Индукторная муфта

В предыдущем уроке мы начали с понимания индуктора и его работы, теперь пришло время изучить различные комбинации индукторов. В электронике индукторы - это наиболее часто используемые компоненты после конденсаторов и резисторов, которые используются в различных комбинациях для разных приложений. Мы также использовали катушку индуктивности для создания металлоискателей и измерили ее значение, используя различные методы, все ссылки приведены ниже:

• LC-метр с использованием Arduino: измерение индуктивности и частоты
• Как измерить значение индуктора или конденсатора с помощью осциллографа
• Схема простого металлоискателя
• Металлоискатель Arduino

Что такое связанные схемы?

Комбинации компонентов вместе образуют связанные цепи. Смысл связанной схемы заключается в том, что передача энергии происходит от одной цепи к другой, когда одна из цепей находится под напряжением. Основные компоненты в электронной схеме связаны либо токопроводящим, либо электромагнитным способом.

Однако в этом руководстве будет обсуждаться электромагнитная связь и комбинация индукторов, таких как индукторы, включенные последовательно или параллельно.

Взаимная индуктивность

В предыдущей статье мы обсуждали самоиндукцию катушки индуктивности и ее параметры. Во время операции, связанной с самоиндукцией, взаимной индуктивности не было.

Когда скорость изменения тока происходит, внутри катушки индуцируется напряжение. Что можно дополнительно продемонстрировать, используя формулу ниже, где,

V (t) - индуцированное напряжение внутри катушки, i - ток, протекающий через катушку, а индуктивность катушки равна L.

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

Вышеупомянутое условие справедливо только для элемента цепи, связанного с самоиндукцией, где присутствуют два вывода. В таком случае взаимная индуктивность не учитывается.

Теперь, по тому же сценарию, если две катушки расположены на близком расстоянии, произойдет индуктивная связь.

На изображении выше показаны две катушки. Эти две катушки очень близки друг к другу. Из-за тока i1, протекающего через катушку L1, индуцируется магнитный поток, который затем передается на другую катушку L2.

На изображении выше та же самая цепь теперь плотно обернута материалом сердечника, так что катушки не могут двигаться. Поскольку материал представляет собой магнитопровод, он обладает проницаемостью. Две отдельные катушки теперь связаны магнитным полем. Что интересно, если одна из катушек сталкивается со скоростью изменения тока, другая катушка будет индуцировать напряжение, которое прямо пропорционально скорости изменения тока в другой катушке.

Следовательно, когда на катушку L1 подается источник напряжения V1, ток i1 начинает течь через L1. Скорость изменения тока создает магнитный поток, который течет через магнитопровод и создает напряжение в катушке L2. Скорость изменения тока в L1 также изменяет поток, который может дополнительно управлять индуцированным напряжением в L2.

Индуцированное напряжение в L2 может быть вычислена в ниже формулировках

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

В приведенном выше уравнении есть неизвестный объект. То есть M. Это потому, что взаимные индуктивности ответственны за взаимно индуцированное напряжение в двух независимых цепях. Эта взаимная индуктивность M является коэффициентом пропорциональности.

То же самое для первой катушки L1, взаимно индуцированное напряжение из-за взаимной индуктивности для первой катушки может быть -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Как и индуктивность, взаимная индуктивность также измеряется в Генри. Максимальное значение взаимной индуктивности может составлять √L ₁ L ₂. Поскольку индуктивность индуцирует напряжение со скоростью изменения тока, взаимная индуктивность также индуцирует напряжение, которое называется взаимным напряжением M (di / dt). Это взаимное напряжение может быть положительным или отрицательным, что в большой степени зависит от физической конструкции катушки и направления тока.

DOT Convention

Дот Конвенция является важным инструментом для определения полярности взаимно наведенного напряжения. Как следует из названия, точечная метка, имеющая круглую форму, представляет собой специальный символ, который используется на конце двух катушек во взаимно связанных цепях. Эта точка также предоставляет информацию о конструкции обмотки вокруг магнитопровода.

В приведенной выше схеме показаны два взаимно связанных индуктора. Эти две катушки индуктивности имеют собственные индуктивности L1 и L2.

Напряжения V1 и V2, возникающие на катушках индуктивности, являются результатом тока, поступающего в катушки индуктивности на клеммах, обозначенных пунктиром. Предполагая, что взаимная индуктивность этих двух катушек индуктивности равна M, индуцированное напряжение можно рассчитать по следующей формуле:

Для первой катушки индуктивности L1 индуцированное напряжение будет -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Эту же формулу можно использовать для расчета индуцированного напряжения второго индуктора, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Следовательно, схема содержит два типа индуцированного напряжения: индуцированное напряжение из-за собственной индуктивности и взаимно индуцированное напряжение из-за взаимной индуктивности. Индуцированное напряжение в зависимости от самоиндукции рассчитывается по формуле V = L (di / dt), которая является положительной, но взаимно индуцированное напряжение может быть отрицательным или положительным в зависимости от конструкции обмотки, а также от протекания тока. Использование точки является важным параметром для определения полярности взаимно индуцированного напряжения.

В связанной цепи, где два вывода принадлежат двум разным катушкам и одинаково отмечены точками, тогда для одного и того же направления тока, которое относится к аналогичным клеммам, магнитный поток собственной личности и взаимной индукции в каждой катушке будут складываться вместе.

Коэффициент связи

Коэффициент связи индуктивности является важным параметром для связанных цепей, определяющим степень связи между индуктивно связанными катушками. Коэффициент связи выражается буквой K.

Формула коэффициента связи: K = M / √L ₁ + L _2, где L1 - собственная индуктивность первой катушки, а L2 - собственная индуктивность второй катушки.

Две индуктивно связанные цепи связаны с помощью магнитного потока. Если весь поток одного индуктора связан или связан, другой индуктор называется идеальной связью. В этой ситуации K может быть выражено как 1, что является краткой формой 100% связи. Коэффициент связи всегда будет меньше единицы, а максимальное значение коэффициента связи может составлять 1 или 100%.

Взаимная индуктивность сильно зависит от коэффициента связи между двумя цепями индуктивно связанных катушек. Если коэффициент связи выше, то взаимная индуктивность будет выше, с другой стороны, если коэффициент связи меньше, это сильно уменьшит взаимную индуктивность в цепи связи. Коэффициент связи не может быть отрицательным числом и не зависит от направления тока внутри катушек. Коэффициент связи зависит от материалов сердечника. В материалах сердечника из железа или феррита коэффициент связи может быть очень высоким, например 0,99, а для воздушного сердечника он может составлять от 0,4 до 0,8, в зависимости от расстояния между двумя катушками.

Индуктор в последовательной комбинации

Катушки индуктивности можно складывать последовательно. Есть два способа соединить индукторы последовательно: с помощью вспомогательного метода или метода противодействия.

На изображении выше показаны два типа последовательных соединений. Для первого с левой стороны катушки индуктивности подключаются последовательно с помощью вспомогательного метода. В этом методе ток, протекающий через две катушки индуктивности, имеет одинаковое направление. Поскольку ток течет в одном направлении, магнитные потоки собственной и взаимной индукции в конечном итоге соединяются друг с другом и складываются.

Следовательно, полную индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:

L _экв = L ₁ + L ₂ + 2M

Где L _eq - полная эквивалентная индуктивность, а M - взаимная индуктивность.

Для правого изображения показано соединение оппозиции. В этом случае ток через катушки индуктивности имеет противоположное направление. Таким образом, полную индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:

L _экв = L ₁ + L ₂ - 2M

Где L _eq - полная эквивалентная индуктивность, а M - взаимная индуктивность.

Индукторы в параллельной комбинации

Как и в случае последовательной комбинации индукторов, параллельная комбинация двух индукторов может быть двух типов, с использованием вспомогательного метода и с использованием метода противодействия.

Для метода помощи, как видно на левом изображении, условные обозначения точек ясно показывают, что ток, протекающий через катушки индуктивности, имеет одинаковое направление. Для расчета общей индуктивности может быть очень полезна следующая формула. В таком случае самоиндуцированное электромагнитное поле в двух катушках допускает взаимно индуцированную ЭДС.

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

Для метода противодействия индукторы подключаются параллельно с противоположным направлением друг друга. В таком случае взаимная индуктивность создает напряжение, которое противодействует самоиндуцированной ЭДС. Эквивалентную индуктивность параллельной цепи можно рассчитать по следующей формуле:

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

Применение индуктора

Одно из лучших применений связанных индукторов - это создание трансформаторов. В трансформаторе используются связанные индукторы, обернутые вокруг железного или ферритового сердечника. Идеальный трансформатор имеет нулевые потери и стопроцентные коэффициенты связи. Помимо трансформатора, связанные индукторы также используются в сепараторах или обратных преобразователях. Это отличный выбор для изоляции первичного входа от вторичного выхода источника питания с помощью соединенного индуктора или трансформаторов.

Помимо этого, связанные индукторы также используются для создания одинарной или двойной настраиваемой цепи в радиопередающей или приемной цепи.