Induktor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 4. oktober 2021; checks kræver 7 redigeringer .

Induktor (forældet drossel ) - spiralformet , spiralformet eller spiralformet spole af en spiralisoleret leder , som har betydelig induktans med en relativt lille kapacitans og lav aktiv modstand . Som et resultat, når en vekslende elektrisk strøm løber gennem spolen , observeres dens betydelige inerti.

De bruges til interferensundertrykkelse , slagudjævning, energilagring, vekselstrømsbegrænsning , i resonans- ( oscillerende kredsløb ) og frekvensselektive kredsløb, som induktanselementer i kunstige forsinkelseslinjer med klumpede parametre, der skaber magnetfelter , forskydningssensorer og så videre .

Terminologi

Standardiserede termer:

En induktiv spole er et element i et elektrisk kredsløb designet til at bruge dets induktans [1] (GOST 19880-74, se term 106).

En induktor er en induktiv spole, der er et element i et oscillerende kredsløb og er designet til at bruge dens kvalitetsfaktor [2] (GOST 20718-75, se term 1).

En elektrisk reaktor er en induktiv spole designet til at blive brugt i et elektrisk strømkredsløb [3] (GOST 18624-73, se term 1). En type reaktor er den strømbegrænsende reaktor , for eksempel for at begrænse kortslutningsstrømmen af elledninger .

Når det bruges til interferensundertrykkelse , udjævning af bølger af elektrisk strøm , isolering (afkobling) ved høj frekvens af forskellige dele af kredsløbet og energilagring i kernens magnetfelt, kaldes det ofte en choke og nogle gange en reaktor. Denne fortolkning af det ikke-standardiserede udtryk "throttle" (som er et sporingspapir med det tyske Drossel) skærer sig med standardiserede udtryk. Hvis driften af dette kredsløbselement er baseret på spolens kvalitetsfaktor, skal et sådant element kaldes en "induktor", ellers en "induktiv spole".

En cylindrisk induktor, hvis længde er meget større end diameteren, kaldes en solenoide , det magnetiske felt inde i den lange solenoide er ensartet. Derudover kaldes en solenoide ofte en enhed, der udfører mekanisk arbejde på grund af et magnetfelt, når en ferromagnetisk kerne trækkes ind, eller en elektromagnet . I elektromagnetiske relæer kaldes de relævikling , sjældnere - en elektromagnet.

Varmeinduktor - en speciel induktor, arbejdslegemet af induktionsvarmeinstallationer .

Når det bruges til energilagring (for eksempel i et omskiftningsspændingsregulatorkredsløb ) kaldes det en induktionslagring eller lagerdrossel.

Konstruktion

Strukturelt er den lavet i form af spiral- eller spiralformede (viklingsdiameter varierer langs spolens længde) spoler af enkeltlags- eller flerlagsviklinger af en isoleret enkelt-kerne eller flertrådet ( litz -tråd ) leder på en dielektrisk ramme af en rundt, rektangulært eller firkantet tværsnit, ofte på en ringformet ramme eller, ved brug af en tyk wire og et lille antal vindinger - uden ramme. Nogle gange, for at reducere den distribuerede parasitiske kapacitans , når de bruges som en højfrekvent choker , vikles enkeltlags induktorer med en "progressiv" stigning - viklingsstigningen ændres jævnt langs spolens længde. Vikling kan være enten enkeltlags (almindelig og med et trin) eller flerlags (almindelig, bulk, universel type). Snoet "stationcar" har en lavere parasitisk kapacitans. Ofte, igen, for at reducere parasitisk kapacitans, udføres vikling sektioneret, grupper af drejninger adskilles rumligt (normalt langs længden) fra hinanden.

For at øge induktansen er spoler ofte forsynet med en lukket eller åben ferromagnetisk kerne. Højfrekvente interferensundertrykkelsesinduktorer har ferrodielektriske kerner: ferrit , fluxtrol, carbonyljern . Spoler designet til at udjævne pulseringer af industrielle frekvenser og lydfrekvenser har kerner lavet af elektrisk stål eller bløde magnetiske legeringer ( permalloys ). Også kerner (for det meste ferromagnetiske, sjældnere diamagnetiske ) bruges til at ændre spolernes induktans inden for små grænser ved at ændre kernens position i forhold til viklingen. Ved mikrobølgefrekvenser , når ferrodielektriske stoffer mister deres magnetiske permeabilitet og dramatisk øger tabene, bruges metal ( messing ) kerner.

På de trykte kredsløbskort af elektroniske enheder er der også nogle gange lavet flade "spoler" af induktans: geometrien af den trykte leder er lavet i form af en rund eller rektangulær spiral, en bølget linje eller i form af en meander . Sådanne "induktorer" bruges ofte i ultrahurtige digitale enheder til at udligne udbredelsestiden for en gruppe signaler langs forskellige printede ledere fra kilde til modtager, for eksempel i data- og adressebusser [4] .

Egenskaber for en induktor

Induktor egenskaber:

Ændringshastigheden af strøm gennem spolen er begrænset og bestemmes af spolens induktans .
Modstanden (modulus impedans ) af spolen stiger med stigende frekvens af strømmen, der flyder gennem den.
En induktor, når strømmen flyder, lagrer energi i sit magnetfelt. Når den eksterne strømkilde er slukket, vil spolen frigive den lagrede energi og forsøge at opretholde mængden af strøm i kredsløbet. I dette tilfælde stiger spændingen på spolen, indtil nedbrydningen af isoleringen eller forekomsten af en lysbue på skiftenøglen.

En induktor i et elektrisk kredsløb til vekselstrøm har ikke kun sin egen ohmske (aktive) modstand, men også reaktans på vekselstrøm , som stiger med stigende frekvens, da når strømmen ændrer sig i spolen, opstår der selvinduktions-emf , hvilket forhindrer denne ændring.

Induktoren har en reaktans , hvis modul , hvor er spolens induktans, er den cykliske frekvens af den strømmende strøm. Følgelig, jo større frekvensen af strømmen, der strømmer gennem spolen, desto større modstand. $X_L = \omega L$ $L$ $\omega$

En spole med strøm lagrer energi i et magnetfelt svarende til det arbejde, der skal udføres for at etablere strømstrømmen . Denne energi er: $jeg$

E_{\mathrm {\text{gem)) }={1 \over 2}LI^{2}{\mbox{.))

Når strømmen ændres i spolen, opstår der en EMF af selvinduktion, hvis værdi er:

\varepsilon =-L{dI \over dt}{\mbox{.))

For en ideel induktor (uden parasitære parametre) er selvinduktansen EMF lig i størrelse og modsat fortegn til spændingen ved enderne af spolen:

|\varepsilon |=-\varepsilon =U{\mbox{.))

Når en spole med strøm lukkes til en modstand, opstår der en transient , hvor strømmen i kredsløbet falder eksponentielt i overensstemmelse med formlen [5] :

I=I_{0}exp(-t/T){\mbox{,))

hvor: - strøm i spolen, $jeg$

I_{0}

er startstrømmen af spolen,

t

- nuværende tid,

T

er tidskonstanten .

Tidskonstanten er udtrykt ved formlen:

T=L/(R+R_{i}){\mbox{,))

hvor er modstanden af modstanden, $R$

R_{i}

er spolens ohmske modstand.

Ved kortslutning af en spole med strøm er processen karakteriseret ved sin egen tidskonstant for spolen: $T_{i}$

T_{i}=L/R_{i}{\mbox{.))

Når man tenderer til nul, tenderer tidskonstanten til uendelig, hvorfor strømmen løber "for evigt" i superledende kredsløb. $R_{i}$

I et sinusformet strømkredsløb halter strømmen i spolen efter fasen af spændingen på den med π/2.

Fænomenet selvinduktion ligner manifestationen af legemers inerti i mekanik, hvis vi tager masse, strøm - hastighed, spænding - kraft som en analog af induktans, så mange mekaniske formler og opførsel af induktans i et kredsløb tage en lignende form:

F\ =m{dv \over dt}

↔ ,

|\varepsilon |=L{dI \over dt}

hvor

F\

↔ ↔ ; ↔ ; ↔

|\varepsilon |

U\

m\

L\

dv\

dI\

E_{{\mathrm {coxp}}}={1 \over 2}LI^{2}

↔

E_{{\mathrm {kinet}}}={1 \over 2}mv^{2}

Karakteristika for en induktor

Induktans

Hovedparameteren for en induktor er dens induktans , numerisk lig med forholdet mellem det magnetiske felt, der skabes af strømmen , der trænger ind i spolen, og styrken af den strømmende strøm. Typiske spoleinduktansværdier er fra tiendedele af µH til titusinder af H.

Spolens induktans er proportional med spolens lineære dimensioner, kernens magnetiske permeabilitet og kvadratet på antallet af viklingsvindinger. Solenoid spole induktans :

L=\mu _{0}\cdot \mu _{r}\cdot s_{e}\cdot N^{2}/l_{e}{\mbox{,))

hvor er den magnetiske konstant ,

\mu_{0}

\mu_{r}

- relativ magnetisk permeabilitet af kernematerialet (afhænger af frekvensen),

s_{e}

er tværsnitsarealet af kernen,

l_{e}

- længden af kernens midtlinje,

N

- antal omgange.

Når spoler er forbundet i serie, er den samlede induktans lig med summen af induktanserne for alle tilsluttede spoler:

L=\sum _{i=1}^{N}L_{i}{\mbox{.}}

Når spolerne er forbundet parallelt, er den samlede induktans:

L={\frac {1}{\sum _{i=1}^{N}{\frac {1}{L_{i))))}{\mbox{.))

Tabsmodstand

I induktorer, ud over hovedeffekten af samspillet mellem strøm og magnetfelt, observeres parasitiske effekter, på grund af hvilke spoleimpedansen ikke er rent reaktiv. Tilstedeværelsen af parasitiske effekter fører til udseendet af tab i spolen, estimeret ved tabsmodstanden . $R_{\text{sved))$

Tab består af tab i ledninger, dielektrikum, kerne og skjold:

R_{\text{pot}}=r_{w}+r_{d}+r_{s}+r_{e}{\mbox{,}}

hvor - tab i ledningerne,

r_{w}

r_{d}

- tab i dielektrikum,

r_{s}

- tab i kernen,

r_e

- hvirvelstrømstab Tab i ledninger

Tab i ledninger skyldes tre årsager:

Vikletråde har ohmsk (aktiv) modstand .
Vikletrådens modstand stiger med stigende frekvens på grund af hudeffekten . Essensen af effekten er forskydningen af strøm ind i ledningens overfladelag. Som et resultat falder det nyttige tværsnit af lederen, og modstanden stiger.
I viklingens ledninger, snoet i en spiral, manifesteres effekten af nærhed, hvis essens er forskydningen af strøm under påvirkning af hvirvelstrømme og et magnetfelt til viklingens periferi. Som et resultat får det tværsnit, gennem hvilket strømmen strømmer, en halvmåneform, hvilket fører til en yderligere stigning i ledningens modstand.

Dielektriske tab

Tab i dielektrikumet (trådisolering og spoleramme) kan klassificeres i to kategorier:

Tab fra dielektrikum af en interturn kondensator (interturn lækage og andre tab, der er karakteristiske for kondensator dielektriske stoffer ).
Tab på grund af dielektrikumets magnetiske egenskaber (disse tab svarer til tab i kernen).

Generelt for moderne spoler til generelle formål er dielektriske tab ofte ubetydelige.

Kernetab

Tab i kernen består af tab på grund af hvirvelstrømme , tab på grund af magnetiseringsvending af en ferromagnet - til " hysterese ".

På VHF bliver tab i ferrit uacceptable; en messingskrue bruges til at justere sådanne spoler. Det ser ud til, at den resulterende kortsluttede spole skulle reducere kvalitetsfaktoren. Men på grund af den lave modstand er der næsten ingen tab i den, og den (variable) tilbage - EMF forskyder effektivt magnetfeltet uden for kernen, hvilket reducerer "clearance" for dens feltlinjer, hvilket giver dig mulighed for at justere induktansen. Hvirvelstrømstab

Et vekslende magnetfelt inducerer hvirvel-EMF i de omgivende ledere, for eksempel i kernen, skærmen og i ledningerne i tilstødende vindinger. De resulterende hvirvelstrømme (Foucault-strømme) bliver en kilde til tab på grund af ledernes ohmske modstand.

Kvalitetsfaktor

Et andet kendetegn er tæt forbundet med tabsmodstands- kvalitetsfaktor . Kvalitetsfaktoren for en induktor bestemmer forholdet mellem spolens reaktive og aktive modstand. Kvalitetsfaktoren er:

Q={\frac {\omega {}L}{R_{\text{pot}}}}{\mbox{.}}

Nogle gange er tabene i spolen karakteriseret ved tangens af tabsvinklen (den gensidige af kvalitetsfaktoren) - tangenten af skiftvinklen mellem faserne af strømmen og spændingen af spolen i det sinusformede signalkredsløb i forhold til vinkel - for en ideel spole. $\pi/2$

I praksis ligger kvalitetsfaktoren i området fra 30 til 200. En forøgelse af kvalitetsfaktoren opnås ved et optimalt valg af tråddiameter, en forøgelse af induktorens størrelse og brug af kerner med høj magnetisk permeabilitet og lav tab, vikling af den "universelle" type, brugen af forsølvet tråd, brugen af snoet tråd af typen " litz wire" for at reducere tab forårsaget af hudeffekten .

Parasitisk kapacitans og selvresonans

Lederens interturn parasitære kapacitans som en del af induktoren gør spolen til et komplekst distribueret kredsløb. Som en første tilnærmelse kan vi antage, at den reelle spole svarer til en ideel induktans forbundet i serie med en viklingsaktiv modstandsmodstand med en parasitisk kapacitans forbundet parallelt med dette kredsløb (se fig.). Som et resultat er induktoren et oscillerende kredsløb med en karakteristisk resonansfrekvens . Denne resonansfrekvens kan let måles og kaldes induktorens naturlige resonansfrekvens . Ved frekvenser meget lavere end egenresonansfrekvensen er spolens impedans induktiv, ved frekvenser nær resonans er den for det meste aktiv (rent aktiv ved resonansfrekvensen) og stor i absolut værdi, ved frekvenser meget højere end egenresonansfrekvensen er kapacitiv. Normalt angives egenfrekvensen af producenten i databladet for industrielle induktorer, enten eksplicit eller implicit som en anbefalet maksimal driftsfrekvens.

Ved frekvenser under selvresonansen viser denne effekt sig i et fald i kvalitetsfaktoren med stigende frekvens.

For at øge frekvensen af naturlig resonans bruges komplekse spoleviklingsskemaer, en vikling er opdelt i afstandssektioner.

Temperaturkoefficient for induktans (TCI)

TKI er en parameter, der karakteriserer spolinduktansens afhængighed af temperaturen.

Temperaturustabiliteten af induktansen skyldes en række faktorer: ved opvarmning øges længden og diameteren af viklingstråden, længden og diameteren af rammen øges, som et resultat af hvilken stigningen og diameteren af drejningerne ændres; derudover, når temperaturen ændres, ændres rammematerialets dielektriske konstant, hvilket fører til en ændring i spolens selvkapacitet. Temperaturens indflydelse på den magnetiske permeabilitet af ferromagneten i kernen er meget betydelig:

TKL={\frac {\Delta L}{L\Delta T)){\mbox{.))

Temperaturkoefficient for kvalitetsfaktor (TKD)

TKD er en parameter, der karakteriserer afhængigheden af spolens kvalitetsfaktor af temperaturen. Kvalitetsfaktorens temperaturustabilitet skyldes det samme antal faktorer som induktansen.

TKQ={\frac {\Delta Q}{Q\Delta T)){\mbox{.))

Variationer af induktorer

Sløjfespoler brugt i radioteknik Disse spoler bruges sammen med kondensatorer til at danne resonanskredsløb. De skal have høj termisk og langsigtet stabilitet, og kvalitetsfaktoren , krav til parasitkapacitet er normalt ubetydelige. Koblingsspoler eller Koblingstransformere Et par eller flere spoler, der interagerer med magnetiske felter, er normalt forbundet parallelt med kondensatorer for at organisere oscillerende kredsløb. Sådanne spoler bruges til at tilvejebringe transformatorkobling mellem individuelle kredsløb og kaskader, hvilket gør det muligt ved jævnstrøm at adskille f.eks. basiskredsløbet af den efterfølgende forstærkerkaskade fra kollektoren fra den foregående kaskade osv. Ikke-resonante isolationstransformatorer er ikke underlagt strenge krav til kvalitetsfaktor og nøjagtighed, derfor er de lavet af tynd tråd i form af to viklinger af små dimensioner. Hovedparametrene for disse spoler er induktans og koblingskoefficient (gensidig induktanskoefficient). Variometre Disse er spoler, hvis induktans kan styres (for eksempel for at indstille resonansfrekvensen af oscillerende kredsløb) ved at ændre den relative position af to spoler forbundet i serie . En af spolerne er fast (stator), den anden er normalt placeret inde i den første og roterer (rotor). Der er andre designs af variometre. Når rotorens position i forhold til statoren ændres, ændres graden af gensidig induktans, og følgelig induktansen af variometeret. Et sådant system gør det muligt at ændre induktansen med en faktor 4-5. I ferrovariometre ændres induktansen ved at flytte den ferromagnetiske kerne i forhold til viklingen eller ved at ændre længden af luftgabet i et lukket magnetisk kredsløb. Kvæler Disse er induktorer med høj AC-modstand og lav DC-modstand. Choker er forbundet i serie med belastningen for at begrænse vekselstrømmen i kredsløbet; de bruges ofte i strømkredsløbene til radiotekniske enheder som et filterelement og også som en ballast til at omdanne udladningslamper til et vekselspændingsnetværk. For strømnetværk med frekvenser på 50-60 Hz er de lavet på kerner lavet af transformatorstål. Ved højere frekvenser anvendes også permalloy- eller ferritkerner . En speciel slags chokes er interferensundertrykkende ferrittønder (perler eller ringe) spændt på individuelle ledninger eller grupper af ledninger (kabler) for at undertrykke højfrekvent common-mode interferens. Common mode filter Common mode-filteret bruger to modviklede eller matchede induktorer. På grund af modviklingen og gensidig induktion er de mere effektive til at filtrere common-mode interferens med de samme dimensioner. Med konsonantvikling er de effektive til at undertrykke differentialstøj. sådanne filtre bruges i vid udstrækning som inputfiltre til strømforsyninger; i differentialsignalfiltre af digitale linjer, samt i lydteknologi [6] [7] . De er designet både til at beskytte strømforsyninger mod indtrængen af inducerede højfrekvente signaler fra forsyningsnetværket og til at forhindre indtrængen af elektromagnetisk interferens skabt af enheden i forsyningsnetværket. Ved lave frekvenser bruges den i strømforsyningsfiltre og har normalt en ferromagnetisk kerne (lavet af transformerstål). Til filtrering af højfrekvent interferens - ferritkerne.

Anvendelse af induktorer

Induktorer (sammen med kondensatorer og/eller modstande ) bruges til at bygge forskellige kredsløb med frekvensafhængige egenskaber, især filtre, feedback -kredsløb , oscillerende kredsløb osv.
Induktorer bruges til at skifte regulatorer som et element, der lagrer energi og konverterer spændingsniveauer.
To eller flere induktivt koblede spoler danner en transformer .
En induktor, der periodisk er forbundet gennem en transistorkontakt til en lavspændingskilde, bruges nogle gange som en højspændingskilde med lav effekt i lavstrømskredsløb, når det er umuligt eller ikke økonomisk muligt at skabe en separat høj forsyningsspænding i strømforsyningen. I dette tilfælde opstår højspændingsstigninger på spolen på grund af selvinduktion , som efter at være blevet rettet af dioden og udjævnet af kondensatoren omdannes til en konstant spænding.
Spoler bruges også som elektromagneter - aktuatorer.
Spoler bruges som en energikilde til opvarmning af induktivt koblet plasma , såvel som dets diagnostik.
Til radiokommunikation - modtagelse af elektromagnetiske bølger, sjældent - til stråling:
- Ferrit antenne;
- loop antenne; ring antenne;
- Retningsbestemt diskontinuitetsringradiator (DDRR);
- induktionssløjfe .
Til opvarmning af elektrisk ledende materialer i induktionsovne .
Som forskydningssensor : ændringen i spolens induktans kan variere meget, når den ferromagnetiske kerne bevæger sig i forhold til viklingen.
Induktoren bruges i induktionsmagnetfeltsensorer i induktionsmagnetometre [8]
At skabe magnetiske felter i elementærpartikelacceleratorer, magnetisk plasma indeslutning, i videnskabelige eksperimenter, i nuklear magnetisk tomografi. Kraftige stationære magnetfelter skabes som regel af superledende spoler.
Til energilagring.

Se også

Noter

↑ GOST 19880-74 "Elektroteknik. Basale koncepter. Begreber og definitioner" . Hentet 9. januar 2019. Arkiveret fra originalen 10. januar 2019. (ubestemt)
↑ GOST 20718-75 "Induktorer til kommunikationsudstyr. Begreber og definitioner" . Hentet 9. januar 2019. Arkiveret fra originalen 10. januar 2019. (ubestemt)
↑ GOST 18624-73 "Elektriske reaktorer. Begreber og definitioner" . Hentet 9. januar 2019. Arkiveret fra originalen 10. januar 2019. (ubestemt)
↑ Evaluering af afskærmningseffekterne på printkorttransformere (utilgængeligt link)
↑ Et eksempel på beregningen af den transiente proces, se artiklen Operational calculus .
↑ A. Sorokin - Typer af interferens i informationstransmissionslinjer og måder at håndtere dem på. . Hentet 19. februar 2010. Arkiveret fra originalen 9. juli 2010. (ubestemt)
↑ Strømforsyning til udstyr . Hentet 19. februar 2010. Arkiveret fra originalen 9. februar 2009. (ubestemt)
↑ Fluxgate Magnetometer Arkiveret 8. december 2009 på Wayback Machine _

Litteratur

Reel, bobbin // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
Kotenev SV, Evseev AN Beregning og optimering af ringkernetransformatorer og drosler. - M .: Hotline - Telecom, 2013. - 360 s. - 500 eksemplarer. - ISBN 978-5-9912-0186-5 .
Frolov A.D. Radiokomponenter og noder. - M . : Højere Skole, 1975. - S. 135-194. - 440 s. — (Lærebog for universiteter).

Links

En induktor i et vekselstrømkredsløb Arkiveret 20. december 2009 på Wayback Machine

Elektroniske komponenter
Passiv	Modstand Variabel modstand Trimmer modstand Varistor fotomodstand Kondensator variabel kondensator Trimmer kondensator Varikond Induktor Transformer Kvarts resonator Sikring Nulstillelig sikring memristor baretter
Aktiv fast tilstand	Diode Lysdiode Fotodiode laser diode Schottky diode zener diode Stabistor Varicap Magnetodiode Diode bro Gunn diode tunnel diode Lavine diode Lavine diode Transistor bipolær transistor Felteffekt transistor CMOS transistor unijunction transistor Fototransistor Komposit transistor ballistisk transistor Integreret kredsløb Digitalt integreret kredsløb Analogt integreret kredsløb Analog-digital integreret kredsløb hybrid integreret kredsløb Thyristor Triac Dinistor fototyristor Optokobler ( modstandsoptokobler ) Hall sensor
Aktivt vakuum og gasudledning	Vakuum lamper Elektrovakuumdiode ( Kenotron ) Triode tetrode stråle tetrode Pentode hexod Heptod ( Pentagrid ) okt Nonod mekatron Udladningslamper zener diode Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klystron Amplitron ( Platinotron ) Vandrende bølgelampe Backwave lampe Katodestrålerør
Displayenheder	Katodestrålerør LCD display Lysdiode Udledningsindikator Vakuum fluorescerende indikator Blinker resultattavle Syv-segment indikator Matrix indikator Kinescope
Akustisk	Mikrofon Højttaler Strain gauge Piezokeramisk emitter Summer telefonkapsel
Termoelektrisk	Termistor Termoelement Peltier-elementet