インダクタンスとは、測定方法、基本式

インダクタンスは、電気回路内のコンポーネントが磁場エネルギーを蓄える能力の尺度です。また、電流と磁場の関係の尺度でもあります。また、質量は機械体の慣性の尺度であるため、電気の慣性と比較されます。

インダクタンス。

コンテンツ

1 自己誘導現象
2 直列および並列のインダクタンスの接続
- 2.1 並列接続
- 2.2 直列接続
3 インダクタコイルのいくつかの実際的な問題と設計

自己誘導現象

導電回路を流れる電流の大きさが変化すると、自己誘導の現象が発生します。この場合、回路を通る磁束が変化し、自己誘導EMFと呼ばれるEMFが現在のフレームのリードに発生します。この EMF は電流の方向と反対であり、次の値に等しくなります。

ε=-ΔF/Δt=-L*(ΔI/Δt)

明らかに、自己誘導EMFは、回路を流れる電流の変化によって引き起こされる磁束の変化率に等しく、電流の変化率にも比例します。自己誘導の EMF と電流の変化率の間の比例係数はインダクタンスと呼ばれ、L で表されます。この値は常に正であり、SI 単位は 1 ヘンリー (1 Gn) です。分数、ミリジェネリー、マイクロジェネリーも使用されます。 1アンペアの電流の変化が1ボルトの自己誘導のEMFを引き起こす場合、1ヘンリーのインダクタンスについて話すことができます.回路にはインダクタンスがあるだけでなく、単一の導体とコイルもあり、一連の直列回路として表すことができます。

エネルギーはインダクタンスに蓄えられ、W=L*I として計算できます。²/2、ここで:

W - エネルギー、J;
L - インダクタンス、Gn;
I - コイルの電流、A.

そしてここで、エネルギーはコイルのインダクタンスに正比例します。

重要！ エンジニアリングでは、インダクタンスは電界が保存されるデバイスも指します。この定義に最も近い実際の要素は、インダクタコイルです。

物理的なコイルのインダクタンスを計算するための一般式は複雑な形をしており、実際の計算には不便です。インダクタンスは巻き数、コイルの直径に比例し、幾何学的形状に依存することを覚えておくと便利です。また、インダクタンスは、コイルが配置されているコアの透磁率の影響を受けますが、コイルを流れる電流の影響を受けません。インダクタンスを計算するには、特定の設計について与えられた式を毎回参照する必要があります。したがって、円筒形コイルの場合、その基本特性は次の式に従って計算されます。

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L=μ*μ*(N²*S/l)、

どこ：

μはコイルコアの比透磁率です。
μ - 磁気定数、1.26*10-6 Gn/m;
N - ターン数;
S - コイルの面積;
l - コイルの幾何学的長さ。

円筒形コイルおよびその他のコイル形状のインダクタンスを計算するには、オンライン計算機を含む計算プログラムを使用することをお勧めします。

インダクタンスを直列および並列に接続する

インダクタンスは直列または並列に接続でき、新しい特性を持つセットを生成します。

並列接続

コイルが並列に接続されている場合、すべての要素の電圧は等しく、電流 (交互に) 要素のインダクタンスに反比例します。

U=U₁=U₂=U₃;
私=私₁+私₂+私₃.

回路の総インダクタンスは、1/L=1/L として定義されます。₁+1/L₂+1/L₃.式は、任意の数の要素に対して有効であり、2 つのコイルの場合、L=L の形式に簡略化されます。₁*L₂/(L₁+弱₂）。結果として得られるインダクタンスは、最小の要素のインダクタンスよりも小さいことは明らかです。インダクタの並列接続。

直列接続

このタイプの接続では、コイルで構成される回路に同じ電流が流れ、回路の各コンポーネントの電圧 (AC!) は、各要素のインダクタンスに比例して分配されます。

U=U₁+U₂+U₃;
私=私₁=私₂=私₃.

総インダクタンスはすべてのインダクタンスの合計に等しく、最大値を持つ要素のインダクタンスよりも大きくなります。したがって、この接続は、インダクタンスの増加を得る必要がある場合に使用されます。

インダクタンスを直列に接続します。

重要！ コイルを直列または並列バッテリーに接続する場合、計算式は、要素の磁場の相互影響が排除されている場合 (シールド、遠距離など) にのみ当てはまります。影響がある場合、インダクタンスの合計値はコイルの相互配置に依存します。

インダクタコイルのいくつかの実際的な問題と設計

実際には、さまざまな設計のインダクタコイルが使用されます。デバイスの目的と用途に応じてさまざまな方法で作成できますが、実際のコイルで発生する影響を考慮する必要があります。

インダクタコイルの品質係数

実際のコイルには、インダクタンスに加えていくつかのパラメータがあり、最も重要なものの 1 つは品質係数です。この値はコイルの損失を決定し、以下に依存します。

巻線のオーミック損失（抵抗が大きいほど、品質係数は低くなります）;
ワイヤと巻線のフレームの絶縁における誘電損失。
シールドの損失;
コア損失。

これらすべての量が損失抵抗を定義し、品質係数は Q=ωL/R 損失に等しい無次元の値です。ここで、

ω = 2*π*F - 循環周波数;
L - インダクタンス;
ωL - コイルリアクタンス。

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品質係数は、アクティブ抵抗に対するリアクティブ (誘導) 抵抗の比率に等しいと大まかに言うことができます。一方では、周波数の増加とともに分子が増加しますが、同時に表皮効果により、有用なワイヤ断面積の減少により損失抵抗も増加します。

表皮効果

異物、電場、磁場の影響、およびこれらの場を介した要素の相互影響を減らすために、コイル（特に高周波のもの）はしばしばシールド内に配置されます。有用な効果に加えて、シールドはコイルの Q ファクターを低下させ、コイルのインダクタンスを低下させ、寄生容量を増加させます。さらに、シールドの壁がコイルの巻きに近づくほど、有害な影響が大きくなります。したがって、シールドコイルは、ほとんどの場合、パラメータを調整できるように作られています。

調整可能なインダクタンス

場合によっては、コイルを回路の他の要素に接続した後、チューニング中のパラメータの偏差を補償するために、インダクタンス値を正確に設定する必要があります。これには様々な方法（ターンの切り替えなど）が使用されますが、最も正確でスムーズな方法はコアでの調整です。それは、コイルのインダクタンスを調整して、フレームの内側にねじ込むことができるねじ付きロッドの形で作られています。

インダクタンスの調整。

可変インダクタンス（バリオメータ）

インダクタンスまたは誘導結合の動作調整が必要な場合は、異なる設計のコイルが使用されます。それらには、可動巻線と固定巻線の 2 つの巻線が含まれています。総インダクタンスは、2 つのコイルのインダクタンスとそれらの間の相互インダクタンスの合計に等しくなります。

一方のコイルと他方のコイルの相対位置を変更することにより、総インダクタンス値が調整されます。このようなデバイスはバリオメータと呼ばれ、何らかの理由で可変容量のコンデンサを使用できない場合に、共振回路を調整するために通信機器でよく使用されます。バリオメータは非常に扱いにくく、適用範囲が限られています。

ボールバリオメーター

プリントコイルのインダクタンス

低インダクタンスのコイルは、印刷された導体のスパイラルの形で作ることができます。このような設計の利点は次のとおりです。

製造可能性;
パラメータの高い再現性。

不利な点は、調整中の微調整が不可能であることと、大きな値のインダクタンスを取得するのが難しいことです。インダクタンスが高いほど、ボード上でコイルが占めるスペースが大きくなります。

プリントコイルのインダクタンス。

部分巻きコイル

静電容量のないインダクタンスは、紙の上でのみ発生します。コイルを物理的に実装すると、すぐに寄生巻線間容量が発生します。これは多くの場合、有害な現象です。浮遊容量は LC 回路の容量に加算され、共振周波数と発振システムの品質係数を低下させます。また、コイルには固有の共振周波数があり、望ましくない現象を引き起こします。

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寄生容量。

浮遊容量を減らすために、さまざまな方法が使用されますが、最も単純なのは、直列に接続されたいくつかのセクションの形でインダクタを巻くことです。この接続により、インダクタンスが追加され、総静電容量が減少します。

直列のいくつかのセクションの形でのインダクタンスの巻線。

トロイダルコアのインダクタンスコイル

円筒コイル磁力線

円筒形のインダクタコイルの磁力線は、コイルの内側を通り (コアがある場合はコアを通り抜けます)、空中で短絡します。この事実には、いくつかの欠点があります。

インダクタンスが減少します。
コイルの特性はあまり計算できません。
外部磁場に物体が入ると、コイルのパラメータ (インダクタンス、寄生容量、損失など) が変化するため、多くの場合、シールドが必要です。

(リングまたは「ベーグル」の形で) トロイダルコアに巻かれたコイルには、これらの欠点がほとんどありません。磁力線は閉ループの形でコア内を走っています。これは、外部の物体がそのようなコアに巻かれたコイルのパラメータにほとんど影響を与えず、そのような設計にはシールドが必要ないことを意味します。また、インダクタンスが増加し、他のすべてのパラメータが等しくなり、特性が計算しやすくなります。