Induktansi mencirikan sifat-sifat elemen rangkaian listrik untuk mengakumulasi energi medan magnet. Ini juga merupakan ukuran hubungan antara arus dan medan magnet. Ini juga dibandingkan dengan kelembaman listrik - seperti massa dengan ukuran kelembaman benda mekanis.
Isi
Fenomena induksi diri
Jika arus yang mengalir melalui rangkaian penghantar berubah besarnya, maka fenomena induksi diri terjadi. Dalam hal ini, fluks magnet melalui rangkaian berubah, dan ggl muncul di terminal loop arus, yang disebut ggl induksi sendiri. EMF ini berlawanan dengan arah arus dan sama dengan:
=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Jelas bahwa EMF induksi diri sama dengan laju perubahan fluks magnet yang disebabkan oleh perubahan arus yang mengalir melalui rangkaian, dan juga sebanding dengan laju perubahan arus. Koefisien proporsionalitas antara EMF induksi diri dan laju perubahan arus disebut induktansi dan dilambangkan dengan L. Nilai ini selalu positif, dan memiliki satuan SI 1 Henry (1 H). Fraksi pecahan juga digunakan - millihenry dan microhenry. Kita dapat berbicara tentang induktansi 1 Henry jika perubahan arus sebesar 1 ampere menyebabkan EMF induksi diri sebesar 1 Volt. Tidak hanya sirkuit yang memiliki induktansi, tetapi juga konduktor terpisah, serta koil, yang dapat direpresentasikan sebagai satu set sirkuit yang terhubung seri.
Induktansi menyimpan energi, yang dapat dihitung sebagai W=L*I2/2, dimana:
- W—energi, J;
- L – induktansi, H;
- I adalah arus dalam kumparan, A.
Dan di sini energi berbanding lurus dengan induktansi kumparan.
Penting! Dalam rekayasa, induktansi juga merupakan perangkat di mana medan listrik disimpan. Elemen nyata yang paling dekat dengan definisi seperti itu adalah induktor.
Rumus umum untuk menghitung induktansi kumparan fisik memiliki bentuk yang kompleks dan tidak nyaman untuk perhitungan praktis. Penting untuk diingat bahwa induktansi sebanding dengan jumlah lilitan, diameter kumparan dan tergantung pada bentuk geometris. Juga, induktansi dipengaruhi oleh permeabilitas magnetik inti di mana belitan berada, tetapi arus yang mengalir melalui belokan tidak terpengaruh. Untuk menghitung induktansi, setiap kali Anda perlu merujuk ke rumus di atas untuk desain tertentu. Jadi, untuk kumparan silinder, karakteristik utamanya dihitung dengan rumus:
L=μ*μ*(N2*S/l),
di mana:
- adalah permeabilitas magnetik relatif dari inti kumparan;
- – konstanta magnet, 1,26*10-6 H/m;
- N adalah jumlah putaran;
- S adalah luas kumparan;
- l adalah panjang geometris kumparan.
Untuk menghitung induktansi untuk kumparan silinder dan kumparan bentuk lain, lebih baik menggunakan program kalkulator, termasuk kalkulator online.
Koneksi seri dan paralel dari induktor
Induktansi dapat dihubungkan secara seri atau paralel, mendapatkan satu set dengan karakteristik baru.
Koneksi paralel
Ketika kumparan dihubungkan secara paralel, tegangan pada semua elemen adalah sama, dan arus (variabel) didistribusikan berbanding terbalik dengan induktansi elemen.
- U=U1=U2=U3;
- saya = saya1+ aku2+ aku3.
Total induktansi rangkaian didefinisikan sebagai 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Rumus ini berlaku untuk sejumlah elemen, dan untuk dua kumparan disederhanakan menjadi bentuk L=L1*L2/(L1+ L2). Jelas, induktansi yang dihasilkan lebih kecil dari induktansi elemen dengan nilai terkecil.
koneksi serial
Dengan jenis koneksi ini, arus yang sama mengalir melalui rangkaian yang terdiri dari kumparan, dan tegangan (variabel!) Pada setiap komponen rangkaian didistribusikan secara proporsional dengan induktansi setiap elemen:
- U=U1+U2+U3;
- saya = saya1= aku2= aku3.
Induktansi total sama dengan jumlah semua induktansi, dan akan lebih besar dari induktansi elemen dengan nilai terbesar. Oleh karena itu, koneksi semacam itu digunakan jika perlu untuk mendapatkan peningkatan induktansi.
Penting! Saat menghubungkan koil dalam baterai seri atau paralel, rumus perhitungan hanya benar untuk kasus di mana pengaruh timbal balik dari medan magnet elemen satu sama lain tidak termasuk (pelindung, jarak jauh, dll.). Jika ada pengaruh, maka nilai total induktansi akan tergantung pada posisi relatif kumparan.
Beberapa masalah praktis dan desain induktor
Dalam praktiknya, berbagai desain induktor digunakan. Tergantung pada tujuan dan bidang aplikasi, perangkat dapat dibuat dengan berbagai cara, tetapi efek yang terjadi pada kumparan nyata harus diperhitungkan.
Faktor kualitas induktor
Kumparan nyata, selain induktansi, memiliki beberapa parameter lagi, dan salah satu yang paling penting adalah faktor kualitas. Nilai ini menentukan kerugian dalam koil dan tergantung pada:
- kerugian ohmik pada kawat berliku (semakin besar resistansi, semakin rendah faktor kualitas);
- rugi-rugi dielektrik pada insulasi kawat dan rangka belitan;
- kehilangan layar;
- kerugian inti.
Semua besaran ini menentukan resistansi kerugian, dan faktor kualitas adalah nilai tak berdimensi yang sama dengan Q=ωL/Rlosses, di mana:
- = 2*π*F - frekuensi melingkar;
- L - induktansi;
- L adalah reaktansi kumparan.
Kita kira-kira dapat mengatakan bahwa faktor kualitas sama dengan rasio resistensi reaktif (induktif) terhadap aktif. Di satu sisi, dengan meningkatnya frekuensi, pembilang meningkat, tetapi pada saat yang sama, karena efek kulit, resistensi kerugian juga meningkat karena penurunan penampang kabel yang berguna.
efek layar
Untuk mengurangi pengaruh benda asing, serta medan listrik dan magnet dan pengaruh timbal balik elemen melalui medan ini, kumparan (terutama yang berfrekuensi tinggi) sering ditempatkan di layar. Selain efek menguntungkan, shielding menyebabkan penurunan faktor kualitas kumparan, penurunan induktansi dan peningkatan kapasitansi parasit. Selain itu, semakin dekat dinding layar ke belokan koil, semakin tinggi efek berbahayanya. Oleh karena itu, koil berpelindung hampir selalu dibuat dengan kemungkinan menyesuaikan parameter.
Induktansi pemangkas
Dalam beberapa kasus, diperlukan untuk secara akurat mengatur nilai induktansi di lokasi setelah menghubungkan koil ke elemen sirkuit lain, mengkompensasi penyimpangan parameter selama penyetelan. Untuk ini, metode yang berbeda digunakan (mengganti keran belokan, dll.), Tetapi metode yang paling akurat dan halus adalah penyetelan dengan bantuan inti. Itu dibuat dalam bentuk batang berulir, yang dapat disekrup masuk dan keluar di dalam bingkai, menyesuaikan induktansi koil.
Induktansi variabel (variometer)
Dimana penyesuaian cepat induktansi atau kopling induktif diperlukan, kumparan dengan desain yang berbeda digunakan. Mereka mengandung dua gulungan - bergerak dan tetap. Induktansi total sama dengan jumlah induktansi kedua kumparan dan induktansi timbal balik di antara keduanya.
Dengan mengubah posisi relatif dari satu kumparan ke yang lain, nilai total induktansi disesuaikan. Perangkat semacam itu disebut variometer dan sering digunakan dalam peralatan komunikasi untuk menyetel sirkuit resonansi dalam kasus di mana penggunaan kapasitor variabel tidak mungkin dilakukan karena alasan tertentu.Desain variometer agak besar, yang membatasi ruang lingkupnya.
Induktansi dalam bentuk spiral tercetak
Kumparan dengan induktansi kecil dapat dibuat dalam bentuk spiral konduktor tercetak. Keuntungan dari desain ini adalah:
- kemampuan produksi produksi;
- pengulangan parameter yang tinggi.
Kerugiannya termasuk ketidakmungkinan penyetelan halus selama penyesuaian dan kesulitan mendapatkan nilai induktansi yang besar - semakin tinggi induktansi, semakin banyak ruang yang dibutuhkan koil di papan tulis.
Gulungan luka potong
Induktansi tanpa kapasitansi hanya di atas kertas. Dengan implementasi fisik koil, kapasitansi interturn parasit segera muncul. Ini berbahaya dalam banyak kasus. Kapasitansi parasit menambah kapasitansi rangkaian LC, mengurangi frekuensi resonansi dan faktor kualitas sistem osilasi. Juga, koil memiliki frekuensi resonansinya sendiri, yang memicu fenomena yang tidak diinginkan.
Berbagai metode digunakan untuk mereduksi kapasitansi parasit, yang paling sederhana adalah induktansi belitan dalam bentuk beberapa bagian yang dihubungkan seri. Dengan penyertaan ini, induktansi bertambah, dan kapasitansi total berkurang.
Induktor pada inti toroidal
Garis-garis medan magnet induktor silinder ditarik melalui bagian dalam belitan (jika ada inti, maka melaluinya) dan ditutup dari luar melalui udara. Fakta ini memiliki beberapa kelemahan:
- induktansi berkurang;
- karakteristik koil kurang sesuai untuk perhitungan;
- benda apapun yang dibawa ke dalam medan magnet eksternal mengubah parameter kumparan (induktansi, kapasitansi parasit, rugi-rugi, dll.), jadi dalam banyak kasus diperlukan pelindung.
Gulungan yang dililit pada inti toroidal (dalam bentuk cincin atau donat) sebagian besar bebas dari kekurangan ini. Garis magnetik lewat di dalam inti dalam bentuk loop tertutup. Ini berarti bahwa objek eksternal praktis tidak berpengaruh pada parameter lilitan koil pada inti seperti itu, dan pelindung tidak diperlukan untuk desain seperti itu. Induktansi juga meningkat, hal-hal lain dianggap sama, dan karakteristiknya lebih mudah untuk dihitung.
Kerugian dari lilitan kumparan pada tori termasuk ketidakmungkinan penyesuaian induktansi yang mulus di tempat. Masalah lain adalah intensitas tenaga kerja yang tinggi dan kemampuan manufaktur yang rendah dari belitan. Namun, ini berlaku untuk semua elemen induktif secara umum, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil.
Juga, kelemahan umum dari implementasi fisik induktansi adalah bobot dan ukuran yang tinggi, keandalan yang relatif rendah, dan kemampuan perawatan yang rendah.
Karena itu, dalam teknologi, mereka mencoba menyingkirkan komponen induktif. Tetapi ini tidak selalu memungkinkan, jadi komponen belitan akan digunakan baik di masa mendatang maupun dalam jangka menengah.
Artikel serupa:
