Induktor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 4. října 2021; kontroly vyžadují 7 úprav .

Induktor (zastaralá tlumivka ) - spirálová , spirálová nebo spirálová cívka vinutého izolovaného vodiče , která má značnou indukčnost s relativně malou kapacitou a nízkým činným odporem . V důsledku toho, když cívkou protéká střídavý elektrický proud , je pozorována její významná setrvačnost.

Používají se pro potlačení rušení , vyhlazování úderů, akumulaci energie, omezování střídavého proudu , v rezonančních ( oscilačních obvodech ) a frekvenčně selektivních obvodech, jako indukční prvky umělých zpožďovacích linek se soustředěnými parametry, vytvářející magnetická pole , snímače posunu atd. .

Terminologie

Standardizované termíny:

Indukční cívka je prvek elektrického obvodu navržený k využití její indukčnosti [1] (GOST 19880-74, viz termín 106).

Induktor je indukční cívka, která je prvkem oscilačního obvodu a je navržena tak, aby používala svůj činitel jakosti [2] (GOST 20718-75, viz termín 1).

Elektrická tlumivka je indukční cívka navržená pro použití ve výkonovém elektrickém obvodu [3] (GOST 18624-73, viz termín 1). Jedním typem reaktoru je proud omezující reaktor , například pro omezení zkratového proudu elektrického vedení .

Při použití pro potlačení rušení , vyhlazení vlnění elektrického proudu , izolaci (odpojení) při vysoké frekvenci různých částí obvodu a akumulaci energie v magnetickém poli jádra se často nazývá tlumivka a někdy reaktor. Tento výklad nestandardizovaného pojmu „škrticí klapka“ (což je pauzovací papír s německým Drossel) se prolíná se standardizovanými pojmy. Pokud je činnost tohoto prvku obvodu založena na činiteli kvality cívky, pak by se takový prvek měl nazývat "induktor", jinak "indukční cívka".

Válcový induktor, jehož délka je mnohem větší než průměr, se nazývá solenoid , magnetické pole uvnitř dlouhého solenoidu je jednotné. Kromě toho se solenoid často nazývá zařízení, které provádí mechanickou práci v důsledku magnetického pole, když je vtaženo feromagnetické jádro, nebo elektromagnet . V elektromagnetických relé se nazývají vinutí relé , méně často - elektromagnet.

Topný induktor - speciální induktor, pracovní těleso indukčních topných instalací .

Při použití pro akumulaci energie (například v obvodu spínacího regulátoru napětí ) se nazývá indukční akumulační nebo akumulační tlumivka.

Konstrukce

Konstrukčně je vyroben ve formě spirálových nebo spirálových (průměr vinutí se mění po délce cívky) cívek jednovrstvých nebo vícevrstvých vinutí izolovaného jednožilového nebo lankového ( lankového ) vodiče na dielektrickém rámu kruhový, obdélníkový nebo čtvercový průřez, často na toroidním rámu nebo při použití silného drátu a malém počtu závitů - bez rámu. Někdy, aby se snížila distribuovaná parazitní kapacita , při použití jako vysokofrekvenční tlumivky , jsou jednovrstvé induktory navinuty s „progresivním“ stoupáním - rozteč vinutí se plynule mění po délce cívky. Navíjení může být buď jednovrstvé (obyčejné a se stupněm) nebo vícevrstvé (obyčejné, hromadné, univerzální typ). Navíjecí "kombík" má nižší parazitní kapacitu. Často se opět pro snížení parazitní kapacity provádí vinutí rozřezané, skupiny závitů jsou od sebe prostorově (obvykle po délce) odděleny.

Pro zvýšení indukčnosti jsou cívky často opatřeny uzavřeným nebo otevřeným feromagnetickým jádrem. Vysokofrekvenční odrušovací tlumivky mají ferodielektrická jádra: ferit , fluxtrol, karbonyl železo . Cívky určené k vyhlazení pulsací průmyslových a audio frekvencí mají jádra vyrobená z elektrooceli nebo měkkých magnetických slitin ( permalloys ). Také jádra (většinou feromagnetická, méně často diamagnetická ) se používají ke změně indukčnosti cívek v malých mezích změnou polohy jádra vzhledem k vinutí. Při mikrovlnných frekvencích , kdy ferodielektrika ztrácejí svou magnetickou permeabilitu a dramaticky zvyšují ztráty, se používají kovová ( mosazná ) jádra.

Na deskách s plošnými spoji elektronických zařízení se také někdy vyrábějí ploché "cívky" indukčnosti: geometrie tištěného vodiče je vytvořena ve formě kulaté nebo obdélníkové spirály, vlnovky nebo ve formě meandru . Takové "induktory" se často používají v ultrarychlých digitálních zařízeních k vyrovnání doby šíření skupiny signálů podél různých tištěných vodičů od zdroje k přijímači, například v datových a adresových sběrnicích [4] .

Vlastnosti induktoru

Vlastnosti induktoru:

Rychlost změny proudu cívkou je omezená a je určena indukčností cívky.
Odpor (modulová impedance ) cívky se zvyšuje s rostoucí frekvencí proudu, který jí protéká.
Induktor, když protéká proud, ukládá energii ve svém magnetickém poli. Když je externí zdroj proudu vypnutý, cívka uvolní uloženou energii a snaží se udržet množství proudu v obvodu. V tomto případě se napětí na cívce zvyšuje až do porušení izolace nebo vzniku oblouku na spínacím klíči.

Induktor v elektrickém obvodu pro střídavý proud má nejen svůj vlastní ohmický (aktivní) odpor, ale také reaktanci na střídavý proud , která se zvyšuje se zvyšující se frekvencí, protože když se proud mění v cívce, dochází k samoindukci emf , která zabraňuje tato změna.

Induktor má reaktanci , jejíž modul , kde je indukčnost cívky, je cyklická frekvence protékajícího proudu. V souladu s tím, čím větší je frekvence proudu procházejícího cívkou, tím větší je její odpor. $X_L = \omega L$ $L$ $\omega$

Cívka s proudem ukládá energii v magnetickém poli rovnajícím se práci, kterou je třeba vykonat, aby se vytvořil proud . Tato energie je: $já$

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

Když se proud v cívce změní, vznikne EMF samoindukce, jehož hodnota je:

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

Pro ideální induktor (nemá žádné parazitní parametry) je vlastní indukčnost EMF stejná co do velikosti a opačného znaménka než napětí na koncích cívky:

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

Když je cívka s proudem uzavřena na rezistoru, dojde k přechodnému jevu , při kterém proud v obvodu exponenciálně klesá podle vzorce [5] :

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

kde: - proud v cívce, $já$

já_{0}

je počáteční proud cívky,

t

- aktuální čas,

T

je časová konstanta .

Časová konstanta je vyjádřena vzorcem:

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

kde je odpor rezistoru, $R$

R_{i}

je ohmický odpor cívky.

Při zkratování cívky proudem je proces charakterizován vlastní časovou konstantou cívky: $T_{i}$

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

Při sklonu k nule má časová konstanta tendenci k nekonečnu, proto v supravodivých obvodech teče proud „věčně“ . $R_{i}$

V sinusovém proudovém obvodu proud v cívce zaostává za fází napětí na cívce o π/2.

Fenomén vlastní indukce je podobný projevu setrvačnosti těles v mechanice, vezmeme-li hmotnost, proud - rychlost, napětí - sílu jako analog indukčnosti, pak mnoho vzorců mechaniky a chování indukčnosti v obvodu mít podobný tvar:

F\ =m{dv \over dt}

↔ ,

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

kde

F\

↔ ↔ ; ↔ ; ↔

|\varepsilon |

U\

m\

L\

dv\

dI\

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

↔

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

Charakteristika induktoru

Indukčnost

Hlavním parametrem induktoru je jeho indukčnost , číselně se rovná poměru magnetického pole vytvořeného tokem proudu , pronikajícího cívkou, k síle protékajícího proudu. Typické hodnoty indukčnosti cívky jsou od desetin µH do desítek H.

Indukčnost cívky je úměrná lineárním rozměrům cívky, magnetické permeabilitě jádra a druhé mocnině počtu závitů vinutí. Indukčnost cívky elektromagnetu :

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

kde je magnetická konstanta ,

\mu_{0}

\mu_{r}

- relativní magnetická permeabilita materiálu jádra (závisí na frekvenci),

s_{e}

je plocha průřezu jádra,

l_{e}

- délka střední čáry jádra,

N

- počet otáček.

Když jsou cívky zapojeny do série, celková indukčnost se rovná součtu indukčností všech připojených cívek:

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

Když jsou cívky zapojeny paralelně, celková indukčnost je:

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

Odolnost proti ztrátě

U induktorů jsou kromě hlavního vlivu interakce proudu a magnetického pole pozorovány parazitní efekty, díky kterým není impedance cívky čistě reaktivní. Přítomnost parazitních efektů vede ke vzniku ztrát v cívce, odhadovaných ztrátovým odporem . $R_{\text{sweat))$

Ztráty se skládají ze ztrát ve vodičích, dielektriku, jádru a stínění:

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

kde - ztráty v drátech,

r_{w}

r_{d}

- ztráty v dielektriku,

r_{s}

- ztráta v jádru,

re

- ztráty vířivými proudy Ztráty v drátech

Ztráty v drátech jsou způsobeny třemi důvody:

Vodiče vinutí mají ohmický (aktivní) odpor .
Odpor drátu vinutí se zvyšuje se zvyšující se frekvencí v důsledku kožního efektu . Podstatou efektu je posunutí proudu do povrchových vrstev drátu. V důsledku toho se zmenšuje užitečný průřez vodiče a zvyšuje se odpor.
V drátech vinutí stočených do spirály se projevuje efekt blízkosti, jehož podstatou je vytlačení proudu pod vlivem vířivých proudů a magnetického pole na periferii vinutí. Výsledkem je, že průřez, kterým protéká proud, získá tvar půlměsíce, což vede k dodatečnému zvýšení odporu drátu.

Dielektrické ztráty

Ztráty v dielektriku (izolace vodičů a kostra cívky) lze rozdělit do dvou kategorií:

Ztráty z dielektrika mezizávitového kondenzátoru (závitový svod a další ztráty charakteristické pro kondenzátorová dielektrika ).
Ztráty způsobené magnetickými vlastnostmi dielektrika (tyto ztráty jsou podobné ztrátám v jádře).

Obecně platí, že pro moderní cívky pro všeobecné použití jsou dielektrické ztráty často zanedbatelné.

Ztráta jádra

Ztráty v jádře jsou tvořeny ztrátami vířivými proudy , ztrátami převrácením magnetizace feromagnetika - do " hystereze ".

Na VHF jsou ztráty ve feritech nepřijatelné, k nastavení takových cívek se používá mosazný šroub. Zdálo by se, že výsledná zkratovaná cívka by měla snížit faktor kvality. Ale kvůli nízkému odporu v něm nejsou téměř žádné ztráty a (variabilní) zpětný EMF účinně vytlačuje magnetické pole mimo jádro, čímž snižuje "vůli" pro jeho siločáry, což vám umožňuje upravit indukčnost. Ztráty vířivými proudy

Střídavé magnetické pole indukuje vířivé EMF v okolních vodičích, například v jádře, stínění a ve vodičích sousedních závitů. Vzniklé vířivé proudy (Foucaultovy proudy) se stávají zdrojem ztrát vlivem ohmického odporu vodičů.

Faktor kvality

Další charakteristika úzce souvisí se ztrátovými odpory - činitel jakosti . Faktor kvality induktoru určuje poměr mezi jalovým a aktivním odporem cívky. Faktor kvality je:

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

Někdy jsou ztráty v cívce charakterizovány tangens ztrátového úhlu (převrácená hodnota činitele jakosti) - tangens úhlu posunu mezi fázemi proudu a napětí cívky v sinusovém signálovém obvodu vůči úhel - pro ideální cívku. $\pi/2$

V praxi se činitel jakosti pohybuje v rozmezí 30 až 200. Zvýšení činitele jakosti je dosaženo optimální volbou průměru drátu, zvětšením velikosti induktoru a použitím jader s vysokou magnetickou permeabilitou a nízkou ztráty, vinutí "univerzálního" typu, použití postříbřeného drátu, použití lanka typu " litz wire" ke snížení ztrát způsobených skinefektem .

Parazitní kapacita a vlastní rezonance

Mezizávitová parazitní kapacita vodiče jako součásti induktoru mění cívku na složitý distribuovaný obvod. Jako první aproximaci můžeme předpokládat, že skutečná cívka je ekvivalentní ideální indukčnosti zapojené do série s vinutím aktivního odporového rezistoru s parazitní kapacitou zapojeným paralelně k tomuto obvodu (viz obr.). Výsledkem je, že induktor je oscilační obvod s charakteristickou rezonanční frekvencí . Tuto rezonanční frekvenci lze snadno změřit a nazývá se vlastní rezonanční frekvence induktoru. Při frekvencích mnohem nižších než je vlastní rezonanční frekvence je impedance cívky indukční, při frekvencích blízkých rezonanci je většinou aktivní (čistě aktivní na rezonanční frekvenci) a velká v absolutní hodnotě, při frekvencích mnohem vyšších než je vlastní rezonanční frekvence je kapacitní. Vlastní frekvence je obvykle specifikována výrobcem v datovém listu pro průmyslové induktory, a to buď explicitně nebo implicitně jako doporučená maximální pracovní frekvence.

Při frekvencích pod vlastní rezonancí se tento efekt projevuje poklesem činitele jakosti s rostoucí frekvencí.

Pro zvýšení frekvence přirozené rezonance se používají komplexní schémata vinutí cívek, jedno vinutí je rozděleno na odsazené sekce.

Teplotní koeficient indukčnosti (TCI)

TKI je parametr, který charakterizuje závislost indukčnosti cívky na teplotě.

Teplotní nestabilita indukčnosti je způsobena řadou faktorů: při zahřívání se zvětšuje délka a průměr drátu vinutí, zvětšuje se délka a průměr rámu, v důsledku čehož se mění rozteč a průměr závitů; při změně teploty se navíc mění dielektrická konstanta materiálu rámu, což vede ke změně vlastní kapacity cívky. Vliv teploty na magnetickou permeabilitu feromagnetika jádra je velmi významný:

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

Teplotní koeficient faktoru jakosti (TKD)

TKD je parametr, který charakterizuje závislost činitele jakosti cívky na teplotě. Teplotní nestabilita faktoru kvality je způsobena stejným počtem faktorů jako indukčnost.

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

Odrůdy induktorů

Smyčkové induktory používané v radiotechnice Tyto cívky se používají ve spojení s kondenzátory k vytvoření rezonančních obvodů. Musí mít vysokou tepelnou a dlouhodobou stabilitu a faktor kvality , požadavky na parazitní kapacitu jsou obvykle nevýznamné. Coupling Coils nebo Coupling Transformers Pár nebo více cívek interagujících s magnetickými poli je obvykle spojeno paralelně s kondenzátory, aby organizovaly oscilační obvody. Takové cívky se používají k zajištění transformátorové vazby mezi jednotlivými obvody a kaskádami, což umožňuje oddělit stejnosměrným proudem např. základní obvod následné zesilovací kaskády od kolektoru předchozí kaskády apod. Nerezonanční izolační transformátory nepodléhají přísným požadavkům na jakostní faktor a přesnost, proto jsou vyrobeny z tenkého drátu ve formě dvou vinutí malých rozměrů. Hlavními parametry těchto cívek jsou indukčnost a vazební koeficient (koeficient vzájemné indukčnosti). Variometry Jedná se o cívky, jejichž indukčnost lze řídit (např. pro ladění rezonanční frekvence oscilačních obvodů) změnou vzájemné polohy dvou cívek zapojených do série . Jedna z cívek je pevná (stator), druhá je obvykle umístěna uvnitř první a otáčí se (rotor). Existují i jiná provedení variometrů. Při změně polohy rotoru vůči statoru se mění stupeň vzájemné indukčnosti a tím i indukčnost variometru. Takový systém umožňuje změnit indukčnost faktorem 4–5. U ferovariometrů se indukčnost mění pohybem feromagnetického jádra vůči vinutí, nebo změnou délky vzduchové mezery uzavřeného magnetického obvodu. Tlumivky Jedná se o induktory s vysokým střídavým odporem a nízkým stejnosměrným odporem. Tlumivky jsou zapojeny do série se zátěží pro omezení střídavého proudu v obvodu, často se používají v silových obvodech radiotechnických zařízení jako filtrační prvek a také jako předřadník pro přeměnu výbojek na síť střídavého napětí. Pro energetické sítě s frekvencemi 50-60 Hz jsou vyrobeny na jádrech z transformátorové oceli. Při vyšších frekvencích se také používají permalloy nebo feritová jádra . Speciálním druhem tlumivek jsou odrušovací feritové válce (perličky nebo kroužky) navlečené na jednotlivých drátech nebo skupinách drátů (kabelů) pro potlačení vysokofrekvenčního rušení v běžném režimu. Filtr společného režimu Společný režimový filtr používá dvě protilehlé vinuté nebo přizpůsobené induktory. Díky protivinutí a vzájemné indukci jsou efektivnější pro filtrování běžného rušení při stejných rozměrech. S konsonantním vinutím jsou účinné pro potlačení diferenciálního šumu. takové filtry jsou široce používány jako vstupní filtry pro napájecí zdroje; v diferenciálních signálových filtrech digitálních linek, stejně jako v audio technice [6] [7] . Jsou určeny jak k ochraně napájecích zdrojů před pronikáním indukovaných vysokofrekvenčních signálů z napájecí sítě, tak k zamezení pronikání elektromagnetického rušení vytvářeného zařízením do napájecí sítě. Při nízkých frekvencích se používá ve filtrech napájecích zdrojů a obvykle má feromagnetické jádro (vyrobené z transformátorové oceli). Pro filtrování vysokofrekvenčního rušení - feritové jádro.

Aplikace induktorů

Induktory (spolu s kondenzátory a/nebo odpory ) se používají k sestavení různých obvodů s frekvenčně závislými vlastnostmi, zejména filtrů, zpětnovazebních obvodů , oscilačních obvodů atd.
Induktory se používají ve spínacích regulátorech jako prvek, který ukládá energii a převádí napěťové úrovně.
Dvě nebo více indukčně vázaných cívek tvoří transformátor .
Induktor, periodicky připojený přes tranzistorový spínač ke zdroji nízkého napětí, se někdy používá jako vysokonapěťový zdroj malého výkonu v nízkoproudých obvodech, kdy vytvoření samostatného vysokého napájecího napětí v napájecím zdroji není možné nebo ekonomicky neproveditelné. V tomto případě dochází na cívce samoindukcí k vysokonapěťovým rázům , které se po usměrnění diodou a vyhlazení kondenzátorem přemění na konstantní napětí.
Cívky se používají také jako elektromagnety - akční členy.
Cívky se používají jako zdroj energie pro ohřev indukčně vázaného plazmatu a také pro jeho diagnostiku.
Pro rádiovou komunikaci - příjem elektromagnetických vln, zřídka - pro záření:
- Feritová anténa;
- smyčková anténa, prstencová anténa;
- Kruhový radiátor se směrovým přerušením (DDRR);
- indukční smyčka .
Pro ohřev elektricky vodivých materiálů v indukčních pecích .
Jako snímač posunu : změna indukčnosti cívky se může široce měnit, jak se feromagnetické jádro pohybuje vzhledem k vinutí.
Induktor se používá v indukčních snímačích magnetického pole v indukčních magnetometrech [8]
Vytvářet magnetická pole v urychlovačích elementárních částic, magnetické plazmové zadržování, ve vědeckých experimentech, v nukleární magnetické tomografii. Silná stacionární magnetická pole jsou zpravidla vytvářena supravodivými cívkami.
Pro skladování energie.

Viz také

Poznámky

↑ GOST 19880-74 „Elektrotechnika. Základní pojmy. Termíny a definice“ . Staženo 9. ledna 2019. Archivováno z originálu 10. ledna 2019. (neurčitý)
↑ GOST 20718-75 „Induktory komunikačních zařízení. Termíny a definice“ . Staženo 9. ledna 2019. Archivováno z originálu 10. ledna 2019. (neurčitý)
↑ GOST 18624-73 „Elektrické reaktory. Termíny a definice“ . Staženo 9. ledna 2019. Archivováno z originálu 10. ledna 2019. (neurčitý)
↑ Vyhodnocení vlivů stínění na transformátorech plošných spojů (nedostupný odkaz)
↑ Příklad výpočtu přechodového procesu viz článek Operační počet .
↑ A. Sorokin - Typy rušení v přenosových vedeních informací a způsoby jejich řešení. . Získáno 19. února 2010. Archivováno z originálu 9. července 2010. (neurčitý)
↑ Napájení zařízení . Získáno 19. února 2010. Archivováno z originálu 9. února 2009. (neurčitý)
↑ Fluxgate Magnetometer Archived 8. prosince 2009 na Wayback Machine _

Literatura

Kotouč, cívka // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
Kotenev SV, Evseev AN Výpočet a optimalizace toroidních transformátorů a tlumivek. - M .: Horká linka - Telecom, 2013. - 360 s. - 500 výtisků. - ISBN 978-5-9912-0186-5 .
Frolov A.D. Rádiové komponenty a uzly. - M . : Vyšší škola, 1975. - S. 135-194. — 440 s. — (Učebnice pro vysoké školy).

Odkazy

Induktor v obvodu střídavého proudu Archivováno 20. prosince 2009 na Wayback Machine

Elektronické komponenty
Pasivní	Rezistor Variabilní odpor Trimrový odpor Varistor fotorezistor Kondenzátor variabilní kondenzátor Trimrový kondenzátor Varikond Induktor Transformátor Quartzový rezonátor Pojistka Resetovatelná pojistka memristor vyměňovat
Aktivní pevný stav	Dioda Světelná dioda Fotodioda laserová dioda Schottkyho dioda Zenerova dioda Stabistor Varicap Magnetodioda Diodový můstek Gunnova dioda tunelová dioda Lavinová dioda Lavinová dioda Tranzistor bipolární tranzistor Tranzistor s efektem pole CMOS tranzistor unijunkční tranzistor Fototranzistor Kompozitní tranzistor balistický tranzistor Integrovaný obvod Digitální integrovaný obvod Analogový integrovaný obvod Analogově-digitální integrovaný obvod hybridní integrovaný obvod Tyristor triak Dinistor fototyristor Optočlen ( odporový optočlen ) Hallův senzor
Aktivní vakuum a výboj plynu	Vakuové lampy Elektrovakuová dioda ( Kenotron ) Trioda tetroda paprsková tetroda Pentoda hexaod Heptod ( Pentagrid ) oktod Nonod mechatron Výbojky Zenerova dioda Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klystron Amplitron ( Platinotron ) Cestující vlnová lampa Lampa se zpětnou vlnou Katodová trubice
Zobrazovací zařízení	Katodová trubice LCD displej Světelná dioda Indikátor vybití Vakuový fluorescenční indikátor Blinker výsledková tabulka Sedmisegmentový indikátor Maticový indikátor Kineskop
Akustický	Mikrofon mluvčí Tenzometr Piezokeramický zářič Bzučák telefonní kapsle
Termoelektrický	Termistor Termočlánek Peltierův prvek