Ceea ce se numește reactanța inductivă a bobinei. Aplicație în tehnologie

Inductor - un șurub, spirală sau bobină elicoidală realizată dintr-un conductor izolat laminat, care are o inductanță semnificativă cu o capacitate relativ mică și rezistență activă scăzută. Ca urmare, atunci când curentul electric alternativ trece prin bobină, se observă o inerție semnificativă a acesteia.

Pentru a crește inductanța, se folosesc miezuri din materiale feromagnetice: oțel electric, permalloy, fluxtrol, fier carbonil, ferite. Miezurile sunt, de asemenea, folosite pentru a schimba inductanța bobinelor în limite mici.

Există, de asemenea, bobine ale căror conductoare sunt implementate pe o placă de circuit imprimat.

Inductor într-un circuit electric, conduce bine curentul continuu și în același timp rezistă curentului alternativ, deoarece atunci când curentul se schimbă în bobină, apare o fem auto-inductivă, împiedicând această schimbare.

Parametrul principal al inductorului este acesta inductanţă, care determină ce fel de flux de câmp magnetic va crea bobina atunci când trece un curent de 1 amper prin ea. Valorile tipice ale inductanțelor bobinei variază de la zecimi de µH la zeci de H.

Pierderi de fire cauzat de trei motive:

· Firele de înfășurare au rezistență ohmică (activă).

· Rezistența firului de înfășurare crește odată cu creșterea frecvenței, ceea ce se datorează efectului pielii. Esența efectului este deplasarea curentului în straturile de suprafață ale firului. Ca urmare, secțiunea transversală utilă a conductorului scade și rezistența crește.

· În firele unei înfășurări răsucite în spirală se manifestă efectul de proximitate, a cărui esență este deplasarea curentului sub influența curenților turbionari și a unui câmp magnetic la periferia înfășurării. Ca urmare, secțiunea transversală prin care curge curentul capătă o formă de semilună, ceea ce duce la o creștere suplimentară a rezistenței firului.

Pierderi dielectrice (izolația firului și cadru bobină) pot fi clasificate în două categorii:

· Pierderi din dielectricul unui condensator interturn (scurgeri interturn și alte pierderi caracteristice dielectricilor condensatorilor).

· Pierderi din proprietățile magnetice ale dielectricului (aceste pierderi sunt similare cu pierderile din miez).

În general, se poate observa că pentru bobinele moderne de uz general, pierderile în dielectric sunt cel mai adesea neglijabile.

Pierderea miezului constau din pierderi de curenți turbionari, pierderi de histerezis și pierderi inițiale.

Pierderi de curenți turbionari . Curentul care trece printr-un conductor induce o fem în conductorii din jur, cum ar fi miezul, ecranul și firele spirelor adiacente. Curenții turbionari rezultați devin o sursă de pierderi datorită rezistenței conductoarelor.

Tipuri de inductori

Inductori de buclă . Aceste bobine sunt utilizate împreună cu condensatoare pentru a produce circuite rezonante. Ele trebuie să aibă stabilitate ridicată, precizie și factor de calitate.

Bobine. Astfel de bobine sunt utilizate pentru a asigura cuplarea inductivă între circuite individuale și cascade. Această conexiune face posibilă separarea circuitelor de bază și colectoare etc., prin curent continuu.Asemenea bobine nu sunt supuse unor cerințe stricte privind factorul de calitate și precizie, așa că sunt realizate din sârmă subțire sub formă de două înfășurări de dimensiuni mici. . Parametrii principali ai acestor bobine sunt inductanța și coeficientul de cuplare.

Variometre.Acestea sunt bobine a căror inductanță poate fi schimbată în timpul funcționării pentru a rearanja circuitele oscilatorii. Ele constau din două bobine conectate în serie. Una dintre bobine este staționară (stator), cealaltă este situată în interiorul primei și se rotește (rotor). Când poziția rotorului în raport cu statorul se schimbă, valoarea inductanței reciproce se modifică și, prin urmare, inductanța variometrului. Un astfel de sistem vă permite să schimbați inductanța de 4-5 ori. În ferovariometre, inductanța este modificată prin deplasarea miezului feromagnetic.

Sufocă . Acestea sunt inductori cu rezistență mare la curent alternativ și rezistență scăzută la curent continuu. Ele sunt utilizate în circuitele de alimentare ale dispozitivelor de inginerie radio ca element de filtru. Pentru rețelele de alimentare cu frecvențe de 50-60 Hz, acestea sunt realizate pe miezuri de oțel pentru transformatoare. La frecvențe mai mari se folosesc și miezuri de permalloy sau ferită. Un tip special de sufocare sunt butoaiele de ferită (mărgele) care suprimă zgomotul pe fire.

Accelerate duble două inductoare contra-înfăşurate utilizate în filtrele de putere. Datorită contraînfășurării și inducției reciproce, acestea sunt mai eficiente pentru filtrarea interferențelor în mod comun cu aceleași dimensiuni. Choke-urile duble sunt utilizate pe scară largă ca filtre de intrare pentru surse de alimentare; în filtrele de semnal diferenţial ale liniilor digitale, precum şi în tehnologia audio. Acestea. sunt concepute atât pentru a proteja sursele de alimentare de semnalele de înaltă frecvență induse, cât și pentru a evita înfundarea rețelei de alimentare cu interferențe electromagnetice. La frecvențe joase este utilizat în filtrele de alimentare și are de obicei un miez feromagnetic (oțel pentru transformare) sau ferită.

Aplicarea inductoarelor

· Inductoarele (împreună cu condensatoare și/sau rezistențe) sunt utilizate pentru a construi diferite circuite cu proprietăți dependente de frecvență, în special filtre, circuite de feedback, circuite oscilante etc.

· Inductoarele sunt utilizate în regulatoarele de comutare ca element care stochează energie și convertește nivelurile de tensiune.

· Două sau mai multe bobine cuplate inductiv formează un transformator.

· Un inductor, alimentat de un curent pulsat de la un comutator tranzistor, este uneori folosit ca sursă de înaltă tensiune de putere scăzută în circuitele cu curent scăzut atunci când crearea unei tensiuni de alimentare înalte separate în sursa de alimentare este imposibilă sau nepractică din punct de vedere economic. În acest caz, supratensiunile de înaltă tensiune apar pe bobină din cauza auto-inducției, care pot fi utilizate în circuit, de exemplu, prin rectificare și netezire.

· Bobinele sunt folosite și ca electromagneți.

· Bobinele sunt folosite ca sursă de energie pentru a excita plasma cuplată inductiv.

· Pentru comunicații radio - emiterea și recepția undelor electromagnetice (antenă magnetică, antenă inelă).

o Antenă buclă

oDDRR

o Bucla de inducție

· Pentru încălzirea materialelor conductoare electric în cuptoarele cu inducție.

· Ca senzor de deplasare: modificarea inductanței bobinei poate fi variată pe o gamă largă prin deplasarea (tragerea) miezului.

· Inductorul este utilizat la senzorii de câmp magnetic inductiv. Magnetometrele cu inducție au fost dezvoltate și utilizate pe scară largă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

Metode eficiente de bobinare dezvoltate la întreprinderea noastră:

Vă permite să eliminați restricțiile privind intervalele de tensiuni, curenți și temperaturi aplicate. Reduceți secțiunea transversală a firului, costul și greutatea bobinelor în aceleași condiții de funcționare. Sau vă permit să creșteți tensiunile, curenții și temperaturile de funcționare cu aceeași secțiune transversală a firului.

Mulți ani de cercetare au arătat că cea mai eficientă metodă de răcire este aerul. Utilizarea unor tipuri suplimentare de izolație este uneori nedorită și înrăutățește proprietățile înfășurărilor. În loc de izolație, folosim împărțirea înfășurării în secțiuni. Ne străduim să creștem zona de contact a firului cu fluxuri puternice de aer.

1. Înfășurare divizată.

Cea mai bună alternativă la izolarea suplimentară. Înfășurarea este împărțită în orice număr de secțiuni conectate în serie. Potențialul dintre secțiuni este împărțit la numărul de secțiuni. Potențialul dintre straturi este împărțit la numărul de secțiuni înmulțit cu numărul de straturi. Potențialul dintre turele adiacente dintr-un strat este împărțit la numărul de secțiuni înmulțit cu numărul de straturi și numărul de spire din strat. Astfel, orice tensiune de avarie periculoasă poate fi redusă la parametrii de protecție electrică ai unui fir email obișnuit fără utilizarea unor măsuri speciale de izolare electrică. Cu cât sunt mai multe secțiuni separate, cu atât răcirea poate fi organizată mai bine.

2. Înfășurare fără contact.

Turnurile înfășurării sunt suspendate în aer pe fire speciale. Nu au contact mecanic, electric sau termic cu alte materiale bobine, nici cu cadrul, nici cu carcasa, nici cu izolația electrică. Cea mai eficientă răcire cu aer, izolație termică și electrică.

3. Corp în formă de melc.

Considerăm că răcirea cu aer este cea mai eficientă modalitate de a răci înfășurările. Utilizarea unei astfel de carcase cu ventilatoare și caracteristici aerodinamice calculate oferă avantaje semnificative.

4. Înfășurare cu val întreg.

Tot ce este nou este bine uitat vechi. Împărțirea înfășurării în două brațe și conectarea acesteia printr-o punte de diode are ca rezultat comutarea alternativă a brațelor la frecvența rețelei. În timpul unei jumătate de ciclu, un umăr lucrează, celălalt se odihnește. Acest lucru permite utilizarea înfășurărilor cu o secțiune transversală mai mică. Înfășurarea cu undă completă este deosebit de relevantă acolo unde este necesar să plasați o înfășurare foarte puternică cu un fir atât de gros într-un spațiu mic încât este imposibil să vă îndoiți la unghiurile necesare fără deteriorare. Sau industria nu produce anvelope atât de groase și astfel poți trece la o secțiune mai mică.

5. Înfășurarea țevii.

Pentru funcționare la temperaturi deosebit de ridicate. Sârma utilizată este o conductă de cupru, fluid circulant, pompe, schimbătoare de căldură, generatoare frigorifice și rezervoare.

6. Umplere cu compuși cu impurități pe bază de nitrură de bor și altele pentru a crește conductivitatea termică a compusului. Sau întindere rezistentă la vibrații folosind plăci tehnice speciale. Este utilizat în moduri de operare complexe cu impact de vibrații.

Specialiștii noștri vor dezvolta cea mai eficientă modalitate de a vă rezolva problemele. Vom fi bucuroși să cooperăm cu dvs.

Asteptam comenzile voastre.

„Se spune că atunci când este pornit și cu orice modificare a curentului într-un circuit electric datorită intersecției unui conductor cu propriul său câmp magnetic, în el ia naștere o forță electromotoare indusă (EMF). Am numit acest EMF auto-inducție EMF. EMF de auto-inducție este de natură reactivă.Deci, de exemplu, atunci când curentul din circuit crește, fem-ul auto-inductiv va fi direcționat împotriva fem-ului sursei de tensiune și, prin urmare, curentul din circuitul electric nu poate fi stabilit imediat.Și, invers, când curentul din circuit scade, fem-ul autoinductiv este indus în așa direcție încât, împiedicând dispariția curentului, menține acest curent descrescător.

Figura 1. Circuitul AC care conține inductanță

După cum știm deja, EMF de auto-inducție depinde de rata de schimbare a curentului în circuit și de inductanța acestui circuit (numărul de spire, prezența miezurilor de oțel).

Într-un circuit de curent alternativ, fem-ul auto-inductiv are loc continuu, deoarece curentul din circuit se schimbă continuu.

Figura 1 prezintă o diagramă a unui circuit de curent alternativ care conține un inductor L fara miez de otel. Pentru simplitate, vom presupune mai întâi că rezistența activă a bobinei este foarte mică și poate fi neglijată.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra schimbării curentului alternativ într-o perioadă. Figura 2 prezintă curba curentului alternativ. Prima jumătate a perioadei este împărțită în părți mici identice.

Figura 2. Determinarea vitezei de schimbare a curentului alternativ

După o perioadă de timp 0 - 1 valoarea curentă s-a schimbat de la zero la 1 - 1 ’. Creșterea curentului în acest timp este egală cu A.

În timpul indicat de segment 1 - 2 , valoarea instantanee a crescut la 2 - 2 ’, iar creșterea valorii curente este egală cu b.

În timpul indicat de interval 2 - 3 , curentul crește la 3 - 3 ’, creșterea actuală este indicată de segment Vși așa mai departe.

Astfel, în timp, curentul alternativ va crește la maxim (la 90°). Dar, după cum se poate observa din desen, creșterea curentului devine din ce în ce mai mică, până când în final, la valoarea maximă a curentului, această creștere devine egală cu zero.

Odată cu o nouă modificare a curentului de la maxim la zero, scăderea valorii curente devine din ce în ce mai mare până când, în cele din urmă, aproape de valoarea zero, curentul, schimbându-se la cea mai mare viteză, dispare, dar imediat apare din nou, curgând în direcție opusă.

Luând în considerare modificarea curentului într-o perioadă, vedem că curentul se modifică cu cea mai mare viteză în apropierea valorilor sale zero. În apropierea valorilor maxime, rata de schimbare a curentului scade, iar la valoarea maximă a curentului, creșterea acestuia este zero. Astfel, curentul alternativ se modifică nu numai în mărime și direcție, ci și în rata de schimbare. Curentul alternativ care trece prin spirele bobinei creează un câmp magnetic alternativ. Liniile magnetice ale acestui câmp, care traversează spirele propriei bobine, induc în ele o femură auto-inductivă.

În figura 3 curba i arată modificarea curentului alternativ în bobină. După cum sa indicat deja, mărimea EMF de auto-inducție depinde de rata de schimbare a curentului și de inductanța bobinei. Dar, deoarece inductanța bobinei în cazul nostru rămâne neschimbată, fem-ul auto-inductiv va depinde doar de rata de schimbare a curentului. S-a arătat mai sus că cea mai mare rată de schimbare a curentului are loc aproape de valorile curentului zero. În consecință, cea mai mare schimbare în EMF de auto-inducție are aceleași momente.

Figura 3. FEM auto-inductivă într-o bobină conectată la un circuit de curent alternativ

Pe moment A curentul crește brusc și rapid de la zero și, prin urmare, după cum reiese din formula de mai sus, fem-ul de auto-inducție (curba e L) are o valoare maximă negativă. Deoarece curentul crește, fem-ul auto-inductiv, conform regulii lui Lenz, ar trebui să prevină schimbarea (aici, creșterea) curentului. Prin urmare, FEM de auto-inducție pe măsură ce curentul crește va avea direcția opusă curentului (poziția b), care rezultă și din formula indicată. Rata de schimbare a curentului scade pe măsură ce se apropie de maxim. Prin urmare, fem-ul de autoinducție scade și ea până când, în final, la curentul maxim, când modificările lui sunt egale cu zero, devine egală cu zero (poziția V).

Curentul alternativ, după ce a atins maximul, începe să scadă. Conform regulii lui Lenz, fem-ul autoinductiv va împiedica scăderea curentului și, îndreptat în direcția fluxului curent, îl va susține (poziția G).

Cu alte modificări, curentul alternativ scade rapid la zero. O scădere bruscă a curentului din bobină va atrage, de asemenea, o scădere rapidă a câmpului magnetic și, ca urmare a liniilor magnetice care traversează spirele bobinei, în ele va fi indusă cea mai mare fem de autoinducție (poziția d).

Figura 4. Curentul din bobină conduce EMF de auto-inducție în fază cu 90°

În a doua jumătate a perioadei de schimbare a curentului, imaginea se repetă și din nou, pe măsură ce curentul crește, fem-ul de auto-inducție va interfera cu acesta, având o direcție opusă curentului (poziția e).

Când curentul scade, EMF de autoinducție, având o direcție spre curent, îl va susține, nepermițându-i să dispară imediat (poziția h).

Figura arată că EMF de auto-inducție întârzie în fază față de curent cu 90° sau ¼ dintr-o perioadă. Deoarece fluxul magnetic este în fază cu curentul, putem spune că f.e. indusă de fluxul magnetic este defazat cu acesta cu 90° sau ¼ dintr-o perioadă.

Știm deja că două sinusoide, deplasate una față de alta cu 90°, pot fi reprezentate prin vectori situați la un unghi de 90° (Figura 4).

Deoarece f.e.m. auto-indusă în circuitele de curent alternativ contracarează continuu modificările curentului, pentru a permite curentului să curgă prin spirele bobinei, tensiunea rețelei trebuie să echilibreze f.e. auto-inductivă. Cu alte cuvinte, tensiunea rețelei în fiecare moment de timp trebuie să fie egală și opusă EMF de auto-inducție.

Figura 5. Tensiunea de rețea aplicată bobinei conduce curentul cu 90° și este opusă fem-ului de auto-inducție

Vector de tensiune de rețea egal și opus FEM auto-inductiv e L, notăm prin U(Figura 5). Numai cu condiția ca la bornele bobinei să se aplice o tensiune de rețea, egală și opusă fem-ului de auto-inducție și, prin urmare, aceasta este tensiunea rețelei U va echilibra fem-ul de auto-inducție e L, curentul alternativ poate trece prin bobină eu.

Dar în acest caz tensiunea de rețea U va conduce în fază curentul eu la 90°.

Astfel, în circuitele de curent alternativ, fem-ul de auto-inducție, care apare continuu, provoacă o defazare între curent și tensiune. Revenind la Figura 3, vedem că curentul i va trece prin bobină chiar și atunci când tensiunea de rețea (curba tu L) este egal cu zero (poziția V), și chiar și atunci când tensiunea rețelei este direcționată în direcția opusă curentului (poziția GȘi h).

Așadar, observăm că într-un circuit de curent alternativ, atunci când nu există f.em. auto-inductivă, tensiunea și curentul rețelei sunt în fază. O sarcină inductivă în circuitele de curent alternativ (înfășurarea motoarelor și generatoarelor electrice, înfășurările transformatorului, bobinele inductive) provoacă întotdeauna o defazare între curent și tensiune.

Se poate demonstra că viteza de schimbare a curentului este proporțională cu frecvența unghiulară ω. Prin urmare, valoarea efectivă a FEM de auto-inducție e L poate fi găsită prin formula:

e L = ω × L × eu= 2 × π × f × L × eu .

După cum sa menționat mai sus, tensiunea aplicată la bornele unui circuit care conține inductanță în fiecare moment de timp trebuie să fie egală ca mărime cu fem-ul auto-inductiv:

tu L = e L.

tu L= 2 × π × f × L × eu .

Notând 2 × π × f × L = x L, primim

tu L = x L × eu .

Formula legii lui Ohm pentru un circuit de curent alternativ care conține inductanță va fi:

Magnitudinea x L numit reactanța inductivă a circuitului, sau reactanța inductanței, și se măsoară în ohmi. Astfel, reactanța inductivă este un fel de obstacol pe care circuitul îl asigură modificărilor curentului din acesta. Este egal cu produsul dintre inductanță și frecvența unghiulară. Formula pentru reactanța inductivă este:

x L = ω × L .

Reactanța inductivă a unui conductor depinde de frecvența curentului alternativ și de inductanța conductorului. Prin urmare, reactanța inductivă a unei bobine incluse într-un circuit de curenți de frecvențe diferite va fi diferită. De exemplu, dacă există o bobină cu o inductanță de 0,05 H, atunci calculând reactanța inductivă se va constata că într-un circuit cu o frecvență de 50 Hz reactanța sa inductivă va fi:

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

iar într-un circuit de curent cu o frecvenţă de 400 Hz

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

Acea parte a tensiunii rețelei care merge să depășească (echilibrarea) EMF de auto-inducție se numește căderea inductivă de tensiune sau componentă de tensiune reactivă.

tu L = x L × eu .

Să luăm acum în considerare câtă putere este consumată de la o sursă de tensiune alternativă dacă o inductanță este conectată la bornele acesteia.

Figura 6. Curbele instantanee de tensiune, curent și putere pentru un circuit care conține inductanță

Figura 6 prezintă curbele instantanee de tensiune, curent și putere pentru acest caz. Valoarea instantanee a puterii este egală cu produsul dintre valorile instantanee ale tensiunii și curentului:

p = u × i .

Din desen reiese clar că dacă uȘi i au aceleași semne, apoi curba p pozitivă și situată deasupra axei ω t. Dacă uȘi i au semne diferite, apoi curba p negativ și situat sub axa ω t.

În primul trimestru al perioadei, curentul și odată cu acesta și fluxul magnetic al bobinei crește. Bobina preia putere de la rețea. Zona cuprinsă între o curbă pși axa ω t, există lucru (energie) de curent electric. În primul trimestru al perioadei, energia preluată din rețea merge pentru a crea un câmp magnetic în jurul spirelor bobinei (putere pozitivă). Cantitatea de energie stocată în câmpul magnetic în timpul creșterii curentului poate fi determinată prin formula:

Pe parcursul celui de-al doilea trimestru al perioadei curentul scade. FEM de autoinducție, care în primul trimestru al perioadei a încercat să împiedice creșterea curentului, acum, când curentul începe să scadă, îl va împiedica să scadă. Bobina în sine devine ca un generator de energie electrică. Acesta returnează în rețea energia stocată în câmpul său magnetic. Puterea este negativă, iar în figura 6 curba p situat sub axa ω t.

În a doua jumătate a perioadei fenomenul se repetă. Astfel, puterea este schimbată între sursa de tensiune AC și bobina care conține inductanța. În primul și al treilea trimestru al perioadei, puterea este absorbită de bobină; în timpul celui de-al doilea și al patrulea trimestru, puterea este returnată la sursă.

În acest caz, în medie, nu va exista un consum de energie, în ciuda faptului că există tensiune la bornele circuitului U iar curentul circulă în circuit eu.

Obținem același rezultat dacă calculăm puterea medie sau activă folosind formula dată mai sus:

P = U × eu×cos φ .

În cazul nostru, există o defazare de 90° între tensiune și curent și cos φ = 90° = 0.

Prin urmare, puterea activă este, de asemenea, zero, adică nu există un consum de energie.

Orez. 4.12.Orez. 4.13

dacă curentul furnizat circuitului care conține bobina este crescut brusc, atunci curentul din circuit va crește ușor până când va atinge valoarea maximă.

Capacitatea unui inductor de a preveni modificările curentului care circulă prin el se numește inductanța acelei bobine. Inductanța este desemnată prin literă L, unitatea sa de măsură este Henry (H).

Timpul constant RС-lanţuri

În fig. 4.13 un lanț în serie de un condensator și un rezistor este conectat printr-un comutator la o sursă de alimentare. Când comutatorul este în poziția 1, condensatorul se încarcă treptat prin rezistență până când tensiunea pe el atinge nivelul E adică EMF sau tensiunea sursei de alimentare.

Procesul de încărcare a condensatorului este prezentat în Fig. 4.14(a) curba exponenţială. Timpul în care tensiunea de pe condensator atinge o valoare de 0,63 de la maxim, adică în acest caz 0,63 E, se numește constanta de timp a circuitului sau circuitului.

Să revenim la Fig. 4.13. Dacă cheia este setată în poziția 2, condensatorul va stoca energia stocată. Când cheia este mutată în poziția 3, condensatorul începe să se descarce la masă prin rezistorul R, iar tensiunea pe el scade treptat la zero. Procesul de descărcare a condensatorului este prezentat în Fig. 4.14(b). În acest caz, constanta de timp a circuitului este timpul în care tensiunea de pe condensator scade cu 0,63 de la valoarea sa maximă.

Orez. 4.14.Curbele de sarcină (a) și de descărcare (b) ale condensatorului, unde t- timpul constant.

Atat pentru cazul incarcarii cat si in cazul descarcarii unui condensator printr-un rezistor R, constanta de timp a circuitului este exprimata prin formula

Unde t- constantă de timp în secunde, CU- capacitate în farazi, R- rezistență exprimată în ohmi.

De exemplu, pentru cazul CU= 10uF și R= O constantă de timp a circuitului de 10 kOhm este

În fig. Figura 4.15 prezintă grafice ale proceselor de încărcare pentru circuite cu o constantă de timp mică și mare.

Orez. 4.15.

Timpul constantR.L.-lanţuri

Să luăm în considerare diagrama prezentată în fig. 4.16. Inductor L conectat în serie cu un rezistor R, având o rezistență de 1 kOhm. În momentul închiderii cheii S curentul din circuit este zero, deși sub influența sursei fem s-ar părea că crește brusc. Cu toate acestea, se știe că un inductor rezistă oricărei modificări a curentului care curge prin el, astfel încât curentul din circuit va crește exponențial, așa cum se arată în Fig. 4.17. Curentul va crește până când va atinge valoarea maximă. După aceasta, creșterea curentului se va opri și scăderea tensiunii pe rezistor R va deveni egală cu tensiunea aplicată E. Valoarea curentului constant este

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

Rata de schimbare a curentului într-un circuit depinde de valori specifice RȘi L. Timpul necesar pentru ca curentul să atingă o valoare egală cu 0,63 din valoarea sa maximă se numește constanta de timp a circuitului. Constanta de timp se calculează folosind formula L/R Unde L este exprimat în henry și R-în ohmi. În acest caz, constanta de timp se obține în secunde. Utilizarea valorilor LȘi R indicat în figură, obținem

Trebuie remarcat că cu atât mai mult R, mai putin L/R iar curentul din circuit se schimbă mai repede.

Orez. 4.16.

Orez. 4.17.

Rezistenta DC

Un inductor inclus într-un circuit nu împiedică curgerea curentului continuu, decât dacă, bineînțeles, nu se ține cont de rezistența foarte scăzută a firului din care este realizat. Prin urmare, inductorul are rezistență zero sau foarte mică și poate fi considerat ca un scurtcircuit într-un circuit DC. Un condensator, datorită prezenței unui dielectric izolator în el, are o rezistență infinită sau foarte mare și poate fi considerat într-un circuit de curent continuu ca o întrerupere.

Reprezentare vectorială

Un semnal sinusoidal poate fi reprezentat ca un vector OA care se rotește în sens invers acelor de ceasornic cu viteza unghiulară ω = 2π f, Unde f– frecvența semnalului (Fig. 4.18). Pe măsură ce vectorul se rotește, ordonata capătului său caracterizează semnalul sinusoidal prezentat în figură. O rotație completă a unui vector (360°, sau 2π) corespunde unei perioade întregi. O jumătate de rotație (180°, sau π) corespunde unei jumătăți de perioadă și așa mai departe. Astfel, axa timpului, așa cum se arată în figură, poate fi utilizată pentru a reprezenta valorile unghiului cu care s-a rotit vectorul. Semnalul maxim este atins la 90° (perioada 1/4), iar cel minim la 270° (perioada 3/4).

Acum luați în considerare două semnale sinusoidale prezentate în Fig. 4.19(a) prin vectorii OA și respectiv OB. Dacă ambele semnale au aceleași frecvențe, atunci vectorii OA și OB se vor roti cu aceeași viteză unghiulară ω = 2π f. Aceasta înseamnă că unghiul dintre acești vectori

Orez. 4.18.

Orez. 4.19. Diferența de fază. Vectorul OA este înaintea vectorului OB

(sau vectorul OB rămâne în urmă cu vectorul OA) cu un unghi θ .

nu se va schimba. Ei spun că vectorul OA este înaintea vectorului OB cu un unghi θ , iar vectorul OB rămâne în urmă cu un unghi în urma vectorului OA V.În fig. 4.19(b) aceste semnale sunt desfășurate în timp.

Dacă se adaugă ambele semnale sinusoidale, rezultatul este un alt semnal sinusoidal având aceeași frecvență f, dar o amplitudine diferită. Semnalul rezultat poate fi reprezentat de vectorul OT, care, așa cum se arată în Fig. 4.19(c), este suma vectorială a vectorilor OA și OB. Vectorul OT este înaintea vectorului OB cu un unghi α și rămâne în urma vectorului OA cu un unghi γ. În continuare veți vedea că reprezentarea vectorială este o tehnică foarte convenabilă în analiza și calculul circuitelor de curent alternativ.

Acest videoclip vorbește despre inductor:

Astăzi ne vom uita la un inductor într-un circuit de curent alternativ, vom afla care ar fi diferența dacă circuitul ar fi alimentat cu curent continuu, precum și multe caracteristici interesante ale acestui element radio simplu, dar foarte important.

Mai întâi, să definim scopul acestei părți, precum și conceptele de bază și termenii asociați cu aceasta.

Ce este un inductor

Un inductor este un element radio utilizat în diferite circuite pentru următoarele:

• Bate netezirea;
• Suprimarea interferențelor;
• limitarea curentului AC;
• Stocarea energiei și multe altele.

Acest element este o spirală, șurub sau bobină elicoidală realizată dintr-un conductor izolat. Piesa are o capacitate relativ mică și o rezistență activă scăzută, în timp ce are inductanță mare, adică capacitatea de a genera EMF (forță electromotoare) în conductor atunci când curentul electric circulă în circuit.

• Inductorul, în funcție de locul și scopul aplicării, poate avea alte denumiri. De exemplu, dacă un element este utilizat pentru izolarea de înaltă frecvență în diferite părți ale circuitului, stochând energia câmpului magnetic al miezului, netezind ondulațiile și suprimând interferența, bobina se numește șoc sau reactor (al doilea numele este rar folosit).
• Dacă vorbim despre inginerie electrică de putere, atunci a fost stabilit numele rector - este utilizat atunci când este necesar să se limiteze curentul, de exemplu, dacă există un scurtcircuit pe o linie de alimentare.

• Există, de asemenea, inductoare cilindrice numite solenoizi. Lungimea unui astfel de cilindru este de câteva ori mai mare decât diametrul său.

Interesant de știut! Câmpul magnetic din interiorul solenoidului este uniform. Acest câmp magnetic poate efectua lucrări mecanice prin aspirarea miezului de ferită.

• Inductoarele sunt folosite și în releele electromagnetice, unde sunt numite înfășurări de relee.
• Elemente similare sunt instalate și în încălzitoarele cu inducție - aici se numesc inductori de încălzire.

• De asemenea, puteți auzi termeni precum stocare prin inducție sau șocare de stocare atunci când vorbiți despre dispozitive de stabilizare a tensiunii în impulsuri.

Caracteristici de design

Din punct de vedere structural, inductorul este un conductor izolat cu un singur miez sau spiralat (de obicei, sârmă de cupru lăcuită) înfășurat într-o spirală sau șurub în jurul unui miez dielectric (cadru). Forma miezului poate fi rotundă, toroidală, dreptunghiulară, pătrată. Materialele folosite pentru miez au o permeabilitate magnetică mai mare decât cea a aerului, care reține suplimentar câmpul magnetic în apropierea bobinei, ceea ce înseamnă că inductanța crește.

Există și bobine care nu au miez deloc, sau este reglabil, ceea ce vă permite să schimbați inductanța piesei.

Înfășurarea conductorului poate fi cu un singur strat, se mai numește și obișnuit cu un pas sau cu mai multe straturi (se folosesc denumirile universal, pile-on, obișnuit). Distanța dintre viraj se numește pas.

Aplicație

Bobinele sunt utilizate în procesarea semnalului și în circuitele analogice. Atunci când sunt combinate cu condensatoare și alte componente radio, ele pot forma secțiuni de circuite care amplifică sau filtrează anumite semnale.

Choke-urile sunt utilizate pe scară largă în sursele de alimentare, unde, împreună cu condensatoarele de filtru, sunt proiectate pentru a elimina zgomotul rezidual și alte fluctuații care apar la ieșire.

Dacă două bobine sunt conectate printr-un câmp magnetic, obțineți un transformator - un dispozitiv capabil să transmită electricitate dintr-o parte a circuitului în alta, datorită inducției electromagnetice, modificând simultan valoarea tensiunii.

Pentru trimitere! Transformatoarele sunt capabile să funcționeze numai cu curent alternativ.

Principalele caracteristici ale inductorilor

Înainte de a înțelege cum se comportă curentul la trecerea printr-un inductor într-un circuit, să aflăm mai întâi principalele caracteristici ale acestui element.

• În primul rând, ne interesează inductanța - o valoare exprimată numeric prin raportul dintre fluxul câmpului magnetic, care este creat de curentul care curge, și puterea acestui curent în sine. Acest parametru este măsurat în Henry (H).
• În termeni mai simpli, acest fenomen poate fi descris după cum urmează. Când curentul trece prin inductor, se creează un câmp electromagnetic, care este direct legat de fem, care contracarează schimbarea tensiunii alternative, adică apare un curent în circuit care curge în sens opus celui principal.
• Măsurarea intensității curentului pe inductor și tensiunea alternativă rezistă acestei forțe, sau mai degrabă opusul. Această proprietate a elementului se numește reactanță inductivă, care este în antifază față de reactanța capacitivă a unui condensator conectat la un circuit de curent alternativ.

Ce vrei să spui prin cuvântul „rolă”? Ei bine... acesta este probabil un fel de „smochin” pe care fire, fir de pescuit, sfoară, orice! O bobină inductor este exact același lucru, dar în loc de un fir, fir de pescuit sau orice altceva, acolo este înfășurat un fir de cupru obișnuit în izolație.

Izolația poate fi realizată din lac transparent, izolație PVC sau chiar material textil. Trucul aici este că, deși firele din inductor sunt foarte aproape unele de altele, totuși izolate unele de altele. Dacă înfășurați bobinele inductoare cu propriile mâini, nu vă gândiți în niciun caz la utilizarea unui fir de cupru obișnuit!

Inductanţă

Orice inductor are inductanţă. Inductanța bobinei se măsoară în Henry(Gn), indicat printr-o literă Lși se măsoară folosind un contor LC.

Ce este inductanța? Dacă un curent electric trece printr-un fir, acesta va crea un câmp magnetic în jurul său:

Unde

B — câmp magnetic, Wb

eu—

Să luăm acest fir și să-l înfășurăm într-o spirală și să aplicăm tensiune la capete

Și obținem această imagine cu linii magnetice de forță:

Aproximativ vorbind, cu cât traversează mai multe linii de câmp magnetic aria acestui solenoid, în cazul nostru aria cilindrului, cu atât fluxul magnetic va fi mai mare. (F). Deoarece un curent electric trece prin bobină, înseamnă că prin ea trece un curent cu intensitatea curentului (eu), iar coeficientul dintre fluxul magnetic și puterea curentului se numește inductanță și se calculează prin formula:

Din punct de vedere științific, inductanța este capacitatea de a extrage energie dintr-o sursă de curent electric și de a o stoca sub formă de câmp magnetic. Dacă curentul din bobină crește, câmpul magnetic din jurul bobinei se extinde, iar dacă curentul scade, câmpul magnetic se contractă.

Auto-inducere

Inductorul are și o proprietate foarte interesantă. Când o tensiune constantă este aplicată bobinei, o tensiune opusă apare în bobină pentru o perioadă scurtă de timp.

Această tensiune opusă se numește EMF autoindusă. Aceasta depinde de valoarea inductanței bobinei. Prin urmare, în momentul în care tensiunea este aplicată bobinei, curentul își schimbă treptat valoarea de la 0 la o anumită valoare într-o fracțiune de secundă, deoarece tensiunea, în momentul aplicării curentului electric, își schimbă și valoarea de la zero la o valoare constantă. Conform legii lui Ohm:

Unde

eu- puterea curentului în bobină, A

U- tensiune în bobină, V

R— rezistența bobinei, Ohm

După cum putem vedea din formulă, tensiunea se schimbă de la zero la tensiunea furnizată bobinei, prin urmare și curentul se va schimba de la zero la o anumită valoare. Rezistența bobinei pentru DC este, de asemenea, constantă.

Și al doilea fenomen în inductor este că, dacă deschidem circuitul dintre inductor și sursa de curent, atunci femele noastre de auto-inducție se vor adăuga la tensiunea pe care am aplicat-o deja bobinei.

Adică, de îndată ce întrerupem circuitul, tensiunea de pe bobină în acel moment poate fi de multe ori mai mare decât era înainte de ruperea circuitului, iar puterea curentului din circuitul bobinei va scădea în liniște, deoarece auto-inducția emf va menține tensiunea în scădere.

Să tragem primele concluzii despre funcționarea inductorului atunci când îi este furnizat curent continuu. Când curentul electric este furnizat bobinei, puterea curentului va crește treptat, iar atunci când curentul electric este îndepărtat din bobină, puterea curentului va scădea ușor la zero. Pe scurt, puterea curentului din bobină nu se poate schimba instantaneu.

Tipuri de inductori

Inductoarele sunt împărțite în principal în două clase: cu miez magnetic si nemagnetic. Mai jos în fotografie este o bobină cu miez nemagnetic.

Dar unde este miezul ei? Aerul este un miez nemagnetic :-). Astfel de bobine pot fi, de asemenea, înfășurate pe un tub de hârtie cilindric. Bobinele de inductanță cu miez nemagnetic sunt utilizate atunci când inductanța nu depășește 5 milihenry.

Și iată inductoarele cu miez:

Se folosesc în principal miezuri din ferită și plăci de fier. Miezurile cresc semnificativ inductanța bobinelor. Miezurile sub formă de inel (toroidal) vă permit să obțineți o inductanță mai mare decât doar miezurile de cilindru.

Pentru bobinele cu inductanță medie, se folosesc miezuri de ferită:

Bobinele cu inductanță mare sunt realizate ca un transformator cu miez de fier, dar cu o singură înfășurare, spre deosebire de transformator.

Sufocă

Există, de asemenea, un tip special de inductor. Acestea sunt așa-numitele. Un inductor este un inductor a cărui sarcină este de a crea o rezistență ridicată la curentul alternativ într-un circuit pentru a suprima curenții de înaltă frecvență.

Curentul continuu trece prin inductor fara probleme. Puteți citi de ce se întâmplă acest lucru în acest articol. De obicei, șocurile sunt conectate în circuitele de alimentare ale dispozitivelor de amplificare. Choke-urile sunt concepute pentru a proteja sursele de alimentare de semnale de înaltă frecvență (semnale RF). La frecvențe joase (LF) sunt utilizate în circuitele de alimentare și au de obicei miezuri de metal sau ferită. Mai jos în fotografie sunt șocuri de putere:

Există și un alt tip special de sufocare - acesta. Este alcătuit din două inductoare contrabobinate. Datorită contraînfășurării și inducției reciproce, este mai eficient. Choke-urile duble sunt utilizate pe scară largă ca filtre de intrare pentru surse de alimentare, precum și în tehnologia audio.

Experimente cu o bobină

De ce factori depinde inductanța bobinei? Să facem câteva experimente. Am înfășurat o bobină cu miez nemagnetic. Inductanța sa este atât de mică încât contorul LC îmi arată zero.

Are miez de ferită

Încep să introduc bobina în miez până la margine

Contorul LC arată 21 microhenry.

Intru bobina in mijlocul feritei

35 microhenry. Deja mai bine.

Continui să introduc bobina pe marginea dreaptă a feritei

20 microhenry. Încheiem Cea mai mare inductanță pe o ferită cilindrică are loc în mijlocul acesteia. Prin urmare, dacă înfășurați pe un cilindru, încercați să înfășurați în mijlocul feritei. Această proprietate este utilizată pentru a schimba fără probleme inductanța în inductoarele variabile:

Unde

1 este cadrul bobinei

2 - acestea sunt spirele bobinei

3 - miez, care are o canelură deasupra pentru o șurubelniță mică. Prin înșurubarea sau deșurubarea miezului, schimbăm astfel inductanța bobinei.

Inductanța a devenit aproape 50 microhenry!

Să încercăm să îndreptăm virajele prin ferită

13 microhenry. Încheiem: Pentru inductanță maximă, bobina trebuie să fie înfășurată „turn în rot”.

Să reducem spirele bobinei la jumătate. Au fost 24 de orbite, acum sunt 12.

Inductanță foarte scăzută. Am redus numărul de spire de 2 ori, inductanța a scăzut de 10 ori. Concluzie: cu cât numărul de spire este mai mic, cu atât inductanța este mai mică și invers. Inductanța nu se modifică liniar între spire.

Să experimentăm cu un inel de ferită.

Măsurăm inductanța

15 microhenri

Să mutam bobinele una de cealaltă

Să măsurăm din nou

Hmm, tot 15 microhenry. Încheiem: Distanța de la tură la tură nu joacă niciun rol într-un inductor toroidal.

Hai să facem mai multe ture. Au fost 3 ture, acum sunt 9.

Măsurăm

Wow! A crescut numărul de spire de 3 ori, iar inductanța a crescut de 12 ori! Concluzie: Inductanța nu se modifică liniar între spire.

Dacă credeți formulele pentru calcularea inductanțelor, inductanța depinde de „tururile la pătrat”. Nu voi posta aceste formule aici, pentru că nu văd nevoia. Voi spune doar că inductanța depinde și de parametri precum miezul (din ce material este făcut), aria secțiunii transversale a miezului și lungimea bobinei.

Desemnarea pe diagrame

Conectarea în serie și paralelă a bobinelor

La conexiunea în serie a inductoarelor, inductanța lor totală va fi egală cu suma inductanțelor.

Și atunci când conexiune paralelă obținem asta:

Când conectați inductanțe, trebuie să faceți următoarele: Regula este ca acestea să fie distanțate spațial pe tablă. Acest lucru se datorează faptului că, dacă sunt aproape unul de celălalt, câmpurile lor magnetice se vor influența reciproc și, prin urmare, citirile inductanțelor vor fi incorecte. Nu așezați două sau mai multe bobine toroidale pe o axă de fier. Acest lucru poate duce la citiri incorecte ale inductanței totale.

rezumat

Inductorul joacă un rol foarte important în electronică, în special în echipamentele transceiver. Pe bobine inductoare sunt, de asemenea, construite diferite tipuri de echipamente electronice radio, iar în inginerie electrică este folosită și ca limitator de supratensiune.

Băieții de la Soldering Iron au făcut un filmuleț foarte bun despre un inductor. Recomand cu siguranță vizionarea: