Шта је индуктивност, у чему се мери, основне формуле

Индуктивност карактерише својства елемената електричног кола да акумулирају енергију магнетног поља. Такође је мера односа између струје и магнетног поља. Такође се пореди са инерцијом електрицитета – баш као и маса са мером инерције механичких тела.

Феномен самоиндукције

Ако се струја која тече кроз проводно коло промени у величини, онда се јавља феномен самоиндукције. У овом случају, магнетни флукс кроз коло се мења, а на прикључцима струјне петље се појављује емф, који се назива емф самоиндукције. Овај ЕМФ је супротан смеру струје и једнак је:

ε=-∆Ф/∆т=-Л*(∆И/∆т)

Очигледно је да је ЕМФ самоиндукције једнак брзини промене магнетног флукса изазваног променом струје која тече кроз коло, а такође је пропорционална брзини промене струје. Коефицијент пропорционалности између ЕМФ самоиндукције и брзине промене струје назива се индуктивност и означава се са Л. Ова вредност је увек позитивна и има СИ јединицу 1 Хенри (1 Х). Користе се и фракционе фракције - милихенри и микрохенри. Можемо говорити о индуктивности од 1 Хенри ако промена струје за 1 ампер изазива ЕМФ самоиндукције од 1 Волт. Не само коло има индуктивност, већ и посебан проводник, као и калем, који се може представити као скуп серијски повезаних кола.

Индуктивност складишти енергију, која се може израчунати као В=Л*И²/2, где је:

• В—енергија, Ј;
• Л – индуктивност, Х;
• И је струја у калему, А.

А овде је енергија директно пропорционална индуктивности завојнице.

Важно! У инжењерству, индуктивност је такође уређај у коме је ускладиштено електрично поље. Прави елемент најближи таквој дефиницији је индуктор.

Општа формула за израчунавање индуктивности физичког калема има сложен облик и незгодна је за практичне прорачуне. Корисно је запамтити да је индуктивност пропорционална броју завоја, пречнику завојнице и зависи од геометријског облика. Такође, на индуктивност утиче магнетна пермеабилност језгра на коме се налази намотај, али то не утиче на струју која тече кроз завоје. Да бисте израчунали индуктивност, сваки пут морате да се позовете на горње формуле за одређени дизајн. Дакле, за цилиндрични калем, његова главна карактеристика се израчунава по формули:

Л=μ*μ*(Н²*С/л),

где:

• μ је релативна магнетна пермеабилност језгра завојнице;
• μ – магнетна константа, 1,26*10-6 Х/м;
• Н је број окрета;
• С је површина завојнице;
• л је геометријска дужина намотаја.

Да бисте израчунали индуктивност за цилиндрични калем и калемове других облика, боље је користити програме калкулатора, укључујући онлајн калкулаторе.

Серијско и паралелно повезивање индуктора

Индуктивности се могу повезати серијски или паралелно, добијајући сет са новим карактеристикама.

Паралелна веза

Када су калемови повезани паралелно, напон на свим елементима је једнак, а струје (Променљиве) су распоређени обрнуто са индуктивностима елемената.

• У=У₁=У₂=У₃;
• И=И₁+И₂+И₃.

Укупна индуктивност кола је дефинисана као 1/Л=1/Л₁+1/Л₂+1/Л₃. Формула важи за било који број елемената, а за два намотаја је поједностављена на облик Л=Л₁*Л₂/(Л₁+Л₂). Очигледно, резултујућа индуктивност је мања од индуктивности елемента са најмањом вредношћу.

серијска веза

Са овом врстом везе, иста струја тече кроз коло састављено од намотаја, а напон (променљив!) на свакој компоненти кола се распоређује пропорционално индуктивности сваког елемента:

• У=У₁+У₂+У₃;
• И=И₁=И₂=И₃.

Укупна индуктивност је једнака збиру свих индуктивности, и биће већа од индуктивности елемента са највећом вредношћу. Стога се таква веза користи ако је потребно да се добије повећање индуктивности.

Важно! Приликом повезивања калемова у серијску или паралелну батерију, формуле за прорачун су тачне само за случајеве када је искључен међусобни утицај магнетних поља елемената једних на друге (оклоп, даљина и сл.). Ако постоји утицај, онда ће укупна вредност индуктивности зависити од релативног положаја калемова.

Нека практична питања и дизајн индуктора

У пракси се користе различити дизајни индуктора. У зависности од намене и области примене, уређаји се могу израдити на различите начине, али се морају узети у обзир ефекти који се јављају у стварним калемовима.

Фактор квалитета индуктора

Прави калем, поред индуктивности, има још неколико параметара, а један од најважнијих је фактор квалитета. Ова вредност одређује губитке у калему и зависи од:

• омски губици у жици за намотаје (што је већи отпор, то је нижи фактор квалитета);
• диелектрични губици у изолацији жице и оквиру намотаја;
• губитак екрана;
• губици језгра.

Све ове величине одређују отпорност на губитке, а фактор квалитета је бездимензионална вредност једнака К=ωЛ/Рлоссес, где је:

• ω = 2*π*Ф - кружна фреквенција;
• Л - индуктивност;
• ωЛ је реактанса завојнице.

Приближно можемо рећи да је фактор квалитета једнак односу реактивног (индуктивног) отпора према активном. С једне стране, са повећањем фреквенције, бројилац се повећава, али у исто време, због скин ефекта, расте и отпор губитка услед смањења корисног попречног пресека жице.

ефекат екрана

За смањење утицаја страних тела, као и електричних и магнетних поља и међусобног утицаја елемената кроз ова поља, калемови (посебно високофреквентни) се често постављају у екран. Поред благотворног ефекта, оклоп изазива смањење фактора квалитета завојнице, смањење његове индуктивности и повећање паразитске капацитивности. Штавише, што су зидови екрана ближе завојима завојнице, то је већи штетни ефекат. Због тога се оклопљени намотаји скоро увек израђују са могућношћу подешавања параметара.

Индуктивност тримера

У неким случајевима, потребно је тачно подесити вредност индуктивности на лицу места након повезивања намотаја са другим елементима кола, компензујући одступања параметара током подешавања. За то се користе различите методе (пребацивање славина окрета, итд.), Али најтачнији и најглаткији метод је подешавање уз помоћ језгра. Израђује се у облику шипке са навојем, која се може увртати и извлачити унутар оквира, подешавајући индуктивност завојнице.

Променљива индуктивност (вариометар)

Тамо где је потребно брзо подешавање индуктивности или индуктивне спреге, користе се калемови другачијег дизајна. Садрже два намотаја - покретна и фиксна. Укупна индуктивност је једнака збиру индуктивности два намотаја и међусобне индуктивности између њих.

Променом релативног положаја једног калема у други, прилагођава се укупна вредност индуктивности. Такав уређај се назива вариометар и често се користи у комуникационој опреми за подешавање резонантних кола у случајевима када је употреба променљивих кондензатора из неког разлога немогућа.Дизајн вариометра је прилично гломазан, што ограничава његов обим.

Куглични вариометар

Индуктивност у облику штампане спирале

Завојнице са малом индуктивношћу могу се направити у облику спирале од штампаних проводника. Предности овог дизајна су:

• обрадивост производње;
• висока поновљивост параметара.

Недостаци укључују немогућност финог подешавања током подешавања и потешкоће у добијању великих вредности индуктивности - што је индуктивност већа, то више простора завојница заузима на плочи.

Секција намотана колут

Индуктивност без капацитивности је само на папиру. Са било којом физичком имплементацијом завојнице, одмах се јавља паразитски међунавојни капацитет. Ово је штетно у многим случајевима. Паразитска капацитивност се додаје капацитивности ЛЦ кола, смањујући резонантну фреквенцију и фактор квалитета осцилаторног система. Такође, калем има своју резонантну фреквенцију, што изазива нежељене појаве.

За смањење паразитне капацитивности користе се различите методе, од којих је најједноставнија индуктивност намотаја у облику неколико серијски повезаних секција. Са овим укључивањем, индуктивности се сабирају, а укупна капацитивност се смањује.

Индуктор на тороидном језгру

Линије магнетног поља цилиндричног намотаја

Линије магнетног поља цилиндричног индуктора се провлаче кроз унутрашњост намотаја (ако постоји језгро, онда кроз њега) и затварају се споља кроз ваздух. Ова чињеница носи неколико недостатака:

• индуктивност је смањена;
• карактеристике завојнице су мање подложне прорачуну;
• сваки објекат унесен у спољашње магнетно поље мења параметре завојнице (индуктивност, паразитски капацитет, губитке, итд.), тако да је у многим случајевима потребно оклоп.

Завојнице намотане на тороидна језгра (у облику прстена или крофне) углавном немају ових недостатака. Магнетне линије пролазе унутар језгра у облику затворених петљи. То значи да спољни објекти практично немају утицаја на параметре завојнице намотане на такво језгро, а за такав дизајн није потребна заштита. Повећава се и индуктивност, под једнаким условима, а карактеристике је лакше израчунати.

Линије магнетног поља тороидног намотаја

Недостаци калемова намотаних на торијуме укључују немогућност глатког подешавања индуктивности на лицу места. Други проблем је висок интензитет рада и ниска обрадивост намотаја. Међутим, то се у већој или мањој мери односи на све индуктивне елементе уопште.

Такође, уобичајени недостатак физичке имплементације индуктивности је велика тежина и величина, релативно ниска поузданост и ниска могућност одржавања.

Стога, у технологији, покушавају да се отарасе индуктивних компоненти. Али то није увек могуће, тако да ће се компоненте намотаја користити како у догледној будућности, тако иу средњем року.

Шта је индукциона емф и када се јавља?

Шта је електрични капацитет, шта се мери и од чега зависи

Колики је однос трансформације трансформатора?

Шта је диелектрична константа

Одређивање капацитивности серијских или паралелних кондензатора – формула

Шта је активна и реактивна снага наизменичне електричне струје?