Induktansi adalah ukuran kemampuan komponen dalam rangkaian listrik untuk menyimpan energi medan magnet. Ini juga merupakan ukuran hubungan antara arus dan medan magnet. Ini juga dibandingkan dengan kelembaman listrik, karena massa adalah ukuran kelembaman benda mekanis.
Isi
Fenomena induksi diri
Jika arus yang mengalir melalui rangkaian penghantar bervariasi besarnya, fenomena induksi diri terjadi. Dalam hal ini, fluks magnet melalui rangkaian berubah, dan EMF yang disebut EMF induksi-sendiri muncul di ujung kerangka arus. EMF ini berlawanan dengan arah arus dan sama dengan:
=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
Jelas, EMF induksi diri sama dengan laju perubahan fluks magnet yang disebabkan oleh perubahan arus yang mengalir melalui rangkaian, dan juga sebanding dengan laju perubahan arus.Koefisien proporsionalitas antara EMF induksi diri dan laju perubahan arus disebut induktansi dan dilambangkan dengan L. Nilai ini selalu positif, dan memiliki satuan SI 1 Henry (1 Gn). Fraksi pecahan, milligeneries dan microgeneries, juga digunakan. Kita dapat berbicara tentang induktansi 1 Henry jika perubahan arus 1 ampere menyebabkan EMF 1 volt induksi sendiri. Tidak hanya rangkaian yang memiliki induktansi, tetapi juga konduktor dan kumparan tunggal, yang dapat direpresentasikan sebagai rangkaian rangkaian seri.
Energi disimpan dalam induktansi, yang dapat dihitung sebagai W=L*I2/2, dimana:
- W - energi, J;
- L - induktansi, Gn;
- I - arus dalam kumparan, A.
Dan di sini energi berbanding lurus dengan induktansi kumparan.
Penting! Dalam rekayasa, induktansi juga mengacu pada perangkat di mana medan listrik disimpan. Elemen sebenarnya yang paling dekat dengan definisi ini adalah kumparan induktor.
Rumus umum untuk menghitung induktansi kumparan fisik memiliki bentuk yang rumit dan tidak nyaman untuk perhitungan praktis. Penting untuk diingat bahwa induktansi sebanding dengan jumlah lilitan, diameter kumparan dan tergantung pada bentuk geometris. Juga induktansi dipengaruhi oleh permeabilitas magnetik inti di mana koil berada, tetapi tidak terpengaruh oleh arus yang mengalir melalui koil. Untuk menghitung induktansi, setiap kali Anda harus mengacu pada rumus yang diberikan untuk desain tertentu. Jadi, untuk kumparan silinder, karakteristik dasarnya dihitung sesuai dengan rumus:
L=μ*μ*(N2*S/L),
Di mana:
- adalah permeabilitas magnetik relatif dari inti kumparan;
- - konstanta magnetik, 1,26*10-6 Gn/m;
- N - jumlah putaran;
- S - luas kumparan;
- l - panjang geometris kumparan.
Untuk menghitung induktansi kumparan silinder dan bentuk kumparan lainnya, lebih baik menggunakan program kalkulator, termasuk kalkulator online.
Menghubungkan induktansi secara seri dan paralel
Induktansi dapat dihubungkan secara seri atau paralel, menghasilkan satu set dengan karakteristik baru.
Koneksi paralel
Ketika kumparan dihubungkan secara paralel, tegangan pada semua elemen sama dan arus (bergantian) berbanding terbalik dengan induktansi elemen.
- U=U1=U2=U3;
- saya = saya1+ aku2+ aku3.
Total induktansi rangkaian didefinisikan sebagai 1/L=1/L1+1/L2+1/L3. Rumus ini berlaku untuk sejumlah elemen, dan untuk dua kumparan disederhanakan menjadi bentuk L=L1*L2/(L1+ L2). Jelas bahwa induktansi yang dihasilkan lebih kecil dari induktansi elemen dengan yang terendah
Koneksi seri
Dengan jenis sambungan ini, arus yang sama mengalir melalui rangkaian yang terdiri dari kumparan, dan tegangan (AC!) pada setiap komponen rangkaian didistribusikan secara proporsional dengan induktansi setiap elemen:
- U=U1+U2+U3;
- saya = saya1= aku2= aku3.
Induktansi total sama dengan jumlah semua induktansi, dan akan lebih besar dari induktansi elemen dengan nilai tertinggi. Oleh karena itu, sambungan ini digunakan bila diperlukan untuk memperoleh peningkatan induktansi.
Penting! Saat menghubungkan kumparan dalam baterai seri atau paralel, rumus perhitungan hanya berlaku untuk kasus di mana pengaruh timbal balik dari medan magnet elemen satu sama lain tidak termasuk (dengan pelindung, jarak jauh, dll.). Jika pengaruh itu ada, nilai total induktansi akan tergantung pada pengaturan timbal balik dari kumparan.
Beberapa masalah praktis dan desain kumparan induktor
Dalam praktiknya, berbagai desain kumparan induktor digunakan. Tergantung pada tujuan dan aplikasi perangkat dapat dibuat dengan cara yang berbeda, tetapi perlu untuk mempertimbangkan efek yang terjadi pada kumparan nyata.
Faktor kualitas kumparan induktor
Sebuah kumparan nyata memiliki beberapa parameter selain induktansi, dan salah satu yang paling penting adalah faktor kualitas. Nilai ini menentukan kerugian dalam kumparan dan tergantung pada:
- kerugian ohmik pada kawat berliku (semakin besar resistansi, semakin rendah faktor kualitas);
- Kerugian dielektrik pada insulasi kawat dan rangka belitan;
- kerugian dalam perisai;
- Kerugian inti.
Semua besaran ini menentukan resistansi kerugian, dan faktor kualitas adalah nilai tanpa dimensi yang sama dengan kerugian Q=ωL/R, di mana:
- = 2*π*F - frekuensi melingkar;
- L - induktansi;
- L - reaktansi kumparan.
Secara kasar kita dapat mengatakan bahwa faktor kualitas sama dengan rasio resistansi reaktif (induktif) terhadap resistansi aktif. Di satu sisi, dengan meningkatnya frekuensi pembilang meningkat, tetapi pada saat yang sama karena efek kulit resistensi kerugian juga meningkat karena pengurangan penampang kawat yang berguna.
Efek kulit
Untuk mengurangi pengaruh benda asing serta medan listrik dan magnet dan pengaruh timbal balik elemen melalui medan ini, kumparan (terutama yang berfrekuensi tinggi) sering ditempatkan dalam perisai. Selain efek yang bermanfaat, pelindung menyebabkan penurunan faktor Q koil, mengurangi induktansinya dan meningkatkan kapasitansi parasit. Selain itu, semakin dekat dinding pelindung ke kumparan, semakin tinggi efek berbahayanya. Oleh karena itu, koil berpelindung hampir selalu dibuat dengan kemungkinan penyesuaian parameter.
Induktansi yang dapat disesuaikan
Dalam beberapa kasus, perlu untuk secara tepat mengatur nilai induktansi di tempatnya setelah menghubungkan koil ke elemen lain dari rangkaian, mengkompensasi penyimpangan parameter selama penyetelan. Metode yang berbeda digunakan untuk ini (pergantian belokan, dll.), Tetapi metode yang paling akurat dan halus adalah penyesuaian dengan inti.Itu dibuat dalam bentuk batang berulir, yang dapat disekrup masuk dan keluar di dalam bingkai, menyesuaikan induktansi koil.
Induktansi variabel (variometer)
Di mana penyesuaian operasional induktansi atau kopling induktif diperlukan, desain koil yang berbeda digunakan. Mereka berisi dua belitan, belitan bergerak dan belitan stasioner. Induktansi total sama dengan jumlah induktansi kedua kumparan dan induktansi timbal balik di antara keduanya.
Dengan mengubah posisi relatif dari satu kumparan ke yang lain, nilai induktansi total disesuaikan. Perangkat semacam itu disebut variometer dan sering digunakan dalam peralatan komunikasi untuk menyetel sirkuit resonansi dalam kasus di mana penggunaan kapasitor dengan kapasitas variabel karena alasan tertentu tidak mungkin. Variometer cukup rumit, yang membatasi area aplikasinya.
Induktansi dalam bentuk gulungan tercetak
Kumparan dengan induktansi rendah dapat dibuat dalam bentuk spiral konduktor tercetak. Keuntungan dari desain seperti itu adalah:
- kemampuan manufaktur;
- pengulangan parameter yang tinggi.
Kerugiannya adalah ketidakmungkinan penyetelan halus selama penyesuaian dan kesulitan mendapatkan nilai induktansi yang besar - semakin tinggi induktansi, semakin banyak ruang yang dibutuhkan koil di papan tulis.
Kumparan dengan belitan penampang
Induktansi tanpa kapasitansi hanya terjadi di atas kertas. Dengan implementasi fisik koil, segera ada kapasitansi antar belitan parasit. Ini dalam banyak kasus merupakan fenomena yang berbahaya. Kapasitansi nyasar menambah kapasitansi sirkuit LC, mengurangi frekuensi resonansi dan faktor kualitas sistem berosilasi. Juga koil memiliki frekuensi resonansinya sendiri, yang memicu fenomena yang tidak diinginkan.
Untuk mengurangi kapasitansi nyasar digunakan berbagai metode, yang paling sederhana adalah penggulungan induktor berupa beberapa bagian yang dihubungkan secara seri. Dengan koneksi ini, induktansi ditambahkan, dan kapasitansi total berkurang.
Kumparan induktansi pada inti toroidal
Garis-garis medan magnet dari kumparan induktor silindris mengalir melalui bagian dalam kumparan (jika ada inti, maka melaluinya) dan dipersingkat melalui udara. Fakta ini memiliki beberapa kelemahan:
- Induktansi berkurang;
- karakteristik koil kurang dapat dihitung;
- objek apa pun yang dimasukkan ke dalam medan magnet eksternal mengubah parameter kumparan (induktansi, kapasitansi parasit, kerugian, dll.), sehingga dalam banyak kasus diperlukan pelindung.
Gulungan yang dililitkan pada inti toroidal (dalam bentuk cincin atau "bagel") sebagian besar bebas dari kekurangan ini. Garis-garis magnet berjalan di dalam inti dalam bentuk loop tertutup. Ini berarti bahwa objek eksternal hampir tidak berpengaruh pada parameter lilitan koil pada inti seperti itu, dan pelindung tidak diperlukan untuk desain seperti itu. Juga, induktansi meningkat, semua parameter lainnya sama, dan karakteristik lebih mudah dihitung.
Kerugian dari lilitan kumparan pada torus termasuk ketidakmampuan untuk menyesuaikan induktansi dengan lancar di tempatnya. Masalah lain adalah intensitas tenaga kerja yang tinggi dan kemampuan manufaktur yang rendah dari belitan. Namun, ini berlaku untuk semua elemen induktif secara umum, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil.
Juga kerugian umum dari implementasi fisik induktansi adalah dimensi massa yang tinggi, keandalan yang relatif rendah dan pemeliharaan yang rendah.
Oleh karena itu, dalam teknologi, komponen induktif dicoba untuk dihilangkan. Tetapi ini tidak selalu memungkinkan, jadi komponen belitan akan digunakan baik di masa mendatang maupun dalam jangka menengah.
Artikel terkait:
