Az indukció az elektromos áramkör alapvető paramétere, amely az áramkör energiatárolási képességét méri, amikor áram folyik át rajta. Maga az ötlet az elektromágneses indukció egy vezetőben: az áram megváltozik, feszültség jelenik meg rajta.
Az induktorok vagy induktortekercsek néven ismert eszközök ezt a folyamatot alkalmazzák. Általában egy mag köré tekercselt huzalból készülnek, amely lehet levegő, vas vagy más mágneses anyag. A menetek száma és a mag anyaga az induktor induktivitásának elsődleges meghatározói.
Mi az induktivitás?
Az induktivitás a tekercs azon képessége, hogy az áram által okozott mágneses mező formájában energiát tároljon.
Az indukciós tekercs, más néven induktor, jellemzően egy mag köré tekercselt, gyakran rézből készült huzalból áll. A mag lehet levegő, vas vagy ferrit, mindegyiknek eltérő tulajdonságai vannak, amelyek befolyásolják a tekercs teljesítményét.
Amikor egy elektromos áram folyik át a tekercsen, mágneses mezőt generál benne és körülötte. Ez a mágneses mező energiát tárol, és a tekercs azon képességét, hogy ezt a mágneses energiát tárolja, az induktivitása méri.
Az induktivitás az elektromos áramkör egyik tulajdonsága. Közvetlen mértéke annak, hogy mennyi elektromos töltés tárolható egy adott elektromos potenciál mellett.
A tekercs alapvető paraméterei az induktivitás és a rezonanciafrekvencia. Az induktivitás a tekercs azon képessége, hogy az áram által okozott mágneses mező formájában energiát tároljon.
Az indukciós tekercs felépítése
Ez nem egy bonyolult elem. Egy magból és a köré tekert szigetelt vezető tekercsekből áll.
Az induktivitás tekercs egy spirálisan feltekert vezető huzal és egy mag, amelyre a huzal fel van tekercselve. A vezető darab lehet rézhuzal, a rézhuzalt széles körben használják jó elektromos vezetőképessége és alakíthatósága miatt.
A tekercs magja levegőben függeszthető vagy mágneses anyagokból készülhet. A mag anyaga széles határok között változhat az induktivitás tekercs kívánt tulajdonságaitól függően, és maganyagként levegő, ferrit, vas és vaspor is használható.
Fontos, hogy a mag köré tekert tekercsek szigeteltek legyenek, ezért a tekercsek készítéséhez szigetelt vezetéket használnak, vagy nem szigetelt vezetékkel, például ezüsthuzallal, de megfelelő légréssel tekerik fel.
A huzal a legfontosabb, és ez általában zománcozott rézhuzal, mind a magas vezetőképessége, mind a szigetelő tulajdonságai miatt.
A tekercs induktivitását meghatározó tényezők
A tekercs meneteinek száma és a mag anyagának típusa kulcsfontosságú szerepet játszik az induktivitás értékének meghatározásában.
A mag anyagának típusa nagyban befolyásolja a tekercs paramétereit. Az induktivitás értéke erősen függ a mag anyagától, a levegőtől a ferritig.
Légmagos tekercs esetén az induktivitás értéke állandó, azaz nem függ a gerjesztőáram értékétől.
Ha a tekercsbe vasmagot helyezünk, akkor az induktivitást a gerjesztőáram nagysága is befolyásolja. Adott gerjesztőáram esetén a vasmag mágnesezési görbéjéről leolvasható a B mágneses indukció értéke.
A menetszám hatása
A kialakításuknak köszönhetően az induktív tekercsek felerősítik ezt a jelenséget azáltal, hogy egyszerűen feltekerik a vezetéket, és ezáltal növelik a mágneses mezőt, amely minden egyes tekercs hozzáadásával egyre erősebbé válik.
A szolenoid hosszú egyenes tekercs. A légmagos szolenoid esetén könnyen belátható az eddigiek alapján, hogy az önindukciós együttható értékét a tekercs geometriája határozza meg.
Vagyis az induktivitás a menetszámtól, a keresztmetszettől és a tekercs hosszától, azaz a geometriától függ.
A mágneses permeabilitás hatása
A magot a felhasznált anyag típusa és a hozzá kapcsolódó relatív mágneses permeabilitás jellemzi. Relatív, mivel a vákuum-áteresztőképesség függvényében határozzák meg.
A definíció szerint a mágneses permeabilitás egy olyan mennyiség, amely meghatározza egy adott anyag vagy közeg mágneses indukció megváltoztatásának képességét a mágneses tér intenzitásának változása esetén.
Egyébként az is elmondható, hogy az áteresztőképesség egy anyag vagy közeg olyan tulajdonsága, amely meghatározza a mágneses erővonalak koncentráló képességét.
Tökéletes vákuumban nincsenek olyan részecskék, amelyek befolyásolhatnák az indukció függőségét a mágneses tér erősségétől. Ezért minden anyagi közegben az induktivitás képlete módosul a közeg mágneses permeabilitásának jelenléte miatt.
Vákuum esetén a relatív permeabilitás pontosan 1.
µr : a tekercsben lévő anyagra jellemző szorzószám, ami levegő esetén 1, mágneses anyag esetében viszont jóval nagyobb is lehet.
A mágneses anyag jellemzőit permeabilitásnak nevezzük.
µ = µ0 µr.
Miért használnak magot a tekercsben?
Az első ok, hogy több energia tárolható kevesebb fordulattal, mint a levegőmag megfelelője.
A második a tekercs mechanikai felépítése: a mag biztosítja a tekercsek vázát és rögzítését a céleszközre.
A harmadik fontos ok a mágneses tér koncentrációja és vezetése.
A tekercs induktivitása növelhető a tekercs belsejébe helyezett ferromágneses anyaggal, például vasmaggal vagy ferritmaggal.
Az induktivitás működési elve
Mágneses tér létrehozása
Amikor egy elektromos áram áthalad egy induktív tekercsen, mágneses mező alakul ki körülötte. Ez az elektromágnesesség elveinek következménye, amely szerint a mozgó elektromos töltések, azaz áramok, mágneses mezőket generálnak.
Ennek a mágneses mezőnek a nagysága és iránya az áram nagyságától és az áram folyásának irányától függ.
Ha a tekercs két kivezetése közé időben állandó, DC áramforrást kapcsolunk, akkor a meginduló elektromos áram mágneses mezőt hoz létre.
A keletkezett mágneses mező a tekercs belsejében a legerősebb, mert itt haladnak legsűrűbben az erővonalak.
A mágneses mező a bekapcsolás után fokozatosan erősödik, majd egy szintet elérve már nem nő tovább, időben állandósul.
Amikor kikapcsoljuk az áramot, ugyancsak fokozatosan kezd el csökkenni, és csak egy bizonyos késleltetés után szűnik meg.
Önindukció
Egy tekercsben az áramváltozás hatására az erővonalszám változik, azaz fluxusváltozás jön létre, amely az indukciótörvény értelmében magában a tekercsben feszültséget indukál.
Ez a jelenség az önindukció, az indukálódó feszültséget pedig önindukciós feszültségnek nevezik.
A tekercseken átfolyó áram változása olyan irányban elektromotoros erőt hoz létre, amely ezt a változást ellensúlyozza.
A Lenz-törvény értelmében ez az indukálódó feszültség gátolja az áramváltozást, azaz az áram növekedésekor iránya ellentétes a tápfeszültséggel.
Az áram csökkenésekor viszont az önindukciós feszültség a csökkenést lassítja, azaz a tápfeszültséggel egyező irányú.
Könnyen észrevehető a fent említett jellemző: az elektromotoros erő ellentétes irányú az áramot okozó feszültséggel.
A kapott összefüggés a tekercs feszültség-áram karakterisztikája, amely szerint a tekercs feszültsége arányos az áramának változási sebességével.
Az áram és a feszültség időbeli viselkedése
A fenti ábra azt mutatja, hogy mi történik a tekercs feszültségével és a rajta átfolyó árammal, ha a kapcsaira feszültségforrást csatlakoztatunk.
Az áram- és feszültségesés grafikonja az induktor kapcsain. A csökkenés bekapcsoláskor a legnagyobb, és idővel csökken.
Ez a csökkenés ellensúlyozza az áramerősség növekedését, ezért az áramerősség a legalacsonyabb, amikor a tápfeszültséget alkalmazzák, és idővel növekszik.
A folyamatos piros vonal az aktuális áramlást mutatja. Amint látható, az áramerősség a forrás csatlakoztatásának pillanatától nő az Ohm-törvény által meghatározott maximális érték eléréséig, vagyis a kapocsfeszültség és a tekercs kapocs-ellenállása közötti kapcsolatig.
A szaggatott kék vonal mutatja a feszültségesést a tekercsen. Amint látható, ez a csökkenés a legnagyobb bekapcsoláskor és a legkisebb azután, hogy az áram elérte a maximális értékét.
Induktivitás egyenáramú és váltakozó áramú áramkörökben
DC áramkör
Az induktor működése meglehetősen eltérő a váltakozó áramú és az egyenáramú áramkörökben.
Ha egyenfeszültséget alkalmazunk, miután az elektromágneses mezővonalak kialakulnak a tekercs körül, az induktivitás a mágneses mezőben tárolt potenciális energia csökkentésével ellensúlyozza az áram változásait.
Mivel azonban az egyenáram változatlan, az induktivitás hatása egy másodperc után kiegyenlítődik.
Egy induktív tekercs például egyenáramú áramkörben ellenáll az áram töltéseinek a mágneses mező létrehozása után.
AC áramkör
A váltakozó áramú, AC áramkörben, ahol az áram nagysága és iránya folyamatosan változik, az induktivitás egy dinamikusabb mennyiség.
Továbbra is küzd ezekkel a változásokkal szemben, és ennek eredményeként időbeli eltolódás keletkezik a feszültség és az áram között, amelyet induktív reaktanciának nevezünk.
Egy induktív tekercs váltakozó áramban egy változó árammal szemben áll, ami a feszültség és az áram között fellépő időeltolódást, az úgynevezett induktív reaktanciát magyarázza.
Ez az elv nagyon fontos a különböző elektromos és elektronikus rendszerek közötti teljesítményáramlásban és jelszűrésben.
A tekercs valódi elektromos modellje
Eddig egy ideális tekercs paramétereit vettük figyelembe. Eközben valós körülmények között a tekercsvezetéknek lesz egy bizonyos ellenállása és kapacitása, ami befolyásolja a tekercs tényleges paramétereit, amit még nem vettünk figyelembe.
Az ábra egy valódi tekercs egyenáramú diagramját mutatja. A feltekercselt vezeték ellenállását reprezentáló ellenállás a menetekkel sorba van kötve.
Ahogy az áram átfolyik a tekercsen, az nemcsak feszültségesést, hanem teljesítményveszteséget is okoz hő formájában, ami a tekercs felmelegedését és a magparaméterek megváltoztatását okozhatja.
A váltóáram elemzésénél figyelembe kell venni a vezető szigetelt rétegei által létrehozott parazita kapacitást is, ezért a helyettesítő diagramban az ellenálláson kívül a tekercs kapcsaival párhuzamosan kapcsolt kondenzátor is található.
Ez egy RLC rezonancia áramkört hoz létre, és maga a tekercs induktív, mielőtt eléri a rezonanciafrekvenciát, és kapacitív, amikor azt eléri.
A tényleges tekercs természetének változása a rezonanciafrekvencia elérése után.
Rezonanciafrekvencia és parazita kapacitás
Egyes tekercsalkalmazások hasonlóak a kondenzátoros alkalmazásokhoz.
Mint már tudjuk, a tekercs kondenzátorként viselkedik, ha meghaladja a rezonanciafrekvenciát. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ezek az elemek felcserélhetően használhatók a rendszerben.
A kiválasztott induktív komponensekre különös figyelmet kell fordítani, beleértve azok rezonanciafrekvenciáját és a maganyag paramétereit.
Különböző magokat több tíz vagy száz hertzes áramfrekvencián használnak, míg másokat több száz megahertzen vagy még tovább.
Az induktivitás veszteségei
Az alkalmazásokban a teljesítményvesztésnek három domináns típusa van.
Soros ellenállásveszteség
Az első a fent említett soros ellenállásveszteség, vagyis a tekercsvezeték ellenállása.
Ezt a teljesítményveszteséget különösen akkor kell figyelembe venni, ha a tekercsen átmenő áram nagy. Legtöbbször tápegységekben és tápáramkörökben foglalkozunk vele.
Ez a fajta veszteség a tekercs és ennek következtében az egész készülék felmelegedését okozza.
Magveszteség
Az energiaveszteség második típusa a magvesztés.
A mag szabálytalan működése, az örvényáramok és a mágneses domének helyzetének változása következtében jelennek meg.
Ezek a veszteségek dominánsak, ha a tekercsen átmenő áram alacsony. Megtalálhatók nagyfrekvenciás áramkörökben, digitális jelleválasztókban és másokban.
Szórási veszteség
A veszteségek a vasban keletkező örvényáramok, valamint a tekercselésből „kibújó” mágneses erővonalakból származnak.
A tekercsmagok anyagai és típusai
Az anyagokat mágneses tulajdonságaikat tekintve paramágnesekre, ferromágnesekre és diamágnesekre osztják.
A paramágnesek mágneses térbe helyezve mágnesekké válnak, a ferromágnesek mágneses tér jelenlétében mágnessé válnak, a diamágnesek pedig gyengítik a mágneses teret.
Légmagos tekercs
A levegőmagos tekercsek, amelyek maganyaga levegő, az induktivitás elvét alkalmazzák, és egyben az induktor legegyszerűbb formái is.
Mivel nincs ferromágneses magjuk, nem annyira hajlamosak a magtelítődésre, és nincsenek hiszterézisveszteségeik, így hasznosak nagyfrekvenciás alkalmazásokban, például rádióadásban.
Vasmagos tekercs
Ezzel szemben egy vasmagos tekercs tartalmaz egy ferromágneses anyagú magot, amely jelentősen növeli a tekercs induktivitását a mag anyagának mágneses jellemzőire reagálva.
Ez hatékonyabbá teszi őket az energiaátviteli és -tárolási alkalmazásokban, de hátrányos az örvényáramok és a hiszterézis okozta megnövekedett veszteségek tekintetében, különösen a magasabb frekvenciatartományban.
Ferrit- és porvasmag
A maganyagként levegő, ferrit, vas és vaspor is használható. Mivel mindegyik más mágneses permeabilitással rendelkezik, egyedileg befolyásolják a tekercs induktivitását.
A porvasmag tulajdonképpen a vasmag anyagára utaló kategória. Porkohászati úton ferrit porból és kötőanyagból sajtolással és kiégetéssel készül.
Alakja igen változatos lehet. Legfőbb előnye a nagyobb frekvenciákon is alacsony vasveszteség, ezért a híradástechnika a legnagyobb felvevő piaca.
EI lemezelt vasmag
Ennél a típusnál a vasmagot vékonyra hengerelt, E és I betű alakúra vágott lágyvas lemezekből szerelik össze, hogy a két tekercselést közrefogják.
Korai típus, és tekintettel a könnyű megvalósításra még ma is sok helyen alkalmazzák.
Hátránya, hogy a vasmaglemezek a mágneses kölcsönhatásból eredő erőhatás hatására elmozdulhatnak, így alakul ki a transzformátor jellegzetes búgó, esetenként zizegő hangja.
Ezt a káros hatást a kész transzformátor impregnáló gyantával történő kiöntésével lehet csökkenteni.
Hiperszil mag
E technika szerint a tekercset nem lemezdarabokból rakják össze, hanem egy lágyvas szalagból, ragasztó hozzáadásával, feszesen „lóversenypálya” alakúra feltekercselik, majd kettévágják, hogy a tekercselést rá lehessen húzni.
A vágott felületet finomra köszörülik és bilincsekkel egymáshoz szorítják.
Toroid mag
A toroid mag nevét a geometriából ismert tóruszról, népszerűbb nevén úszógumiról kapta.
Ennél a megoldásnál a magot teljesen körbeöleli a tekercselés, így minimalizálva az erővonal-szóródásból eredő veszteséget.
Az induktivitási tekercsek típusai
Változtatható induktivitású tekercsek
A változtatható induktivitású tekercsek lehetőséget adnak az induktivitás értékének megváltoztatására, és azt az áramkör igényeihez igazítják a legjobb teljesítmény elérése érdekében.
Az ilyen tekercsek általában csúszó maggal rendelkeznek, amely mozgatható a mag és a tekercs meneteinek közelségének megváltoztatásához, és így a mágneses fluxus összekapcsolásához, valamint az induktivitáshoz.
A változtatható induktivitással rendelkező tekercsek a mag tekercs felé vagy attól távolodva történő mozgásával állíthatják be induktivitásukat, megváltoztatva a mágneses fluxus összekapcsolását.
Ez a hangolhatóság fontos egy rádióvevőben és -adóban, ahol egy áramkört aktívan hangolni kell a pontosan meghatározott frekvenciára, vagy ahol egy szűrő gondos hangolást igényel.
A rugalmasság különösen hasznossá teszi őket az elektronikában, ahol változó frekvenciákról van szó, de növeli a mechanikai bonyolultságot és a kopás esélyét.
Speciális tekercsek
Az egyedi induktortekercseket úgy tervezik, hogy kielégítsék az olyan alkalmazások speciális igényeit, amelyek nem felelnek meg a szabványos légmagos vagy vasmagos induktorkialakításoknak.
Ezek lehetnek toroid tekercsek, amelyek nagyobb teljesítményt és alacsonyabb elektromágneses interferenciát biztosítanak a zárt hurok kialakításának köszönhetően, vagy többrétegű tekercsként is kialakíthatók, amelyek kis térfogatban nagy induktivitási értéket érnek el.
Léteznek olyan tekercsformák is, amelyeket nyomtatott áramköri lapokra, NYÁK-ra nyomtatnak, és a NYÁK rétegei közé helyeznek a helytakarékosság és az áramköri tervezés rugalmasságának biztosítása érdekében.
A NYÁK tekercsek gyakoriak az integrált áramkörökben és az RFID-ben.
Fojtótekercsek
Fojtótekercsnek nevezik az egytekercses induktivitást.
Ebből a mag anyaga és alakja szerint változatos a kínálat. Lehet kicsi, lehet nagy, lehet NYÁK-ba forrasztható furatszerelt vagy SMD vagy lecsavarozható, lehet légmagos, vagy ferrites, szolenoid vagy toroid, esetleg hangolható értékű.
Az induktivitás gyakorlati alkalmazásai
Az induktív tekercsek jelentős alkatrészek az elektromos áramkörökben, mivel képesek energiát tárolni és kisütni, jeleket szűrni és szigetelést biztosítani.
Amikor az elektromos áram áthalad egy induktoron, mágneses mező jön létre a tekercs körül. Ez az energiatárolás szükség esetén visszavezetheti az energiát az áramkörbe, és hozzájárul a tápfeszültség-ingadozások megfelelő szabályozásához.
Az induktorokat szűrőkben is használják, amelyek blokkolják a nagyfrekvenciás zajt, és átengedik az egyenáramú, DC és az alacsony frekvenciájú jeleket.
Az induktorok alkalmazási területei közé tartoznak az energiatároló eszközökben, például flybackekben használt induktorok, a szűrőinduktorok, valamint az alárkörök leválasztására használt induktorok.
Transzformátorok
Transzformátorokban használják őket két vagy több áramkör közötti teljesítményátvitelre érintkezők használata nélkül.
A transzformátor két, egymás mágneses hatáskörébe, például közös vasmagba helyezett tekercs, amelyek esetében megfigyelhető, hogy az egyikre, a primer tekercsre kapcsolt váltakozó feszültség a másik, szekunder tekercsben a menetszámok arányának megfelelő feszültséget indukál.
Ez azon az elven alapszik, hogy az átfolyó primer áram hatására mágneses mező épül fel, ami a szekunder tekercsben újra feszültséget indukál.
Ez a teljesítmény izolált formában történő átadásának és a feszültség átalakításának máig is széles körűen, igen jó hatásfokkal alkalmazott technikája.
Egy feszültségnövelő transzformátorban a szekunder tekercsnek több menete van, mint a primer tekercsnek, és ez növeli a feszültségszintet.
Egy feszültségcsökkentő transzformátorban az ellenkezője igaz, és a feszültség csökken.
A teljesítménytranszformátorok kulcsfontosságúak az elektromos energia hatékony átviteléhez és elosztásához nagy távolságokon.
Segítenek csökkenteni a teljesítményveszteséget azáltal, hogy növelik az átviteli feszültséget, és csökkentik azt a biztonságos használat érdekében otthonokban és iparban.
Vezeték nélküli töltés
A kényelmes és kábelmentes töltési megoldások iránti növekvő kereslettel az indukciós tekercsek kulcsszerepet kaptak a vezeték nélküli töltőrendszerekben.
A vezeték nélküli töltési rendszerben az elsődleges indukciós tekercs egy áramforráshoz csatlakozik, a másodlagos indukciós tekercs pedig a töltendő eszközben, például okostelefonban vagy okosórában található.
Amikor váltakozó áram folyik át az elsődleges tekercsen, váltakozó mágneses mezőt hoz létre.
Ez a mágneses mező áramot indukál az eszköz szekunder tekercsében, amelyet aztán az eszköz akkumulátorának töltésére használnak.
A vezeték nélküli töltés azt a kényelmet kínálja, hogy az eszközt egyszerűen egy töltőpadra kell helyezni kábelek nélkül, és egyre népszerűbb a különféle szórakoztatóelektronikai cikkekben.
Indukciós hevítés
Az indukciós tekercsek egyik legismertebb alkalmazása az indukciós hevítés.
Ebben az eljárásban az indukciós tekercset arra használják, hogy fizikai érintkezés nélkül melegítsenek egy vezetőképes anyagot, például fémet.
Amikor váltakozó áram áthalad az indukciós tekercsen, váltakozó mágneses mezőt generál.
Ez a mágneses mező örvényáramokat indukál a fém munkadarabban. A fém ellenállása miatt ezek az örvényáramok a fém felmelegedését okozzák.
Az indukciós fűtés széleskörű ipari alkalmazásokkal rendelkezik. A fémmegmunkálásban kovácsolásra, lágyításra, edzésre és forrasztásra használják.
Az élelmiszeriparban az indukciós főzőlapok indukciós tekercseket használnak az edények melegítésére.
A tekercs mágneses mezőt generál, amely örvényáramot indukál a fém edényekben, ami gyors és hatékony melegítést eredményez.
Telekommunikáció, antennák és tunerek
Az indukciós tekercseket a telekommunikációban is használják. Antennák és tunerek részét képezik.
Az antennákban az indukciós tekercsek segítenek az elektromágneses jelek továbbításában és vételében.
Egy rádióantennában egy indukciós tekercs egy adott frekvencián rezonálható, lehetővé téve az antenna számára, hogy hatékonyan vegye vagy továbbítsa a jeleket ezen a frekvencián.
A tunerekben az indukciós tekercseket arra használják, hogy kiválasszanak egy adott frekvenciát a bejövő jelek tartományából.
Kulcsfontosságú szerepet játszanak a tiszta és stabil kommunikáció biztosításában a rádióban, a televízióban és más vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben.
Audioelektronika és szűrés
Az audioelektronikában blokkolják a nem kívánt zajokat és biztosítják a tiszta hangzást.
Az induktorok szűrőinduktorokként is működhetnek, amelyek kiszűrik a nagyfrekvenciás zajokat, miközben egyenáramú és alacsonyabb frekvenciájú jeleket engednek át.
Motorok és generátorok
A motorok és generátorok szintén nagy felhasználók az induktív tekercsek számára az elektromos energia mechanikai energiává és fordítva történő átalakításához.
A tekercsben folyó áram hatására kialakuló mágneses tér egy permanens, állandó mágnessel kölcsönhatásba is tud lépni.
A keletkező mágneses erőhatás műszerekben is felhasználható egy mutató kitérítésére.
A mutató kitérése arányban áll a tekercsben folyó áram nagyságával. Az ilyen elven működő műszert feltalálójáról Deprez-műszernek hívják.
A fent leírt mágneses kölcsönhatást egy henger palástja mentén elhelyezett és szakaszosan gerjesztett tekercsekkel kiaknázva motort kapunk, ami a betáplált elektromos energiából mechanikai, forgó mozgást állít elő.
Ez az eszköz visszafelé működtetve generátorként a forgó mozgásból állít elő villamos áramot.
A motorok legegyszerűbb változata kommutátoros, kefés egyenáramú, DC motor, melynek működtetéséhez csupán tápfeszültség szükséges.
Persze léteznek ennél bonyolultabb, egy- vagy többfázisú váltóáramú motorok, sőt a működésükhöz komoly vezérlő elektronikát igénylő speciális motorok is, mint például a szervo- és léptetőmotorok.
Kölcsönös indukció és csatolt tekercsek
Ha egy tekercsben változik az áram erőssége és az általa gerjesztett mágneses mező egy része behatol egy másik tekercsbe, az abban elektromos feszültséget indukál.
A két tekercs elektromágneses kapcsolatát jellemzi a kölcsönös indukciós együttható.
A kölcsönös indukció azt fejezi ki, hogy egy adott tekercsben folyó áram hatására az erővonalak szóródása miatt egy másik tekercsben is feszültség indukálódhat.
Tekintsünk két tekercset. Az egyik tekercsben folyó áram hatására létrejövő mágneses tér erővonalainak egy része a másik tekercsen is áthalad.
Az első, primer tekercs által létrehozott mágneses fluxus a gerjesztési törvény szerint arányos a benne folyó áram erősségével, és így a második, szekunder tekercsen áthaladó része is.
A fluxusrész változása miatt a második tekercsben is feszültség indukálódik. Ezt azonban nem a saját árama, hanem a vele csatolásban levő másik tekercs árama hozta létre.
Az indukció törvénye szerint a második tekercsben keletkező feszültség arányos a tekercs belsejében levő fluxusváltozás sebességével, így közvetve az első tekercs áramerősség-változási sebességével.
Az arányossági tényező neve: kölcsönös induktivitás, vagy kölcsönös indukciós együttható.
A képletben kapott induktivitás mértékegysége szintén henry.
Ha a második tekercsben folyna az áram, akkor az első tekercsben hasonló módon ez is indukált feszültséget okozna.
A kölcsönös indukciós együttható indexcserével származtatható.
Légmagos csatolás esetén a csatolt tekercsekre a két kölcsönös indukciós együttható egyenlő.
Induktivitás integrált áramkörökben
A digitális áramkörök, például a processzorok, a programozható logikai áramkörök és az ezek kombinációját képező SoC-k széles körben elterjedt használata ellenére az elektronika gyártójának gyakran kell analóg elemeket használnia, például ellenállásokat, kondenzátorokat vagy induktorokat.
Érdekes, hogy míg az integrált áramkör szerkezetében viszonylag könnyű ellenállást vagy kondenzátort készíteni pikofarad nagyságrendű kapacitással, addig tekercset nagyon nehéz elkészíteni.
Emiatt sok alkatrész még mindig tartalmaz induktort, amely külső alkatrészként van csatlakoztatva az alkalmazási megjegyzésekben.
Egyes alkalmazásokban a fordulatokat az áramköri lapon nyomok formájában hajtják végre, néha ferritpohárba zárva.
Léteznek olyan tekercsformák is, amelyeket nyomtatott áramköri lapokra, NYÁK-ra nyomtatnak, és a NYÁK rétegei közé helyeznek a helytakarékosság és az áramköri tervezés rugalmasságának biztosítása érdekében.
A tekercsek gyártása és rögzítése
Az induktorok többféleképpen is elkészíthetők. A magra jellemzően több-több száz menetes huzalt tekercselnek.
Napjainkban a legtöbb tekercs, különösen a tápáramkörökben használt tekercsek SMD rögzítésre készülnek.
Az alacsony frekvenciájú működésre tervezett tekercs általában vasmaggal és nagy menetszámmal rendelkezik, ezért viszonylag nehéz.
Ezért sok alkalmazásban, különösen azokban, amelyek ütéseknek és ütéseknek vannak kitéve, a szerelési mód nagy jelentőséggel bír.
A tekercs forrasztása általában nem elegendő: a magját bilinccsel, fogantyúkkal vagy csavarokkal biztonságosabban kell rögzíteni.
Saját induktivitású tekercs készítése
Szükséges anyagok és eszközök
Egy induktív tekercs építése számos anyagot és szerszámot igényel.
- zománcozott rézhuzal;
- megfelelő maganyag;
- orsó a huzal feltekercseléséhez;
- forrasztópáka az érintkezőkhöz;
- szigetelőszalag a tekercsek rögzítéséhez;
- ohmmérő vagy multiméter a tekercs ellenállásának és induktivitásának méréséhez.
A tekercs induktivitásának értéke erősen függ a mag anyagától, a levegőtől a ferritig.
Lépésről lépésre
- Először is határozd meg a célzott induktivitás eléréséhez szükséges tekercsek számát, amit online kalkulátorok vagy képletek segítségével kiszámolhatsz.
- Kezdd azzal, hogy a zománcozott rézhuzal egyik végét a maghoz ragasztod.
- Tekerd fel a huzalt szorosan és egyenletesen a mag köré; a tekercselésben való jártasságod határozza meg az eredményt.
- Ha elkészültél a tekercseléssel, rögzítsd a végét is ragasztószalaggal.
- Ezután óvatosan csupaszítsd le a szigetelést a feltekert huzal mindkét végéről egy csupaszító fogó vagy egy éles penge segítségével.
- Forraszd ezeket a végeket az áramkörre vagy az eszközre, hogy szilárd elektromos csatlakozást hozz létre.
- Végül ellenőrizd a tekercs induktivitását egy multiméterrel, hogy megbizonyosodj arról, hogy megfelelő-e.
A tekercs meghibásodása
A gyakorlatban gyakran a megengedett hőmérséklet vagy feszültség túllépése következtében a tekercs megsérül, ami a tekercsek közötti rövidzárlatból áll a tekercsvezeték szigetelésének meghibásodása miatt.
Az ilyen sérült indukciós tekercset vissza kell tekercselni vagy ki kell cserélni egy újra.
A hálózati transzformátorok gyakran megsérülnek ilyen módon.
Az induktor egyszerű alkatrész, ezért talán kissé elhanyagolható. Mindeközben az induktivitásokkal vagy transzformátorokkal felszerelt elektronikus áramkör építésénél különös figyelmet kell fordítani a kiválasztott induktív komponensekre, beleértve azok rezonanciafrekvenciáját és a maganyag paramétereit.
