Σύζευξη επαγωγέα

Στο προηγούμενο σεμινάριο, ξεκινήσαμε με την κατανόηση ενός επαγωγέα και λειτουργεί, τώρα ήρθε η ώρα να εξερευνήσουμε τους διαφορετικούς συνδυασμούς επαγωγέων. Στα ηλεκτρονικά, οι επαγωγείς είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα μετά τους πυκνωτές και τις αντιστάσεις, τα οποία χρησιμοποιούνται σε διαφορετικούς συνδυασμούς για διαφορετικές εφαρμογές. Χρησιμοποιήσαμε επίσης επαγωγέα για την κατασκευή ανιχνευτών μετάλλων και μετρήσαμε την τιμή του επαγωγέα χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές, όλοι οι σύνδεσμοι δίνονται παρακάτω:

• Μετρητής LC χρησιμοποιώντας Arduino: Μέτρηση επαγωγικότητας και συχνότητας
• Πώς να μετρήσετε την τιμή του επαγωγέα ή του πυκνωτή χρησιμοποιώντας παλμογράφο
• Απλό κύκλωμα ανιχνευτή μετάλλων
• Ανιχνευτής μετάλλων Arduino

Τι είναι τα συνδεδεμένα κυκλώματα;

Οι συνδυασμοί εξαρτημάτων είναι μαζί για τη δημιουργία συζευγμένων κυκλωμάτων. Η έννοια του συζευγμένου κυκλώματος είναι ότι η μεταφορά ενέργειας πραγματοποιείται από το ένα στο άλλο όταν ένα από τα κυκλώματα ενεργοποιείται. Τα κυριότερα εξαρτήματα στο κύκλωμα ηλεκτρονικών συνδέονται είτε αγωγιματικά είτε ηλεκτρομαγνητικά.

Ωστόσο, σε αυτό το σεμινάριο, θα συζητηθεί η ηλεκτρομαγνητική ζεύξη και ο συνδυασμός επαγωγέων, όπως επαγωγείς σε σειρά ή παράλληλοι συνδυασμοί.

Αμοιβαία επαγωγή

Στο προηγούμενο άρθρο, συζητήσαμε την αυτεπαγωγή ενός επαγωγέα και την παράμετρο του. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας αυτοεπαγωγίας, δεν υπήρξε αμοιβαία αυτεπαγωγή.

Όταν συμβαίνει ο ρυθμός αλλαγής ρεύματος, προκαλείται τάση μέσα σε ένα πηνίο. Ποιο μπορεί να αποδειχθεί περαιτέρω χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο όπου,

V (t) είναι η επαγόμενη τάση μέσα στο πηνίο, i Είναι το ρεύμα που ρέει μέσω του πηνίου και η επαγωγή του πηνίου είναι L.

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

Η παραπάνω συνθήκη ισχύει μόνο για το στοιχείο κυκλώματος που σχετίζεται με την αυτεπαγωγή, όπου υπάρχουν δύο ακροδέκτες. Σε μια τέτοια περίπτωση, δεν λαμβάνεται υπόψη η αμοιβαία αυτεπαγωγή.

Τώρα, στο ίδιο σενάριο, εάν δύο πηνία βρίσκονται σε κοντινή απόσταση, η επαγωγική σύζευξη θα συμβεί.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζονται δύο πηνία. Αυτά τα δύο πηνία είναι πολύ κοντά μεταξύ τους. Λόγω του ρεύματος i1 που ρέει μέσω του πηνίου L1, προκαλείται μαγνητική ροή η οποία στη συνέχεια θα μεταφερθεί στο άλλο πηνίο L2.

Στην παραπάνω εικόνα, το ίδιο κύκλωμα τυλίγεται τώρα σφιχτά σε υλικό πυρήνα έτσι ώστε τα πηνία να μην μπορούν να κινηθούν. Καθώς το υλικό είναι μαγνητικός πυρήνας, έχει διαπερατότητα. Τα δύο ξεχωριστά πηνία είναι τώρα μαγνητικά συνδεδεμένα. Τώρα, είναι ενδιαφέρον, εάν ένα από τα πηνία αντιμετωπίζει τον ρυθμό αλλαγής ρεύματος, το άλλο πηνίο θα προκαλέσει μια τάση που είναι άμεσα ανάλογη με τον ρυθμό αλλαγής ρεύματος στο άλλο πηνίο.

Επομένως, όταν μια πηγή τάσης V1 εφαρμόζεται στο πηνίο L1, το ρεύμα i1 θα αρχίσει να ρέει μέσω του L1. Ο ρυθμός αλλαγής ρεύματος παράγει ροή που ρέει μέσω του μαγνητικού πυρήνα και παράγει τάση στο πηνίο L2. Ο ρυθμός αλλαγής ρεύματος στο L1 αλλάζει επίσης τη ροή που μπορεί περαιτέρω να χειριστεί την επαγόμενη τάση στο L2.

Η επαγόμενη τάση στο L2 μπορεί να υπολογιστεί στον παρακάτω τύπο-

V ₂ = Μ {di ₁ (t) / dt}

Στην παραπάνω εξίσωση, υπάρχει μια άγνωστη οντότητα. Αυτός είναι ο Μ. Αυτό συμβαίνει επειδή, οι αμοιβαίες επαγωγές ευθύνονται για την αμοιβαία επαγόμενη τάση σε δύο ανεξάρτητα κυκλώματα. Αυτό το M, η αμοιβαία επαγωγή είναι ο συντελεστής αναλογικότητας.

Το ίδιο για το πρώτο πηνίο L1, η αμοιβαία επαγόμενη τάση λόγω αμοιβαίας επαγωγής για το πρώτο πηνίο μπορεί να είναι -

V ₂ = Μ {di ₂ (t) / dt}

Όπως με την επαγωγή, η αμοιβαία αυτεπαγωγή μετριέται επίσης στον Χένρι. Η μέγιστη τιμή αμοιβαίας επαγωγής μπορεί να είναι √L ₁ L ₂. Καθώς η επαγωγή προκαλεί τάση με τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος, η αμοιβαία επαγωγή προκαλεί επίσης μια τάση, η οποία ορίζεται ως αμοιβαία τάση M (di / dt). Αυτή η αμοιβαία τάση μπορεί να είναι θετική ή αρνητική που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φυσική κατασκευή του πηνίου και την κατεύθυνση του ρεύματος.

Σύμβαση DOT

Το Dot Convention είναι ένα ουσιαστικό εργαλείο για τον προσδιορισμό της πολικότητας της αμοιβαία επαγόμενης τάσης. Όπως υποδηλώνει το όνομα, η τελεία που είναι σε κυκλικό σχήμα είναι ένα ειδικό σύμβολο που χρησιμοποιείται στο τέλος δύο πηνίων σε αμοιβαία συνδεδεμένα κυκλώματα. Αυτή η κουκκίδα παρέχει επίσης τις πληροφορίες της περιέλιξης κατασκευής γύρω από τον μαγνητικό πυρήνα της.

Στο παραπάνω κύκλωμα, εμφανίζονται δύο αμοιβαία συνδεδεμένοι επαγωγείς. Αυτοί οι δύο επαγωγείς έχουν αυτοεπαγωγές των L1 και L2.

Οι τάσεις V1 και V2 αναπτύσσονται κατά μήκος των επαγωγέων είναι το αποτέλεσμα της εισόδου ρεύματος στους επαγωγείς στους διακεκομμένους ακροδέκτες. Υποθέτοντας ότι η αμοιβαία επαγωγή αυτών των δύο επαγωγέων είναι Μ, Η επαγόμενη τάση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο,

Για τον πρώτο επαγωγέα L1, η επαγόμενη τάση θα είναι -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Ο ίδιος τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της επαγόμενης τάσης του δεύτερου επαγωγέα, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Επομένως, το κύκλωμα περιέχει δύο τύπους επαγόμενης τάσης, την επαγόμενη τάση λόγω αυτοεπαγωγής και την αμοιβαία επαγόμενη τάση λόγω της αμοιβαίας επαγωγής. Η επαγόμενη τάση ανάλογα με την αυτεπαγωγή υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο V = L (di / dt) που είναι θετικός, αλλά η αμοιβαία επαγόμενη τάση μπορεί να είναι αρνητική ή θετική ανάλογα με την κατασκευή περιέλιξης καθώς και τη ροή του ρεύματος. Η χρήση της κουκκίδας είναι μια σημαντική παράμετρος για τον προσδιορισμό της πολικότητας αυτής της αμοιβαία επαγόμενης τάσης.

Σε ένα συζευγμένο κύκλωμα όπου δύο ακροδέκτες ανήκουν σε δύο διαφορετικά πηνία και ταυτόσημα με κουκκίδες, τότε για την ίδια κατεύθυνση του ρεύματος που είναι σχετική με παρόμοια τερματικά, η μαγνητική ροή του εαυτού και της αμοιβαίας επαγωγής σε κάθε πηνίο θα προστεθούν μαζί.

Συντελεστής ζεύξης

Ο συντελεστής ζεύξης επαγωγέα είναι μια σημαντική παράμετρος για συζευγμένα κυκλώματα για τον προσδιορισμό της ποσότητας ζεύξης μεταξύ των επαγωγικά συζευγμένων πηνίων. Ο συντελεστής ζεύξης εκφράζεται με το γράμμα Κ.

Ο τύπος του συντελεστή σύζευξης είναι K = M / √L ₁ + L ₂ όπου το L1 είναι η αυτεπαγωγή του πρώτου πηνίου και το L2 είναι η αυτεπαγωγή του δεύτερου πηνίου.

Δύο επαγωγικά συνδεδεμένα κυκλώματα συνδέονται χρησιμοποιώντας τη μαγνητική ροή. Εάν ολόκληρη η ροή ενός επαγωγέα συνδέεται ή συνδέεται, ο άλλος επαγωγέας ονομάζεται τέλεια σύζευξη. Κατά τη διάρκεια αυτής της κατάστασης, το Κ μπορεί να εκφραστεί ως 1 που είναι η σύντομη μορφή σύζευξης 100%. Ο συντελεστής ζεύξης θα είναι πάντα μικρότερος από την ενότητα και η μέγιστη τιμή του συντελεστή ζεύξης μπορεί να είναι 1 ή 100%.

Η αμοιβαία επαγωγή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον συντελεστή σύζευξης μεταξύ των δύο κυκλωμάτων επαγωγικά συζευγμένων πηνίων. Εάν ο συντελεστής σύζευξης είναι υψηλότερος, έτσι η αμοιβαία επαγωγή θα είναι υψηλότερη, από την άλλη πλευρά, εάν ο συντελεστής σύζευξης είναι σε χαμηλότερη ποσότητα που θα μειώσει σε μεγάλο βαθμό την αμοιβαία επαγωγή στο κύκλωμα ζεύξης. Ο συντελεστής ζεύξης δεν μπορεί να είναι αρνητικός αριθμός και δεν έχει καμία εξάρτηση από την κατεύθυνση του ρεύματος μέσα στα πηνία. Ο συντελεστής ζεύξης εξαρτάται από τα βασικά υλικά. Σε υλικά πυρήνα σιδήρου ή φερρίτη ο συντελεστής σύζευξης μπορεί να είναι πολύ υψηλός όπως 0,99 και για τον πυρήνα αέρα, μπορεί να είναι τόσο χαμηλός από 0,4 έως 0,8 ανάλογα με το διάστημα μεταξύ των δύο πηνίων.

Επαγωγέας σε συνδυασμό σειρών

Οι επαγωγείς μπορούν να προστεθούν μαζί σε σειρά. Υπάρχουν δύο τρόποι για να συνδέσετε επαγωγείς σε σειρά, χρησιμοποιώντας το Aiding Method ή χρησιμοποιώντας το Oppo Method.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζονται δύο τύποι σειριακών συνδέσεων. Για το πρώτο στην αριστερή πλευρά, οι επαγωγείς συνδέονται εν σειρά με τη μέθοδο Aiding. Σε αυτήν τη μέθοδο, το ρεύμα που ρέει μέσω των δύο επαγωγέων είναι στην ίδια κατεύθυνση. Καθώς το ρεύμα ρέει προς την ίδια κατεύθυνση, οι μαγνητικές ροές του εαυτού και της αμοιβαίας επαγωγής θα καταλήξουν να συνδέονται μεταξύ τους και θα προστεθούν μαζί.

Επομένως, η συνολική επαγωγή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο-

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Όπου, το L _eq είναι η συνολική ισοδύναμη επαγωγή και το M είναι η αμοιβαία επαγωγή.

Για τη σωστή εικόνα, εμφανίζεται η σύνδεση αντίθεσης. Σε μια τέτοια περίπτωση, η ροή ρεύματος μέσω των επαγωγών είναι στην αντίθετη κατεύθυνση. Επομένως, η συνολική επαγωγή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Όπου, το L _eq είναι η συνολική ισοδύναμη επαγωγή και το M είναι η αμοιβαία επαγωγή.

Επαγωγείς σε παράλληλο συνδυασμό

Όπως και ο συνδυασμός επαγωγών σειράς, ο παράλληλος συνδυασμός δύο επαγωγέων μπορεί να είναι δύο τύποι, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο υποβοήθησης και χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντίθεσης.

Για τη Βοηθητική Μέθοδο, όπως φαίνεται στην αριστερή εικόνα, η σύμβαση κουκίδων δείχνει σαφώς ότι η ροή ρεύματος μέσω των επαγωγέων είναι στην ίδια κατεύθυνση. Για τον υπολογισμό της συνολικής επαγωγής, ο παρακάτω τύπος μπορεί να είναι πολύ χρήσιμος. Σε μια τέτοια περίπτωση, το αυτο-επαγόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε δύο πηνία επιτρέπει το αμοιβαία επαγόμενο emf.

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

Για τη μέθοδο αντίθεσης, οι επαγωγείς συνδέονται παράλληλα με την αντίθετη κατεύθυνση του άλλου. Σε μια τέτοια περίπτωση, η αμοιβαία επαγωγή δημιουργεί μια τάση που αντιτίθεται στο αυτο-επαγόμενο EMF. Η ισοδύναμη επαγωγή του παράλληλου κυκλώματος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο-

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

Εφαρμογές επαγωγέα

Μία από τις καλύτερες χρήσεις συζευγμένων επαγωγέων είναι η δημιουργία μετασχηματιστών. Ένας μετασχηματιστής χρησιμοποιεί συζευγμένους επαγωγείς τυλιγμένους γύρω από σίδηρο ή φερρίτη. Ένας ιδανικός μετασχηματιστής έχει μηδενικές απώλειες και συντελεστές ζεύξης εκατό τοις εκατό. Εκτός από τον μετασχηματιστή, οι συζευγμένοι επαγωγείς χρησιμοποιούνται επίσης σε μετατροπέα σήμανσης ή επιστροφής. Αυτή είναι μια εξαιρετική επιλογή για την απομόνωση της πρωτεύουσας εισόδου με τη δευτερεύουσα έξοδο τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας τον συζευγμένο επαγωγέα ή μετασχηματιστές.

Εκτός από αυτό, οι συζευγμένοι επαγωγείς χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή ενός μονού ή διπλού συντονισμένου κυκλώματος σε κύκλωμα μετάδοσης ή λήψης ραδιοφώνου