktivne emf, mrežni napon i struja u fazi. Induktivno opterećenje u krugovima naizmjenične struje (namotaji elektromotora i generatora, namoti transformatora, induktivni zavojnici) uvijek uzrokuje fazni pomak između struje i napona.

Može se pokazati da je brzina promjene struje proporcionalna kutnoj frekvenciji ω. Dakle, efektivna vrijednost emf samoindukcije e L može se naći po formuli:

e L = ω × L × I= 2 × π × f × L × I .

Kao što je gore navedeno, napon primijenjen na terminale kruga koji sadrži induktivnost u svakom trenutku mora biti jednak vrijednosti samoinduktivne emf:

u L = e L.

u L= 2 × π × f × L × I .

Označava 2 × π × f × L = x L, dobijamo

u L = x L × I .

Formula za Ohmov zakon za krug naizmjenične struje koji sadrži induktivnost bit će:

Magnituda x L pozvao induktivna reaktansa kola, ili reaktancija induktivnosti, a mjeri se u omima. Dakle, induktivna reaktancija je vrsta prepreke koju kolo pruža promjenama struje u njemu. On je jednak proizvodu induktivnosti i ugaone frekvencije. Formula za induktivnu reaktanciju je:

x L = ω × L .

Induktivna reaktancija vodiča ovisi o frekvenciji naizmjenične struje i induktivnosti vodiča. Stoga će induktivna reaktancija zavojnice uključene u strujni krug različitih frekvencija biti različita. Na primjer, ako postoji zavojnica s induktivnošću od 0,05 H, tada će se izračunavanjem induktivne reaktancije utvrditi da će u kolu frekvencije od 50 Hz njegova induktivna reaktancija biti:

x L1= 2 × π × f 1× L= 2 × 3,14 × 50 × 0,05 = 15,7 Ohm,

i u strujnom kolu frekvencije 400 Hz

x L2= 2 × π × f 2× L= 2 × 3,14 × 400 × 0,05 = 125,6 oma.

Taj dio mrežnog napona koji ide na savladavanje (ravnotežu) EMF samoindukcije naziva se induktivni pad napona ili komponenta reaktivnog napona.

u L = x L × I .

Razmotrimo sada koliko se energije troši iz izvora naizmjeničnog napona ako je induktivitet spojen na njegove terminale.

Slika 6. Trenutne krive napona, struje i snage za kolo koje sadrži induktivnost

Slika 6 prikazuje trenutne krive napona, struje i snage za ovaj slučaj. Trenutna vrijednost snage jednaka je proizvodu trenutnih vrijednosti napona i struje:

str = u × i .

Iz crteža je jasno da ako u I i imaju iste predznake, onda kriva str pozitivan i nalazi se iznad ω ose t. Ako u I i imaju različite predznake, zatim krivulju str negativan i nalazi se ispod ω ose t.

U prvoj četvrtini perioda raste struja, a sa njom i magnetni tok zavojnice. Zavojnica preuzima struju iz mreže. Područje zatvoreno između krive str i osa ω t, postoji rad (energija) električne struje. Tokom prve četvrtine perioda, energija uzeta iz mreže ide na stvaranje magnetnog polja oko zavoja zavojnice (pozitivna snaga). Količina energije pohranjena u magnetnom polju tokom povećanja struje može se odrediti formulom:

Tokom drugog kvartala perioda, struja opada. EMF samoindukcije, koja je u prvoj četvrtini perioda pokušavala da spreči povećanje struje, sada, kada struja počne da opada, sprečiće njeno smanjenje. Sam kalem postaje poput generatora električne energije. On vraća energiju pohranjenu u svom magnetnom polju u mrežu. Snaga je negativna, a na slici 6 kriva str koji se nalazi ispod ose ω t.

Tokom druge polovine perioda fenomen se ponavlja. Dakle, snaga se razmjenjuje između izvora izmjeničnog napona i zavojnice koja sadrži induktivnost. Tokom prve i treće četvrtine perioda, zavojnica apsorbuje snagu, a tokom druge i četvrte četvrtine, snaga se vraća izvoru.

U ovom slučaju, u prosjeku, neće biti potrošnje energije, uprkos činjenici da postoji napon na terminalima kola U i struja teče u kolu I.

Dobivamo isti rezultat ako izračunamo prosječnu ili aktivnu snagu koristeći gornju formulu:

P = U × I×cos φ .

U našem slučaju postoji fazni pomak od 90° između napona i struje, i cos φ = 90° = 0.

Stoga je i aktivna snaga nula, odnosno nema potrošnje energije.

Rice. 4.12.Rice. 4.13

ako se struja koja se dovodi u krug koji sadrži zavojnicu naglo poveća, tada će se struja u krugu nesmetano povećavati dok ne dostigne svoju maksimalnu vrijednost.

Sposobnost induktora da spriječi promjene u struji koja teče kroz nju naziva se induktivitet tog zavojnice. Induktivnost je označena slovom L, njegova mjerna jedinica je henry (H).

Vremenska konstanta RS-lanci

Na sl. 4.13 serijski lanac kondenzatora i otpornika povezan je preko prekidača na izvor napajanja. Kada je prekidač u položaju 1, kondenzator se postepeno puni kroz otpor dok napon na njemu ne dostigne nivo E tj. EMF ili napon izvora napajanja.

Proces punjenja kondenzatora prikazan je na Sl. 4.14(a) eksponencijalna kriva. Vrijeme tokom kojeg napon na kondenzatoru dostigne vrijednost od 0,63 od maksimuma, odnosno u ovom slučaju 0,63 E, naziva se vremenska konstanta kola ili kola.

Vratimo se na sl. 4.13. Ako je ključ postavljen na položaj 2, kondenzator će pohraniti pohranjenu energiju. Kada se ključ pomakne u položaj 3, kondenzator se počinje prazniti na masu kroz otpornik R, a napon na njemu postepeno pada na nulu. Proces pražnjenja kondenzatora prikazan je na Sl. 4.14(b). U ovom slučaju, vremenska konstanta kola je vrijeme tokom kojeg se napon na kondenzatoru smanjuje za 0,63 od svoje maksimalne vrijednosti.

Rice. 4.14.Krive naelektrisanja (a) i pražnjenja (b) kondenzatora, gde je t- vremenska konstanta.

I za slučaj punjenja i za slučaj pražnjenja kondenzatora kroz otpornik R, vremenska konstanta kola je izražena formulom

Gdje t- vremenska konstanta u sekundama, WITH- kapacitet u faradima, R- otpor izražen u omima.

Na primjer, za slučaj WITH= 10uF i R= Vremenska konstanta kola od 10 kOhma je

Na sl. Slika 4.15 prikazuje grafikone procesa punjenja za kola sa malom i velikom vremenskom konstantom.

Rice. 4.15.

Vremenska konstantaR.L.-lanci

Razmotrimo dijagram prikazan na Sl. 4.16. Induktor L spojeni u seriju sa otpornikom R, koji ima otpor od 1 kOhm. U trenutku zatvaranja ključa S struja u kolu je nula, iako bi se činilo da pod uticajem emf izvora naglo raste. Međutim, poznato je da se induktor odupire bilo kakvoj promjeni struje koja teče kroz njega, tako da će struja u kolu eksponencijalno rasti, kao što je prikazano na slici. 4.17. Struja će se povećavati sve dok ne dostigne svoju maksimalnu vrijednost. Nakon toga, povećanje struje će prestati, a pad napona na otporniku Rće postati jednak primijenjenom naponu E. Vrijednost stabilne struje je

E/R= 20 V/1 kOhm = 20 mA.

Brzina promjene struje u kolu ovisi o specifičnim vrijednostima R I L. Vrijeme potrebno da struja dostigne vrijednost jednaku 0,63 svoje maksimalne vrijednosti naziva se vremenska konstanta kola. Vremenska konstanta se izračunava pomoću formule L/R Gdje L se izražava u henry, i R- u omima. U ovom slučaju, vremenska konstanta se dobija u sekundama. Korištenje vrijednosti L I R prikazano na slici, dobijamo

Treba napomenuti da što više R, što manje L/R i što se struja u kolu brže mijenja.

Rice. 4.16.

Rice. 4.17.

DC otpor

Induktor uključen u krug ne sprječava protok jednosmjerne struje, osim ako se, naravno, ne uzme u obzir vrlo nizak otpor žice od koje je napravljen. Stoga induktor ima nula ili vrlo mali otpor i može se smatrati kratkim spojem u DC kolu. Kondenzator, zbog prisustva izolacionog dielektrika u njemu, ima beskonačan ili vrlo visok otpor i može se smatrati u DC kolu kao prekid.

Vektorska reprezentacija

Sinusoidni signal se može predstaviti kao vektor OA koji rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu s kutnom brzinom ω = 2π f, Gdje f– frekvencija signala (slika 4.18). Kako se vektor rotira, ordinata njegovog kraja karakterizira sinusni signal prikazan na slici. Jedna potpuna rotacija vektora (360°, ili 2π) odgovara jednom punom periodu. Pola okretaja (180°, ili π) odgovara pola perioda, itd. Dakle, vremenska os, kao što je prikazano na slici, može se koristiti za iscrtavanje vrijednosti ugla za koji je vektor rotirao. Maksimalni signal se postiže na 90° (1/4 perioda), a minimalni na 270° (3/4 perioda).

Sada razmotrite dva sinusoidna signala prikazana na Sl. 4.19(a) vektorima OA i OB, respektivno. Ako oba signala imaju iste frekvencije, tada će se vektori OA i OB rotirati istom kutnom brzinom ω = 2π f. To znači da je ugao između ovih vektora

Rice. 4.18.

Rice. 4.19. Fazna razlika. Vektor OA je ispred vektora OB

(ili vektor OB zaostaje za vektorom OA) za ugao θ .

neće se promijeniti. Kažu da je vektor OA ispred vektora OB za ugao θ , a vektor OB zaostaje za vektorom OA za ugao V. Na sl. 4.19(b) ovi signali se odvijaju u vremenu.

Ako se dodaju oba ova sinusoidna signala, rezultat je još jedan sinusni signal iste frekvencije f, ali drugačije amplitude. Rezultirajući signal se može predstaviti OT vektorom, koji, kao što je prikazano na Sl. 4.19(c), je vektorski zbir vektora OA i OB. Vektor OT je ispred vektora OB za ugao α i zaostaje za vektorom OA za ugao γ. Zatim ćete vidjeti da je vektorska reprezentacija vrlo zgodna tehnika u analizi i proračunu krugova naizmjenične struje.

Ovaj video govori o induktoru:

Danas ćemo pogledati induktor u krugu naizmjenične struje, saznati koja bi bila razlika da se krug napaja jednosmjernom strujom, kao i mnoge zanimljive karakteristike ovog jednostavnog, ali vrlo važnog radio elementa.

Prvo, hajde da definišemo svrhu ovog dela, kao i osnovne pojmove i pojmove koji su s njim povezani.

Šta je induktor

Induktor je radio element koji se koristi u različitim krugovima za sljedeće:

• Beat smoothing;
• Suzbijanje smetnji;
• Ograničenje AC struje;
• Skladištenje energije i još mnogo toga.

Ovaj element je spiralna, zavojna ili spiralna zavojnica napravljena od izolovanog vodiča. Dio ima relativno mali kapacitet i nizak aktivni otpor, dok ima visoku induktivnost, odnosno sposobnost stvaranja EMF (elektromotorne sile) u vodiču kada struja teče u kolu.

• Induktor, ovisno o mjestu i namjeni primjene, može imati i druga imena. Na primjer, ako se element koristi za visokofrekventnu izolaciju u različitim dijelovima kola, pohranjivanje energije magnetskog polja jezgre, izglađivanje talasa i suzbijanje smetnji, zavojnica se naziva prigušnica ili reaktor (drugi ime se retko koristi).
• Ako govorimo o energetskoj elektrotehnici, tada je uspostavljen naziv rektor - koristi se kada je potrebno ograničiti struju, na primjer, ako postoji kratki spoj na dalekovodu.

• Postoje i cilindrični induktori koji se nazivaju solenoidi. Dužina takvog cilindra je nekoliko puta veća od njegovog promjera.

Zanimljivo je znati! Magnetno polje unutar solenoida je jednolično. Ovo magnetsko polje može obavljati mehanički rad uvlačenjem feritnog jezgra.

• Induktori se također koriste u elektromagnetnim relejima, gdje se nazivaju relejnim namotajima.
• Slični elementi se ugrađuju i u indukcijske grijače - ovdje se nazivaju induktori grijanja.

• Također možete čuti pojmove kao što su indukcijska memorija ili prigušnica za skladištenje kada se govori o uređajima za stabilizaciju impulsnog napona.

Karakteristike dizajna

Strukturno, induktor je izolirani jednožilni ili višežilni vodič (obično lakirana bakrena žica) namotan u spiralu ili vijak oko dielektrične jezgre (okvira). Oblik jezgra može biti okrugli, toroidni, pravougaoni, kvadratni. Materijali koji se koriste za jezgro imaju magnetnu permeabilnost veću od one u zraku, što dodatno zadržava magnetsko polje u blizini zavojnice, što znači da se induktivnost povećava.

Postoje i zavojnice koje uopće nemaju jezgro ili je podesivo, što vam omogućava promjenu induktivnosti dijela.

Namotaj provodnika može biti jednoslojni, naziva se i običan sa stepenicama ili višeslojni (koriste se nazivi univerzalni, naglavni, obični). Udaljenost između zavoja naziva se korak.

Aplikacija

Zavojnice se koriste u obradi signala i analognim kolima. Kada se kombinuju sa kondenzatorima i drugim radio komponentama, oni mogu formirati delove kola koji pojačavaju ili filtriraju određene signale.

Prigušnice se široko koriste u izvorima napajanja, gdje su, zajedno s filterskim kondenzatorima, dizajnirane da eliminišu zaostalu buku i druge fluktuacije koje se javljaju na izlazu.

Ako su dvije zavojnice povezane jednim magnetnim poljem, dobivate transformator - uređaj koji je sposoban prenositi električnu energiju iz jednog dijela kruga u drugi, zbog elektromagnetne indukcije, istovremeno mijenjajući vrijednost napona.

Za referenciju! Transformatori mogu raditi samo sa naizmjeničnom strujom.

Glavne karakteristike induktora

Prije nego što shvatimo kako se struja ponaša kada prolazi kroz induktor u krugu, prvo otkrijmo glavne karakteristike ovog elementa.

• Prije svega, zanima nas induktivnost - vrijednost izražena numerički odnosom fluksa magnetskog polja, koje stvara struja koja teče, i jačine same te struje. Ovaj parametar se mjeri u Henry (H).
• Jednostavnije rečeno, ovaj fenomen se može opisati na sljedeći način. Kada struja teče kroz induktor, stvara se elektromagnetno polje koje je direktno povezano sa emf, koje se suprotstavlja promjeni naizmjeničnog napona, odnosno u krugu se pojavljuje struja koja teče u smjeru suprotnom od glavnog.
• Mjerenje jačine struje na induktoru i naizmjenični napon opiru se ovoj sili, odnosno suprotno. Ovo svojstvo elementa naziva se induktivna reaktancija, koja je u antifazi u odnosu na kapacitivnu reaktanciju kondenzatora spojenog na krug naizmjenične struje.

Šta podrazumevate pod rečju "reel"? Pa... ovo je valjda nekakva "figa" na kojoj su konci, konopac, konopac, šta god! Zavojnica induktora je potpuno ista stvar, ali umjesto konca, užeta ili bilo čega drugog tu je namotana obična bakrena žica u izolaciji.

Izolacija može biti od prozirnog laka, PVC izolacije ili čak od tkanine. Trik je u tome da iako su žice u induktoru vrlo blizu jedna drugoj, ipak su izolovani jedno od drugog. Ako namotate induktorske zavojnice vlastitim rukama, ni u kojem slučaju ne razmišljajte o korištenju obične gole bakrene žice!

Induktivnost

Svaki induktor ima induktivnost. Induktivnost zavojnice se mjeri u Henry(Gn), označeno slovom L a mjeri se pomoću LC metra.

Šta je induktivnost? Ako se električna struja prođe kroz žicu, ona će stvoriti magnetsko polje oko sebe:

Gdje

B — magnetsko polje, Wb

ja—

Uzmimo ovu žicu i namotamo je u spiralu i stavimo napon na njene krajeve

I dobijamo ovu sliku sa magnetnim linijama sile:

Grubo govoreći, što više linija magnetnog polja prelazi područje ovog solenoida, u našem slučaju područje cilindra, to će biti veći magnetni tok (Ž). Pošto kroz zavojnicu teče električna struja, to znači da kroz nju prolazi struja sa jačinom struje (ja), a koeficijent između magnetnog fluksa i jačine struje naziva se induktivnost i izračunava se po formuli:

Sa naučne tačke gledišta, induktivnost je sposobnost izdvajanja energije iz izvora električne struje i skladištenja u obliku magnetnog polja. Ako se struja u zavojnici poveća, magnetsko polje oko zavojnice se širi, a ako se struja smanji, magnetsko polje se skuplja.

Samoindukcija

Induktor takođe ima veoma interesantno svojstvo. Kada se na zavojnicu primijeni konstantni napon, u zavojnici se kratko vrijeme pojavljuje suprotan napon.

Ovaj suprotni napon se zove Samoindukovana emf. To ovisi o vrijednosti induktivnosti zavojnice. Stoga, u trenutku kada se napon dovede na zavojnicu, struja postepeno mijenja svoju vrijednost od 0 do određene vrijednosti u djeliću sekunde, jer napon, u trenutku primjene električne struje, također mijenja svoju vrijednost od nula do stabilne vrijednosti. Prema Ohmovom zakonu:

Gdje

I- jačina struje u zavojnici, A

U- napon u zavojnici, V

R— otpor zavojnice, Ohm

Kao što možemo vidjeti iz formule, napon se mijenja od nule do napona koji se dovodi u zavojnicu, stoga će se i struja promijeniti od nule do neke vrijednosti. Otpor zavojnice za DC je također konstantan.

A drugi fenomen u induktoru je da ako otvorimo strujni krug između induktora i izvora struje, tada će se naša emf samoindukcije dodati naponu koji smo već primijenili na zavojnicu.

Odnosno, čim prekinemo strujni krug, napon na zavojnici u tom trenutku može biti višestruko veći nego što je bio prije prekida strujnog kruga, a jačina struje u kolu zavojnice će tiho pasti, jer samoindukcija emf će održavati opadajući napon.

Izvučemo prve zaključke o radu induktora kada se na njega dovodi jednosmjerna struja. Kada se električna struja dovede u zavojnicu, jačina struje će se postepeno povećavati, a kada se električna struja ukloni iz zavojnice, jačina struje će se glatko smanjiti na nulu. Ukratko, jačina struje u zavojnici ne može se trenutno promijeniti.

Vrste induktora

Induktori se uglavnom dijele u dvije klase: sa magnetnim i nemagnetnim jezgrom. Ispod na fotografiji je zavojnica sa nemagnetnim jezgrom.

Ali gdje je njena srž? Vazduh je nemagnetno jezgro :-). Takve zavojnice se također mogu namotati na neku cilindričnu papirnu cijev. Induktivne zavojnice sa nemagnetnim jezgrom koriste se kada induktivnost ne prelazi 5 milihenrija.

A evo induktora sa jezgrom:

Uglavnom se koriste jezgra od feritnih i željeznih ploča. Jezgra značajno povećavaju induktivnost zavojnica. Jezgra u obliku prstena (toroidalne) omogućavaju vam da dobijete veću induktivnost od samo jezgara cilindra.

Za zavojnice srednje induktivnosti koriste se feritne jezgre:

Zavojnice sa visokom induktivnošću napravljene su kao transformator sa gvozdenim jezgrom, ali sa jednim namotom, za razliku od transformatora.

Guši

Postoji i posebna vrsta induktora. To su tzv. Induktor je induktor čiji je zadatak stvaranje visokog otpora naizmjenične struje u kolu kako bi se potisnule struje visoke frekvencije.

Jednosmjerna struja prolazi kroz induktor bez problema. Zašto se to dešava možete pročitati u ovom članku. Tipično, prigušnice se spajaju u strujne krugove uređaja za pojačanje. Prigušnice su dizajnirane da zaštite izvore napajanja od visokofrekventnih signala (RF signala). Na niskim frekvencijama (LF) koriste se u strujnim krugovima i obično imaju metalne ili feritne jezgre. Ispod na fotografiji su strujni prigušnici:

Postoji i druga posebna vrsta prigušnica - ova. Sastoji se od dva kontranamotana induktora. Zbog suprotnog namotaja i međusobne indukcije, efikasniji je. Dvostruki prigušnici se široko koriste kao ulazni filteri za napajanje, kao i u audio tehnologiji.

Eksperimenti sa zavojnicom

Od kojih faktora zavisi induktivnost zavojnice? Uradimo neke eksperimente. Namotao sam zavojnicu sa nemagnetnim jezgrom. Njegova induktivnost je toliko mala da mi LC metar pokazuje nulu.

Ima feritno jezgro

Počinjem umetati zavojnicu u jezgro do samog ruba

LC metar očitava 21 mikrohenri.

Ubacim zavojnicu u sredinu ferita

35 mikrohenrija. Već bolje.

Nastavljam da ubacujem zavojnicu na desnu ivicu ferita

20 mikrohenrija. Zaključujemo Najveća induktivnost na cilindričnom feritu javlja se u njegovoj sredini. Stoga, ako namotate na cilindar, pokušajte namotati u sredinu ferita. Ovo svojstvo se koristi za glatku promjenu induktivnosti u varijabilnim induktorima:

Gdje

1 je okvir zavojnice

2 - ovo su zavoji zavojnice

3 - jezgro, koje na vrhu ima utor za mali odvijač. Uvrtanjem ili odvrtanjem jezgre mijenjamo induktivnost zavojnice.

Induktivnost je postala skoro 50 mikrohenrija!

Pokušajmo ispraviti zavoje u cijelom feritu

13 mikrohenrija. zaključujemo: Za maksimalnu induktivnost, zavojnica mora biti namotana "od okreta do okreta".

Smanjimo zavoje zavojnice za pola. Bilo je 24 orbite, sada ih ima 12.

Veoma niska induktivnost. Smanjio sam broj zavoja za 2 puta, induktivnost se smanjila za 10 puta. Zaključak: što je manji broj zavoja, to je niža induktivnost i obrnuto. Induktivnost se ne mijenja linearno po zavojima.

Eksperimentirajmo s feritnim prstenom.

Mjerimo induktivnost

15 mikrohenrija

Pomaknimo zavojnice jedan od drugog

Izmjerimo ponovo

Hm, također 15 mikrohenrija. zaključujemo: Udaljenost od zavoja do zavoja ne igra nikakvu ulogu u toroidnom induktoru.

Napravimo još okreta. Bila su 3 okreta, sada ih ima 9.

Mi mjerimo

Vau! Povećan broj zavoja za 3 puta, a induktivnost povećana za 12 puta! zaključak: Induktivnost se ne mijenja linearno po zavojima.

Ako vjerujete u formule za izračunavanje induktivnosti, induktivnost zavisi od "zavoja na kvadrat". Neću postavljati ove formule ovdje, jer ne vidim potrebu. Reći ću samo da induktivnost ovisi i o parametrima kao što su jezgra (od kojeg materijala je napravljena), površina poprečnog presjeka jezgre i dužina zavojnice.

Oznake na dijagramima

Serijsko i paralelno povezivanje namotaja

At serijski spoj induktora, njihova ukupna induktivnost će biti jednaka zbiru induktiviteta.

I kada paralelna veza dobijamo ovo:

Prilikom spajanja induktiviteta potrebno je učiniti sljedeće: Pravilo je da budu prostorno raspoređeni na tabli. To je zato što ako su blizu jedno drugom, njihova će magnetna polja utjecati jedno na drugo i stoga će očitavanja induktivnosti biti netačna. Ne postavljajte dva ili više toroidnih namotaja na jednu željeznu osovinu. To može dovesti do netačnih očitanja ukupne induktivnosti.

Sažetak

Induktor igra veoma važnu ulogu u elektronici, posebno u opremi primopredajnika. Na induktorskim zavojnicama se izgrađuju i razne vrste elektronske radio opreme, a u elektrotehnici se koristi i kao ograničavač strujnih prenapona.

Momci iz lemilice su napravili jako dobar video o induktoru. Svakako preporučujem gledanje: