Induktori (vanhentunut kuristin ) - kierretyn eristetyn johtimen kierre- , spiraali- tai kierrekela , jolla on merkittävä induktanssi suhteellisen pienellä kapasitanssilla ja alhaisella aktiiviresistanssilla . Tämän seurauksena, kun vaihtovirta virtaa kelan läpi , havaitaan sen merkittävä inertia.
Niitä käytetään häiriön vaimentamiseen , lyönnin tasoittamiseen, energian varastointiin, vaihtovirran rajoittamiseen , resonanssipiireissä ( värähtelevä piiri ) ja taajuusselektiivisissä piireissä, keinotekoisten viivelinjojen induktanssielementteinä niputetuilla parametreilla, magneettikenttien luomiseen , siirtymäanturien ja niin edelleen. .
Vakioehdot:
Induktiivinen käämi on osa sähköpiiriä, joka on suunniteltu käyttämään sen induktanssia [1] (GOST 19880-74, katso termi 106).
Induktori on induktiivinen käämi, joka on osa värähtelypiiriä ja on suunniteltu käyttämään sen laatutekijää [2] (GOST 20718-75, katso termi 1).
Sähköreaktori on induktiivinen kela, joka on suunniteltu käytettäväksi tehosähköpiirissä [3] (GOST 18624-73, katso termi 1). Eräs tyyppinen reaktori on virtaa rajoittava reaktori esimerkiksi voimalinjojen oikosulkuvirran rajoittamiseksi .
Kun sitä käytetään häiriön vaimentamiseen , sähkövirran aaltoilun tasoittamiseen , piirin eri osien eristämiseen (irrotukseen) korkealla taajuudella ja energian varastointiin ytimen magneettikentässä, sitä kutsutaan usein kuristimeksi ja joskus reaktoriksi. Tämä tulkinta ei-standardoidusta termistä "kaasu" (joka on kuultopaperi saksalaisen Drosselin kanssa) leikkaa standardoituja termejä. Jos tämän piirielementin toiminta perustuu kelan laatutekijään, niin tällaista elementtiä tulisi kutsua "induktoriksi", muuten "induktiiviseksi kelaksi".
Sylinterimäistä kelaa, jonka pituus on paljon halkaisijaa suurempi, kutsutaan solenoidiksi , pitkän solenoidin sisällä oleva magneettikenttä on tasainen. Lisäksi solenoidia kutsutaan usein laitteeksi, joka suorittaa mekaanista työtä magneettikentän vuoksi, kun ferromagneettinen ydin vedetään sisään, tai sähkömagneetiksi . Sähkömagneettisissa releissä niitä kutsutaan relekäämiksi , harvemmin - sähkömagneetiksi.
Lämmityskela - erityinen induktori, induktiolämmityslaitteistojen työkappale .
Kun sitä käytetään energian varastointiin (esimerkiksi kytkentäjännitteen säätöpiirissä ), sitä kutsutaan induktiovarastoksi tai varastokuristimeksi.
Rakenteellisesti se on valmistettu kierteisistä tai kierteisistä (käämin halkaisija vaihtelee käämin pituuden mukaan) käämeinä , joissa on yksikerroksisia tai monikerroksisia käämeitä, joissa on eristetty yksiytiminen tai säikeinen ( litz -lanka ) johtimeen dielektrisessä kehyksessä . pyöreä, suorakaiteen tai neliön muotoinen poikkileikkaus, usein toroidisessa kehyksessä tai, kun käytetään paksua lankaa ja pientä kierrosta - ilman kehystä. Joskus hajautetun loiskapasitanssin vähentämiseksi , kun sitä käytetään korkeataajuisena kuristimena , yksikerroksiset induktorit kääritään "progressiivisella" nousulla - käämin nousu muuttuu tasaisesti käämin pituudella. Käämitys voi olla joko yksikerroksinen (tavallinen ja porrastettu) tai monikerroksinen (tavallinen, bulkki-, yleistyyppi). Käämittävällä "farmarilla" on pienempi loiskapasitanssi. Usein taas loiskapasitanssin vähentämiseksi käämitys suoritetaan lohkoittain, kierrosryhmät erotetaan avaruudellisesti (yleensä pituudella) toisistaan.
Induktanssin lisäämiseksi kelat on usein varustettu suljetulla tai avoimella ferromagneettisella ytimellä. Korkeataajuisissa häiriönvaimennuskeloissa on ferrodielektriset ytimet: ferriittiä , fluxtrolia, karbonyylirautaa . Teollisuuden ja äänitaajuuksien pulsaatioiden tasoittamiseksi suunnitelluissa keloissa on sähköteräksistä tai pehmeistä magneettiseoksista ( permalloys ) valmistetut ytimet. Myös ytimiä (useimmiten ferromagneettisia, harvemmin diamagneettisia ) käytetään muuttamaan kelojen induktanssia pienissä rajoissa muuttamalla sydämen paikkaa suhteessa käämiin. Mikroaaltotaajuuksilla , kun ferrodielektriset materiaalit menettävät magneettisen läpäisevyytensä ja lisäävät häviöitä dramaattisesti, käytetään metallisydämiä ( messinkiä ).
Elektronisten laitteiden painetuille piirilevyille tehdään joskus myös litteitä induktanssin "käämejä": painetun johtimen geometria on tehty pyöreän tai suorakaiteen muotoisen spiraalin, aaltoviivan tai mutkan muodossa . Tällaisia "induktoreita" käytetään usein ultranopeissa digitaalisissa laitteissa tasoittamaan signaaliryhmän etenemisaikaa eri painettuja johtimia pitkin lähteestä vastaanottimeen, esimerkiksi data- ja osoiteväylissä [4] .
Induktorin ominaisuudet:
Vaihtovirran sähköpiirissä olevalla kelalla ei ole vain oma ohminen (aktiivinen) resistanssi, vaan myös reaktanssi vaihtovirtaan , joka kasvaa taajuuden kasvaessa, koska kun virta muuttuu kelassa, tapahtuu itseinduktio emf , joka estää tämä muutos.
Induktorissa on reaktanssi , jonka moduuli , jossa on käämin induktanssi, on virtaavan virran syklinen taajuus . Vastaavasti mitä suurempi kelan läpi kulkevan virran taajuus on, sitä suurempi on sen vastus.
Kela, jossa on virta, varastoi energiaa magneettikenttään, joka on yhtä suuri kuin työ, joka on tehtävä virran muodostamiseksi . Tämä energia on:
Kun virta muuttuu kelassa, syntyy itseinduktion EMF, jonka arvo on:
Ihanteelliselle kelalle (jolla ei ole loisparametreja) itseinduktanssi EMF on suuruudeltaan yhtä suuri ja vastakkainen etumerkillä kuin jännite kelan päissä:
Kun käämi, jolla on virta, suljetaan vastukselle, tapahtuu transientti , jossa virta piirissä pienenee eksponentiaalisesti kaavan [5] mukaisesti :
missä: - virta kelassa,
on kelan alkuvirta, - tämänhetkinen aika, on aikavakio .Aikavakio ilmaistaan kaavalla:
missä on vastuksen vastus,
on kelan ohminen vastus.Kun käämi oikosuljetaan virralla, prosessille on ominaista sen oma kelan aikavakio :
Nollaan pyrkiessä aikavakio pyrkii äärettömyyteen, minkä vuoksi virta kulkee "ikuisesti" suprajohtavissa piireissä.
Sinimuotoisessa virtapiirissä kelan virta on π/2 jäljessä sen jännitteen vaiheesta.
Itseinduktion ilmiö on samanlainen kuin kappaleiden inertian ilmentymä mekaniikassa, jos otamme induktanssin analogiksi massa, virta - nopeus, jännite - voima, niin monet mekaniikan kaavat ja induktanssin käyttäytyminen piirissä ota samanlainen muoto:
↔ ,missä
↔ ↔ ; ↔ ; ↔ ↔Induktorin pääparametri on sen induktanssi , joka on numeerisesti yhtä suuri kuin kelaan läpäisevän virran aiheuttaman magneettikentän suhde virtaavan virran voimakkuuteen. Tyypilliset kelan induktanssiarvot ovat µH:n kymmenesosista kymmeniin H: iin .
Kelan induktanssi on verrannollinen käämin lineaarisiin mittoihin, sydämen magneettiseen permeabiliteettiin ja käämikierrosten lukumäärän neliöön. Solenoidikelan induktanssi :
missä on magneettinen vakio , - ydinmateriaalin suhteellinen magneettinen permeabiliteetti (riippuu taajuudesta), on ytimen poikkileikkauspinta-ala, - ytimen keskiviivan pituus, - vuorojen määrä.Kun kelat on kytketty sarjaan, kokonaisinduktanssi on yhtä suuri kuin kaikkien kytkettyjen käämien induktanssien summa:
Kun käämit on kytketty rinnan, kokonaisinduktanssi on:
Induktoreissa virran ja magneettikentän vuorovaikutuksen päävaikutuksen lisäksi havaitaan loisvaikutuksia, joiden vuoksi kelan impedanssi ei ole puhtaasti reaktiivinen. Parasiittisten vaikutusten esiintyminen johtaa häviöiden ilmaantumiseen kelassa, joka on arvioitu häviönresistanssilla .
Häviöt koostuvat johtojen, eristeiden, sydämen ja suojan häviöistä:
missä - häviöt johtimissa, - häviöt dielektrissä, - menetys ytimessä, - pyörrevirtahäviöt Johtojen häviötJohtojen häviöt johtuvat kolmesta syystä:
Häviöt eristeessä (langan eristys ja käämin runko) voidaan luokitella kahteen luokkaan:
Yleisesti ottaen nykyaikaisten yleiskäyttöisten kelojen dielektriset häviöt ovat usein mitättömiä.
YdinhäviöYtimen häviöt koostuvat pyörrevirroista johtuvista häviöistä, häviöistä, jotka johtuvat ferromagneetin magnetoinnin kääntymisestä " hystereesiksi ".
VHF : llä ferriittihäviöt ovat mahdottomia hyväksyä; messinkiruuvia käytetään säätämään tällaisia keloja. Vaikuttaa siltä, että tuloksena olevan oikosulkukelan pitäisi vähentää laatutekijää. Mutta alhaisen resistanssin vuoksi siinä ei ole juuri lainkaan häviöitä, ja (muuttuva) taka - EMF syrjäyttää tehokkaasti magneettikentän ytimen ulkopuolelle, mikä vähentää sen kenttälinjojen "välystä", jonka avulla voit säätää induktanssia. PyörrevirtahäviötVaihteleva magneettikenttä indusoi pyörteitä ympäröiviin johtimiin, esimerkiksi sydämeen, suojukseen ja vierekkäisten kierrosten johtimiin. Tuloksena syntyvistä pyörrevirroista (Foucault-virrat) tulee häviöiden lähde johtimien ohmisen resistanssin vuoksi.
Toinen ominaisuus liittyy läheisesti häviönvastus- laatutekijään . Induktorin laatutekijä määrää kelan reaktiivisten ja aktiivisten vastusten välisen suhteen. Laatutekijä on:
Joskus käämin häviöille on tunnusomaista häviökulman tangentti (laatutekijän käänteisluku) - käämin virran ja jännitteen vaiheiden välisen siirtokulman tangentti sinimuotoisessa signaalipiirissä suhteessa signaaliin. kulma - ihanteellinen kela.
Käytännössä laatutekijä on välillä 30-200. Laatutekijän kasvu saavutetaan optimaalisella langanhalkaisijan valinnalla, induktorin koon suurentamisella sekä korkean magneettisen läpäisevyyden omaavien ytimien käytöllä. häviöt, "universaalin" tyyppinen käämitys, hopeoidun langan käyttö, " litz -langan" tyyppisen kierretyn langan käyttö ihovaikutuksen aiheuttamien häviöiden vähentämiseksi .
Johtimen loiskapasitanssi osana kelaa muuttaa kelan monimutkaiseksi hajautetuksi piiriksi. Ensimmäisenä likiarvona voidaan olettaa, että todellinen kela vastaa ideaaliinduktanssia, joka on kytketty sarjaan käämityksen aktiivivastusvastuksen kanssa, jonka loiskapasitanssi on kytketty rinnan tämän piirin kanssa (katso kuva). Tämän seurauksena induktori on värähtelevä piiri , jolla on tyypillinen resonanssitaajuus . Tämä resonanssitaajuus voidaan mitata helposti ja sitä kutsutaan induktorin luonnolliseksi resonanssitaajuudeksi . Paljon luonnollista resonanssitaajuutta pienemmillä taajuuksilla kelan impedanssi on induktiivinen, resonanssin lähellä olevilla taajuuksilla se on enimmäkseen aktiivinen (puhtaasti aktiivinen resonanssitaajuudella) ja itseisarvoltaan suuri, taajuuksilla, jotka ovat paljon luonnollista resonanssitaajuutta korkeammalla. on kapasitiivinen. Normaalisti valmistaja määrittelee ominaistaajuuden teollisuusinduktorien teknisissä tiedoissa joko suoraan tai implisiittisesti suositeltuna maksimikäyttötaajuudena.
Itseresonanssin alapuolella olevilla taajuuksilla tämä vaikutus ilmenee laatutekijän heikkenemisenä taajuuden kasvaessa.
Luonnollisen resonanssin taajuuden lisäämiseksi käytetään monimutkaisia kelakäämitysjärjestelmiä, yksi käämi jaetaan erillään oleviin osiin.
TKI on parametri, joka kuvaa kelan induktanssin riippuvuutta lämpötilasta.
Induktanssin lämpötilan epävakaus johtuu useista tekijöistä: kuumennettaessa käämilangan pituus ja halkaisija kasvavat, rungon pituus ja halkaisija kasvavat, minkä seurauksena kierrosten nousu ja halkaisija muuttuvat; lisäksi lämpötilan muuttuessa runkomateriaalin dielektrisyysvakio muuttuu, mikä johtaa käämin omakapasitanssin muutokseen. Lämpötilan vaikutus sydämen ferromagneetin magneettiseen läpäisevyyteen on erittäin merkittävä:
TKD on parametri, joka kuvaa käämin laatutekijän riippuvuutta lämpötilasta. Laatutekijän lämpötilan epävakaus johtuu samasta määrästä tekijöitä kuin induktanssi.