Induktorkobling

I forrige tutorial begyndte vi med Forståelse af en induktor, og det fungerer, nu er det tid til at udforske de forskellige kombinationer af induktorer. Inden for elektronik er induktorer de mest anvendte komponenter efter kondensatorer og modstande, der bruges i forskellige kombinationer til forskellige applikationer. Vi har også brugt induktor til at bygge metaldetektorer og målt induktorens værdi ved hjælp af forskellige teknikker. Alle link er angivet nedenfor:

• LC Meter ved hjælp af Arduino: Måling af induktans og frekvens
• Sådan måles værdien af ​​induktor eller kondensator ved hjælp af oscilloskop
• Simpelt metaldetektor kredsløb
• Arduino metaldetektor

Hvad er koblede kredsløb?

Kombinationerne af komponenter er sammen for at skabe koblede kredsløb. Betydningen af ​​koblet kredsløb er, at energioverførslen finder sted fra det ene til det andet, når et af kredsløbene får strøm. Hovedkomponenter i elektronikkredsløbet er koblet enten ledende eller elektromagnetisk.

I denne vejledning diskuteres imidlertid den elektromagnetiske kobling og kombinationen af ​​induktorer, som induktorer i serie eller parallelle kombinationer.

Gensidig induktans

I den forrige artikel diskuterede vi selvinduktansen af ​​en induktor og dens parameter. Under den selvinduktansrelaterede operation var der ingen gensidig induktans, der fandt sted.

Når strømændringshastigheden opstår, induceres en spænding inde i en spole. Hvilket yderligere kan demonstreres ved hjælp af nedenstående formel hvor,

V (t) er den inducerede spænding inde i spolen, i Er strømmen, der strømmer gennem spolen, og spolens induktans er L.

V (t) = L {di (t) / dt}

Ovenstående betingelse gælder kun for det selvinduktansrelaterede kredsløbselement, hvor to terminaler er til stede. I et sådant tilfælde tages der ingen gensidig induktans i rækkefølgen.

Nu, i samme scenarie, hvis to spoler er placeret i en tæt afstand, vil den induktive kobling ske.

På ovenstående billede vises to spoler. Disse to spoler er meget tæt på hinanden. På grund af den nuværende i1, der strømmer gennem spolen L1, induceres magnetisk flux, som derefter overføres til den anden spole L2.

I ovenstående billede er det samme kredsløb nu tæt pakket i et kernemateriale, så spolerne ikke kan bevæge sig. Da materialet er en magnetisk kerne, har det permeabilitet. De to separate spoler er nu magnetisk koblet. Nu er det interessant, hvis en af ​​spolerne står over for strømændringshastigheden, vil den anden spole inducere en spænding, der er direkte proportional med strømændringshastigheden i den anden spole.

Derfor, når en spændingskilde V1 påføres i spolen L1, vil strømmen i1 begynde at strømme gennem L1. Strømændringshastigheden frembringer en strøm, der strømmer gennem den magnetiske kerne og producerer en spænding i spolen L2. Strømændringen i L1 ændrer også strømmen, som yderligere kan manipulere den inducerede spænding i L2.

Den inducerede spænding i L2 kan beregnes i nedenstående formel-

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

I ovenstående ligning er der en ukendt enhed. Det er M. Dette skyldes, at gensidige induktanser er ansvarlige for den gensidigt inducerede spænding i to uafhængige kredsløb. Denne M, gensidig induktans er koefficientproportionaliteten.

Samme for den første spole L1, den gensidigt inducerede spænding på grund af gensidig induktans for den første spole kan være -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Det samme som induktansen måles gensidig induktans også i Henry. Den maksimale værdi af gensidig induktans kan være √L ₁ L ₂. Da induktansen inducerer spænding med strømændringshastigheden, inducerer gensidig induktans også en spænding, der betegnes som gensidig spænding M (di / dt). Denne indbyrdes spænding kan være positiv eller negativ, hvilket er meget pålidelig af den fysiske konstruktion af spolen og strømretningen.

DOT-konvention

Den Dot-konventionen er et vigtigt redskab til at bestemme polariteten på gensidigt inducerede spænding. Som navnet antyder, er punktmærket, der er i en cirkulær form, et specielt symbol, der bruges i slutningen af ​​to spoler i indbyrdes koblede kredsløb. Denne prik giver også oplysningerne om den snoede konstruktion omkring dens magnetiske kerne.

I ovenstående kredsløb vises to indbyrdes koblede induktorer. Disse to induktorer har selvinduktanser på L1 og L2.

Spændingerne V1 og V2 er udviklet på tværs af induktorer er resultatet af strøm, der kommer ind i induktorerne på de stiplede terminaler. Ved at antage, at den gensidige induktans af disse to induktorer er M, kan den inducerede spænding beregnes ved hjælp af nedenstående formel,

For den første induktor L1 vil den inducerede spænding være -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Den samme formel kan bruges til at beregne den inducerede spænding af den anden induktor, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Derfor indeholder kredsløbet to typer induceret spænding, den inducerede spænding på grund af selvinduktans og den gensidigt inducerede spænding på grund af den gensidige induktans. Den inducerede spænding afhængigt af selvinduktansen beregnes ved hjælp af formlen V = L (di / dt), som er positiv, men den gensidigt inducerede spænding kan være negativ eller positiv afhængigt af viklingskonstruktionen såvel som strømmen. Anvendelsen af ​​prik er en vigtig parameter til at bestemme polariteten af ​​denne gensidigt inducerede spænding.

I et koblet kredsløb, hvor to terminaler hører til to forskellige spoler og identisk markeret med prikker, vil den magnetiske flux af selv og gensidig induktion i hver spole derefter tilføjes sammen for den samme retning af strømmen, som er i forhold til lignende terminaler.

Koblingskoefficient

Induktorkoblingskoefficienten er en vigtig parameter for koblede kredsløb til at bestemme mængden af ​​kobling mellem de induktivt koblede spoler. Den koefficient på kobling udtrykkes ved bogstavet K.

Formlen af koefficienten koblingen er K = M / √L ₁ + L ₂, hvor L1 er selvinduktansen af den første spole og L2 er selvinduktansen af den anden spole.

To induktivt koblede kredsløb er forbundet ved hjælp af den magnetiske flux. Hvis hele strømmen af ​​en induktor er koblet eller forbundet, kaldes den anden induktor perfekt kobling. I denne situation kan K udtrykkes som 1, hvilket er den korte form for 100% kobling. Koblingskoefficienten vil altid være mindre end enheden, og den maksimale værdi af koblingskoefficienten kan være 1 eller 100%.

Den gensidige induktans er meget pålidelig på koblingskoefficienten mellem de to induktivt koblede spolekredsløb. Hvis koblingskoefficienten er højere, så vil den gensidige induktans være højere på den anden side, hvis koblingskoefficienten er i en lavere mængde, der i høj grad vil mindske den gensidige induktans i koblingskredsløbet. Koblingskoefficienten kan ikke være et negativt tal, og den har ingen afhængighed af strømretningen inde i spolerne. Koblingskoefficienten afhænger af kernematerialerne. I jern- eller ferritkernematerialer kan koblingskoefficienten være meget høj som 0,99, og for luftkernen kan den være så lav som 0,4 til 0,8 afhængigt af mellemrummet mellem de to spoler.

Spole i seriekombination

Spoler kan tilføjes sammen i serie. Der er to måder at forbinde induktorer i serie ved hjælp af hjælpemetode eller ved hjælp af modstandsmetode.

I ovenstående billede vises to typer serieforbindelser. For den første på venstre side er induktorerne forbundet i serie ved hjælp af hjælpemetode. I denne metode er strømmen, der strømmer gennem de to induktorer i samme retning. Da strømmen flyder i samme retning, vil de magnetiske strømninger af selv og gensidig induktion ende med at forbinde med hinanden og føjes sammen.

Derfor kan den samlede induktans beregnes ved hjælp af nedenstående formel-

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2 M

Hvor L _eq er den samlede ækvivalente induktans og M er den gensidige induktans.

For det rigtige billede vises Oppositionsforbindelsen. I et sådant tilfælde er strømmen gennem induktorerne i den modsatte retning. Derfor kan den samlede induktans beregnes ved hjælp af nedenstående formel, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Hvor L _eq er den samlede ækvivalente induktans og M er den gensidige induktans.

Spoler i parallel kombination

Samme som serieinduktorkombinationen, kan den parallelle kombination af to induktorer være to typer ved hjælp af hjælpemetode og ved hjælp af oppositionsmetode.

For hjælpemetoden, som det ses på det venstre billede, viser punktkonventionen tydeligt, at strømmen gennem induktorerne er i samme retning. For at beregne den samlede induktans kan nedenstående formel være meget nyttigt. I et sådant tilfælde tillader det selvinducerede elektromagnetiske felt i to spoler den gensidigt inducerede emf.

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2 M)

Til oppositionsmetoden er induktorerne forbundet parallelt med den modsatte retning af hinanden. I et sådant tilfælde skaber den gensidige induktans en spænding, der modsætter sig den selvinducerede EMF. Den ækvivalente induktans af det parallelle kredsløb kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel-

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2 M)

Anvendelser af Inductor

En af de bedste anvendelser af koblede induktorer er i oprettelsen af transformere. En transformer bruger koblede induktorer viklet omkring jern- eller ferritkerne. En ideel transformer har nul tab og hundrede procent koblingskoefficienter. Bortset fra transformeren bruges koblede induktorer også i sepic eller flyback-konverter. Dette er et glimrende valg at isolere den primære indgang med den sekundære udgang fra strømforsyningen ved hjælp af den koblede induktor eller transformere.

Bortset fra at koblede induktorer også bruges til at fremstille et enkelt eller dobbelt tunet kredsløb i radiosendende eller modtagende kredsløb