Induktorkoppling

I tidigare handledning började vi med Att förstå en induktor och det fungerar, nu är det dags att utforska de olika kombinationerna av induktorer. Inom elektronik är induktorer de vanligaste komponenterna efter kondensatorer och motstånd, som används i olika kombinationer för olika applikationer. Vi har också använt induktor för att bygga metalldetektorer och mätt värdet på induktorn med hjälp av olika tekniker, alla länkarna ges nedan:

• LC-mätare med Arduino: mätning av induktans och frekvens
• Hur man mäter värdet på induktorn eller kondensatorn med hjälp av oscilloskopet
• Enkel krets för metalldetektor
• Arduino metalldetektor

Vad är kopplade kretsar?

Kombinationerna av komponenter är tillsammans för att skapa kopplade kretsar. Betydelsen av kopplad krets är att energiöverföringen sker från en till en annan när någon av kretsarna är strömförande. Huvudkomponenter i elektronikkretsen är kopplade antingen ledande eller elektromagnetiskt.

I denna handledning diskuteras emellertid den elektromagnetiska kopplingen och kombinationen av induktorer, som induktorer i serie eller parallella kombinationer.

Ömsesidig induktans

I föregående artikel diskuterade vi en induktans självinduktans och dess parameter. Under den självinduktansrelaterade operationen skedde ingen ömsesidig induktans.

När strömförändringshastigheten inträffar induceras en spänning inuti en spole. Som kan demonstreras ytterligare med hjälp av formeln nedan där,

V (t) är den inducerade spänningen inuti spolen, i Är strömmen genom spolen, och spolens induktans är L.

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

Ovanstående villkor gäller endast för det självinduktansrelaterade kretselementet där två terminaler finns. I ett sådant fall tas ingen ömsesidig induktans i ordningen.

Nu, i samma scenario, om två spolar är belägna på nära håll, kommer den induktiva kopplingen att hända.

I bilden ovan visas två spolar. Dessa två spolar är mycket nära varandra. På grund av strömmen i1 som strömmar genom spolen L1 induceras magnetiskt flöde som sedan överförs till den andra spolen L2.

I bilden ovan är samma krets nu tätt lindad i ett kärnmaterial så att spolarna inte kan röra sig. Eftersom materialet är en magnetkärna har det permeabilitet. De två separata spolarna är nu magnetiskt kopplade. Intressant, om en av spolarna står inför strömförändringshastigheten kommer den andra spolen att inducera en spänning som är direkt proportionell mot strömförändringshastigheten i den andra spolen.

Därför, när en spänningskälla VI appliceras i spolen Ll, kommer strömmen i1 att börja strömma genom Ll. Strömförändringshastigheten ger ett flöde som strömmar genom den magnetiska kärnan och alstrar en spänning i spolen L2. Strömförändringshastigheten i L1 ändrar också flödet som ytterligare kan manipulera den inducerade spänningen i L2.

Den inducerade spänningen i L2 kan beräknas i formeln nedan-

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

I ovanstående ekvation finns det en okänd enhet. Det är M. Detta beror på att ömsesidiga induktanser är ansvariga för den ömsesidigt inducerade spänningen i två oberoende kretsar. Denna M, ömsesidig induktans är koefficientproportionaliteten.

Samma för den första spolen L1, den ömsesidigt inducerade spänningen på grund av ömsesidig induktans för den första spolen kan vara -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Samma som induktansen mäts ömsesidig induktans också hos Henry. Det maximala värdet på ömsesidig induktans kan vara √L ₁ L ₂. Eftersom induktansen inducerar spänning med strömförändringshastigheten, inducerar ömsesidig induktans också en spänning, som kallas ömsesidig spänning M (di / dt). Denna ömsesidiga spänning kan vara positiv eller negativ, vilket är mycket beroende av spolens fysiska konstruktion och strömriktningen.

DOT-konventionen

Den Dot-konventionen är ett viktigt verktyg för att bestämma polariteten hos den ömsesidigt inducerade spänningen. Som namnet antyder är punktmarkeringen i cirkulär form en speciell symbol som används i slutet av två spolar i ömsesidigt kopplade kretsar. Denna punkt ger också information om lindningskonstruktionen runt dess magnetkärna.

I kretsen ovan visas två inbördes kopplade induktorer. Dessa två induktorer har självinduktanser av L1 och L2.

Spänningarna V1 och V2 utvecklas över induktorerna är resultatet av att ström kommer in i induktorerna på de prickade terminalerna. Genom att anta att den ömsesidiga induktansen för dessa två induktorer är M, kan den inducerade spänningen beräknas med formeln nedan,

För den första induktorn L1 kommer den inducerade spänningen att vara -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Samma formel kan användas för att beräkna den inducerade spänningen för den andra induktorn, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di _en / dt)

Därför innehåller kretsen två typer av inducerad spänning, den inducerade spänningen på grund av självinduktans och den ömsesidigt inducerade spänningen på grund av den ömsesidiga induktansen. Den inducerade spänningen beroende på självinduktansen beräknas med formeln V = L (di / dt) som är positiv, men den ömsesidigt inducerade spänningen kan vara negativ eller positiv beroende på lindningskonstruktionen samt strömflödet. Användningen av punkt är en viktig parameter för att bestämma polariteten hos denna ömsesidigt inducerade spänning.

I en kopplad krets där två terminaler tillhör två olika spolar och identiskt markerade med punkter, kommer det magnetiska flödet av själv och ömsesidig induktion i varje spole att läggas samman i samma spole för samma strömriktning som är relativt till samma terminaler.

Kopplingskoefficient

Induktorkopplingskoefficienten är en viktig parameter för kopplade kretsar för att bestämma mängden koppling mellan de induktivt kopplade spolarna. Den koefficient på kopplingen uttrycks med bokstaven K.

Formeln för koefficienten för kopplingen är K = M / √L ₁ + L ₂, där L1 är självinduktans hos den första spolen och L2 är självinduktansen hos den andra spolen.

Två induktivt kopplade kretsar är kopplade med hjälp av magnetflödet. Om hela flödet av en induktor är kopplad eller kopplad kallas den andra induktorn perfekt koppling. Under denna situation kan K uttryckas som 1 vilket är den korta formen av 100% koppling. Kopplingskoefficienten kommer alltid att vara mindre än enheten och det maximala värdet för kopplingskoefficienten kan vara 1 eller 100%.

Den ömsesidiga induktansen är mycket pålitlig på kopplingskoefficienten mellan de två induktivt kopplade spolkretsarna. Om kopplingskoefficienten är högre så kommer den ömsesidiga induktansen att vara högre, på andra sidan, om kopplingskoefficienten är i en lägre mängd som kraftigt minskar den ömsesidiga induktansen i kopplingskretsen. Kopplingskoefficienten kan inte vara ett negativt tal och det har inga beroende av strömriktningen inuti spolarna. Kopplingskoefficienten beror på kärnmaterialen. I järn- eller ferritkärnmaterial kan kopplingskoefficienten vara mycket hög som 0,99 och för luftkärnan kan den vara så låg som 0,4 till 0,8 beroende på utrymmet mellan de två spolarna.

Induktor i seriekombination

Induktorer kan läggas ihop i serie. Det finns två sätt att ansluta induktorer i serie genom att använda hjälpmetoden eller genom att använda oppositionsmetoden.

I bilden ovan visas två typer av seriekopplingar. För den första på vänster sida är induktorerna kopplade i serie med hjälpmetod. I denna metod är strömmen som strömmar genom de två induktorerna i samma riktning. När strömmen flyter i samma riktning kommer de magnetiska flödena av själv och ömsesidig induktion att sluta länka med varandra och lägga ihop.

Därför kan den totala induktansen beräknas med formeln nedan-

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2 M

Där L _eq är den totala ekvivalenta induktansen och M är den ömsesidiga induktansen.

För rätt bild visas Opposition Connection. I ett sådant fall är strömmen genom induktorerna i motsatt riktning. Därför kan den totala induktansen beräknas med formeln nedan, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Där L _eq är den totala ekvivalenta induktansen och M är den ömsesidiga induktansen.

Induktorer i parallell kombination

Samma som seriens induktorkombination, den parallella kombinationen av två induktorer kan vara två typer, genom att använda hjälpmetod och genom att använda oppositionsmetoden.

För hjälpmetoden, som visas på den vänstra bilden, visar punktkonventionen tydligt att strömflödet genom induktorerna är i samma riktning. För att beräkna den totala induktansen kan nedanstående formel vara till stor hjälp. I ett sådant fall tillåter det självinducerade elektromagnetiska fältet i två spolar ömsesidigt inducerad emf.

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

För oppositionsmetoden är induktorerna anslutna parallellt med varandra. I ett sådant fall skapar den ömsesidiga induktansen en spänning som motsätter sig den självinducerade EMF. Motsvarande induktans för parallellkretsen kan beräknas med formeln nedan-

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

Tillämpningar av Induktor

En av de bästa användningarna av kopplade induktorer är skapandet av transformatorer. En transformator använder kopplade induktorer lindade runt järn- eller ferritkärna. En ideal transformator har nollförlust och hundra procent kopplingskoefficienter. Förutom transformatorn används kopplade induktorer också i sepic eller flyback-omvandlare. Detta är ett utmärkt val att isolera den primära ingången med den sekundära utgången från strömförsörjningen med hjälp av den kopplade induktorn eller transformatorerna.

Bortsett från att kopplade induktorer används också för att skapa en enkel- eller dubbeljusterad krets i radiosändande eller mottagande krets