Inductor koppeling

In de vorige tutorial zijn we begonnen met Understanding an Inductor and It's Working, nu is het tijd om de verschillende combinaties van inductoren te verkennen. In de elektronica zijn inductoren de meest gebruikte componenten na de condensatoren en weerstanden, die in verschillende combinaties voor verschillende toepassingen worden gebruikt. We hebben ook een inductor gebruikt om metaaldetectoren te bouwen en de waarde van de inductor gemeten met behulp van verschillende technieken, alle links worden hieronder gegeven:

• LC-meter met Arduino: inductantie en frequentie meten
• Hoe de waarde van de inductor of condensator te meten met behulp van een oscilloscoop
• Eenvoudig metaaldetectorcircuit
• Arduino metaaldetector

Wat zijn gekoppelde circuits?

De combinaties van componenten vormen samen gekoppelde circuits. De betekenis van een gekoppelde schakeling is dat de energieoverdracht plaatsvindt van de ene naar de andere wanneer een van de circuits wordt bekrachtigd. De belangrijkste componenten in het elektronische circuit zijn ofwel geleidend ofwel elektromagnetisch gekoppeld.

In deze tutorial wordt echter de elektromagnetische koppeling en de combinatie van inductoren, zoals inductoren in serie- of parallelle combinaties, besproken.

Wederzijdse inductie

In het vorige artikel hebben we de zelfinductie van een inductor en zijn parameter besproken. Tijdens de zelfinductie-gerelateerde operatie vond er geen wederzijdse inductie plaats.

Wanneer de snelheid van stroomverandering optreedt, wordt er een spanning geïnduceerd in een spoel. Wat verder kan worden aangetoond met behulp van de onderstaande formule waarbij,

V (t) is de geïnduceerde spanning in de spoel, i Is de stroom die door de spoel vloeit en de inductantie van de spoel is L.

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

De bovenstaande voorwaarde is alleen waar voor het zelfinductie-gerelateerde circuitelement waar twee aansluitingen aanwezig zijn. In dat geval wordt er geen wederzijdse inductie in de bestelling opgenomen.

Nu, in hetzelfde scenario, als twee spoelen zich op korte afstand bevinden, zal de inductieve koppeling plaatsvinden.

In de bovenstaande afbeelding zijn twee spoelen weergegeven. Deze twee spoelen staan ​​heel dicht bij elkaar. Door de stroom i1 die door de spoel L1 vloeit, wordt magnetische flux geïnduceerd die vervolgens wordt overgedragen naar de andere spoel L2.

In de bovenstaande afbeelding is hetzelfde circuit nu stevig omwikkeld met een kernmateriaal zodat de spoelen niet kunnen bewegen. Omdat het materiaal een magnetische kern is, is het doorlaatbaar. De twee afzonderlijke spoelen zijn nu magnetisch gekoppeld. Nu, interessant genoeg, als een van de spoelen geconfronteerd wordt met de snelheid van stroomverandering, zal de andere spoel een spanning induceren die recht evenredig is met de snelheid van stroomverandering in de andere spoel.

Daarom zal, wanneer een spanningsbron V1 wordt aangelegd in de spoel L1, de stroom i1 door de L1 gaan stromen. De snelheid van stroomverandering produceert een flux die door de magnetische kern vloeit en een spanning in de spoel L2 produceert. De snelheid van stroomverandering in L1 verandert ook de flux die de geïnduceerde spanning in L2 verder kan manipuleren.

De geïnduceerde spanning in de L2 kan worden berekend in de onderstaande formule-

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

In de bovenstaande vergelijking is er een onbekende entiteit. Dat is M. Dit komt omdat wederzijdse inductanties verantwoordelijk zijn voor de onderling geïnduceerde spanning in twee onafhankelijke circuits. Deze M, wederzijdse inductie is de evenredigheidscoëfficiënt.

Hetzelfde geldt voor de eerste spoel L1, de onderling geïnduceerde spanning als gevolg van de wederzijdse inductie voor de eerste spoel kan -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Net als de inductie, wordt wederzijdse inductie ook gemeten in Henry. De maximale waarde van wederzijdse inductie kan √L ₁ L _{2 zijn}. Omdat de inductantie spanning induceert met de snelheid van stroomverandering, induceert wederzijdse inductie ook een spanning, die wordt aangeduid als wederzijdse spanning M (di / dt). Deze onderlinge spanning kan positief of negatief zijn, wat in hoge mate afhankelijk is van de fysieke constructie van de spoel en de richting van de stroom.

DOT-conventie

De Dot Convention is een essentieel hulpmiddel om de polariteit van de onderling geïnduceerde spanning te bepalen. Zoals de naam doet vermoeden, is de puntmarkering in een cirkelvorm een ​​speciaal symbool dat wordt gebruikt aan het einde van twee spoelen in onderling gekoppelde circuits. Deze stip geeft ook de informatie van de wikkelconstructie rond zijn magnetische kern.

In de bovenstaande schakeling zijn twee onderling gekoppelde smoorspoelen getoond. Deze twee smoorspoelen hebben zelfinducties van L1 en L2.

De spanningen V1 en V2 die over de smoorspoelen worden ontwikkeld, zijn het resultaat van stroom die in de smoorspoelen op de gestippelde aansluitingen komt. Door aan te nemen dat de wederzijdse inductantie van die twee inductoren M is, kan de geïnduceerde spanning worden berekend met behulp van de onderstaande formule,

Voor de eerste inductor L1 is de geïnduceerde spanning -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Dezelfde formule kan worden gebruikt voor het berekenen van de geïnduceerde spanning van de tweede inductor, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Daarom bevat het circuit twee soorten geïnduceerde spanning, de geïnduceerde spanning vanwege zelfinductie en de wederzijds geïnduceerde spanning vanwege de wederzijdse inductie. De geïnduceerde spanning afhankelijk van de zelfinductie wordt berekend met de formule V = L (di / dt) die positief is, maar de wederzijds geïnduceerde spanning kan negatief of positief zijn, afhankelijk van de wikkelingsconstructie en de stroom van stroom. Het gebruik van een punt is een belangrijke parameter om de polariteit van deze onderling geïnduceerde spanning te bepalen.

In een gekoppelde schakeling waar twee klemmen bij twee verschillende spoelen horen en identiek zijn gemarkeerd met punten, zal voor dezelfde richting van de stroom die relatief is aan dezelfde klemmen, de magnetische flux van zelf en wederzijdse inductie in elke spoel bij elkaar optellen.

Koppelingscoëfficiënt

De coëfficiënt van inductiekoppeling is een belangrijke parameter voor gekoppelde circuits om de mate van koppeling tussen de inductief gekoppelde spoelen te bepalen. De koppelingscoëfficiënt wordt uitgedrukt door de letter K.

De formule van de koppelingscoëfficiënt is K = M / √L ₁ + L ₂ waarbij L1 de zelfinductie van de eerste spoel is en de L2 de zelfinductie van de tweede spoel.

Twee inductief gekoppelde circuits zijn verbonden met behulp van de magnetische flux. Als de volledige flux van een inductor is gekoppeld of verbonden, wordt de andere inductor perfecte koppeling genoemd. In deze situatie kan de K worden uitgedrukt als 1, wat de korte vorm is van 100% koppeling. De koppelingscoëfficiënt zal altijd kleiner zijn dan de eenheid en de maximale waarde van de koppelingscoëfficiënt kan 1 of 100% zijn.

De onderlinge inductie is in hoge mate afhankelijk van de koppelingscoëfficiënt tussen de twee inductief gekoppelde spoelcircuits. Als de koppelingscoëfficiënt hoger is, zal de wederzijdse inductantie hoger zijn, aan de andere kant, als de koppelingscoëfficiënt lager is, zal dat de wederzijdse inductie in het koppelcircuit sterk verminderen. De koppelingscoëfficiënt mag geen negatief getal zijn en is niet afhankelijk van de stroomrichting in de spoelen. De koppelingscoëfficiënt is afhankelijk van de kernmaterialen. In ijzer- of ferrietkernmaterialen kan de koppelingscoëfficiënt zeer hoog zijn, zoals 0,99, en voor de luchtkern kan deze zo laag zijn als 0,4 tot 0,8, afhankelijk van de ruimte tussen de twee spoelen.

Inductor in seriecombinatie

Inductoren kunnen in serie bij elkaar worden opgeteld. Er zijn twee manieren om inductoren in serie te schakelen, met behulp van de Aiding-methode of met de Oppositiemethode.

In de bovenstaande afbeelding worden twee soorten serieverbindingen getoond. Voor de eerste aan de linkerkant, worden de smoorspoelen in serie met Aiding methode. Bij deze methode is de stroom die door de twee smoorspoelen vloeit in dezelfde richting. Terwijl de stroom in dezelfde richting stroomt, zullen de magnetische fluxen van zelf en wederzijdse inductie uiteindelijk met elkaar worden verbonden en bij elkaar worden opgeteld.

Daarom kan de totale inductantie worden berekend met behulp van de onderstaande formule:

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Waar, L _eq is de totale equivalente inductantie en M is de wederzijdse inductantie.

Voor de rechter afbeelding wordt de Opposition Connection getoond. In dat geval loopt de stroom door de smoorspoelen in tegengestelde richting. Daarom kan de totale inductantie worden berekend met behulp van de onderstaande formule, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Waar, L _eq is de totale equivalente inductantie en M is de wederzijdse inductantie.

Inductoren in parallelle combinatie

Hetzelfde als de serie-inductorcombinatie, kan de parallelle combinatie van twee inductoren twee typen zijn, door de hulpmethode te gebruiken en door de oppositiemethode te gebruiken.

Voor het Aiding methode, gezien op de linker afbeelding, de stip overeenkomst duidelijk blijkt dat de stroom door de spoelen in dezelfde richting. Om de totale inductantie te berekenen, kan onderstaande formule erg nuttig zijn. In dat geval laat het zelf opgewekte elektromagnetische veld in twee spoelen de wederzijds opgewekte emf toe.

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

Voor de oppositiemethode zijn de smoorspoelen parallel met elkaar in tegenovergestelde richting geschakeld. In dat geval creëert de wederzijdse inductie een spanning die de zelf opgewekte EMF tegenwerkt. De equivalente inductantie van het parallelle circuit kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule:

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

Toepassingen van Inductor

Een van de beste toepassingen van gekoppelde inductoren is het maken van transformatoren. Een transformator maakt gebruik van gekoppelde smoorspoelen die rond een ijzeren of ferrietkern zijn gewikkeld. Een ideale transformator heeft nulverlies en honderd procent koppelingscoëfficiënten. Behalve de transformator worden gekoppelde inductoren ook gebruikt in sepische of flyback-omzetter. Dit is een uitstekende keuze om de primaire ingang te isoleren van de secundaire uitgang van de voeding door gebruik te maken van de gekoppelde inductor of transformatoren.

Afgezien daarvan worden gekoppelde smoorspoelen ook gebruikt om een ​​enkel of dubbel afgestemd circuit te maken in radiozend- of ontvangstcircuits