Izračun induktivnosti navitja: formula

Vsak od nas je imel težave s predmeti v šoli. Nekdo je imel težave s kemijo, nekdo - s fiziko. Toda tudi če je bilo z vsemi temami vedno dobro, se verjetno ne spomnite vsega, kar ste dobili v šoli. Ena od teh tem je elektromagnetizem na splošno in zlasti izračun induktivnosti tuljav.

Naj začnemo malo potopiti v zgodovino takšnega pojava, kot je magnetizem.

Zgodovina

Magnetizem začne svojo zgodovino iz starodavne Kitajske in antične Grčije. Magnetno železo, odkrito na Kitajskem, je bilo nato uporabljeno kot igla s kompasom, usmerjeno proti severu. To se omenja kitajski cesar uporabil ga je med bitko.

Do leta 1820 pa je bil magnetizem obravnavan le kot pojav. Vsa njena praktična uporaba je bila zaključena z usmerjanjem igle kompasa na sever. Vendar je leta 1820 Oersted izvedel svoj eksperiment z magnetno iglo, ki je pokazal učinek električnega polja na magnet. Ta izkušnja je bila spodbuda za nekatere znanstvenike, ki so vzeli resno za razvoj teorije magnetnega polja.

Po samo 11 letih, leta 1831, je Faraday odkril zakon elektromagnetna indukcija uvedli izraz "magnetno polje", ki ga uporabljajo fiziki. Prav ta zakon je bil podlaga za ustvarjanje induktorjev, o katerih bomo danes razpravljali.

In preden začnemo razmišljati o sami napravi teh tuljav, osvežimo koncept magnetnega polja v naši glavi.

Magnetno polje

Ta fraza nam je znana iz šole. Toda mnogi so že pozabili, kaj to pomeni. Čeprav se vsak izmed nas spominja, da lahko magnetno polje vpliva na objekte, jih privlači ali odbija. Poleg tega pa ima še druge značilnosti: na primer, magnetno polje lahko prizadene električno nabite predmete, kar pomeni, da sta električna energija in magnetizem tesno medsebojno povezani, en pojav pa lahko gladko prehaja v drugo. Znanstveniki so to že pred časom razumeli in zato vse te procese začeli imenovati v eni besedi - »elektromagnetni pojavi«. Elektromagnetizem je pravzaprav precej zanimivo in še ne popolnoma proučeno področje fizike. To je zelo obsežno, in znanje, ki vam ga lahko predstavimo tukaj, je zelo majhen del tega, kar človeštvo danes pozna o magnetizmu.

Zdaj pa gremo neposredno na predmet našega članka. Naslednji razdelek bo namenjen neposredno obravnavi induktivnosti naprave.

Kaj je induktor?

S temi postavkami se soočamo ves čas, vendar jim komajda dajemo poseben pomen. To je za nas rutina. Pravzaprav se induktorji danes najdejo v skoraj vsaki napravi, najbolj opazen primer njihove uporabe pa so transformatorji. Če menite, da so transformatorji le na transformatorskih postajah, potem se zelo zmotite: vaš polnilnik iz prenosnika ali pametnega telefona je prav tako nekakšen transformator, le manjši od tistih, ki se uporabljajo v elektrarnah in distribucijskih postajah.

Vsak induktor je sestavljen iz jedra in navitja. Jedro je palica iz dielektričnega ali feromagnetnega materiala, na katerem je navitje navito. Slednji se najpogosteje izdeluje iz bakrene žice. Število obratov navitja je neposredno povezano z velikostjo magnetne indukcije nastale tuljave.

Zdaj, preden razmislimo o izračunu induktivnosti tuljav in formul, potrebnih za to, govorimo o tem, katere parametre in lastnosti bomo izračunali.

Katere parametre ima tuljava?

Tuljava ima več fizičnih lastnosti, ki odražajo njeno kakovost in primernost za določeno delo. Ena izmed njih je induktivnost. To je numerično enako razmerju pretoka. ustvarjeno magnetno polje tuljavo, na obseg tega toka. Induktivnost merimo v Henryju (H) in v večini primerov prevzame vrednosti od mikrogenskih enot do desetih Henryjevih.

Induktivnost je morda najpomembnejši parameter tuljave. Zato ni presenetljivo, da večina ljudi niti ne misli, da obstajajo druge količine, ki bi lahko opisale obnašanje tuljave in odražale njeno primernost za določeno uporabo.

Pri izbiri induktorjev, strokovnjaki tudi pozorni na odpornost na izgube. Kot je mogoče razumeti iz tega izraza, odraža obseg izgube električne energije, ki nastane zaradi parazitskih učinkov, kot je na primer segrevanje žic, ki se pojavi po Joule-Lenzovem zakonu. Ni težko razumeti, da je nižja vrednost tuljave boljša.

Še en parameter, ki ga je treba upoštevati, je kakovost vezja. Je tesno povezana s prejšnjim parametrom in predstavlja razmerje med reaktanco in aktivnim (odpornost proti izgubi). V skladu s tem je višji faktor kakovosti - boljši. Njegovo povečanje se doseže z izbiro optimalnega premera žice, materiala in premera jedra, števila navitij.

Zdaj pa si poglejmo najpomembnejši in najbolj razburljiv parameter za nas - induktivnost tuljave.

Malo več o induktivnosti

Ta koncept smo že razstavili in zdaj o tem še malo govorimo. Zakaj? Navsezadnje moramo izračunati induktivnost tuljav, kar pomeni, da moramo razumeti, kaj je to in zakaj ga moramo izračunati.

Induktivna tuljava je zasnovana za ustvarjanje magnetnega polja, zato ima parametre, ki opisujejo njegovo moč. Ta parameter je magnetni tok. Toda različne tuljave imajo različne izgube, ko skozi njih teče tok in s tem različna učinkovitost. Glede na premer žic in število zavojev lahko tuljava proizvede drugačno magnetno polje. Zato je potrebno uvesti takšno vrednost, ki bi odražala razmerje med velikostjo magnetnega toka in jakostjo toka skozi tuljavo. Ta parameter je induktivnost.

Zakaj potrebujete izračun induktivnosti?

Na svetu je veliko kolobarjev različnih vrst. Razlikujejo se po lastnostih in zato v aplikacijah. Nekateri se uporabljajo v transformatorjih, drugi, solenoidi, opravljajo vlogo elektromagneti velike moči. Poleg teh bo veliko aplikacij za induktorje. In vsi potrebujejo različne vrste tuljav. Razlikujejo se po lastnostih. Toda večino teh lastnosti lahko kombiniramo s konceptom induktivnosti.

Prišli smo blizu, da pojasnimo, kaj vključuje formula za izračun induktivnosti tuljave. Vendar je treba izraziti pridržek, da ne gre za "formulo", temveč za "formule", saj je mogoče vse tuljave razdeliti na več velikih skupin, od katerih ima vsaka svojo ločeno formulo.

Vrste tuljav

Funkcionalno razlikujejo konturne tuljave, ki se uporabljajo v radiofiziki, komunikacijske tuljave, ki se uporabljajo v transformatorjih, in variometri, tj.

Obstaja tudi vrsta tuljav, kot so dušilke. V tem razredu je tudi delitev na redno in dvojno. Imajo visoko odpornost izmenični tok in zelo nizka - konstantna, zaradi česar lahko služijo kot dober filter, ki omogoča enosmerni tok in zamude izmeničnega toka. Dvojne dušilke so učinkovitejše pri visokih tokovih in frekvencah v primerjavi s konvencionalnimi.

Izračuni formule

Prišel je čas, da gremo na glavno temo članka. Najprej vam povemo, kako izračunati induktivnost tuljave brez jedra. To je najpreprostejša oblika izračuna. Toda tudi tu ima svoje razlik. Za enostavnost vzemite tuljavo, katere navijanje leži v eni plasti. Za njo je izračun enoslojne induktivnosti pošten:

L = D2 * n2 / (45D + 100l ).

Tu je L induktivnost, D premer tuljave v centimetrih, n število obratov, l dolžina navitja v centimetrih. Enoslojna tuljava predpostavlja, da debelina navitja ne bo večja od ene plasti, kar pomeni, da je za to veljavno izračunati ravno induktivno tuljavo. Na splošno je večina formul za izračun induktivnosti zelo podobna: pomembne razlike le v koeficientih spremenljivk v števcu in imenovalcu. Najpreprosteje je izračunati induktivnost tuljave brez jedra.

Zanimiva je tudi formula za izračun induktivnosti tuljave z velikim številom zavojev:

L = 0,08 * D2 * n2 / (3 * D + 9 * b + 10 * c).

Tu je b širina žice, c je njena višina. Ta formula je učinkovita za izračun večslojne indukcijske tuljave. V praksi se uporablja nekoliko manj pogosto kot tista, ki bo obravnavana v nadaljevanju.

Najpomembnejši, morda, bo izračun induktivnosti tuljave z jedrom. Obstaja posebna formula, ki kaže, da je ta induktivnost določena z materialom, iz katerega je izdelano jedro, oziroma z njegovo magnetno prepustnostjo. Ta formula izgleda tako:

L = m * m ₀ * n ² * S / l,
pri čemer je m magnetna prepustnost materiala jedra, m ₀ je magnetna konstanta (enaka 12,56 · 10-7 GN / m), S je površina prečnega prereza tuljave, l dolžina navitja.

Izračun obratov induktorja je zelo preprost: to je število slojev prevodnika, ki so ranjeni na jedru.

Ugotovili smo formule, zdaj pa malo o tem, kje nam lahko natančno te formule in izračuni koristijo.

Praktična uporaba

Te formule se zelo pogosto uporabljajo zaradi vseprisotnosti induktorjev. Kot smo že ugotovili, obstajajo različne vrste tuljav, od katerih vsaka ustreza njeni uporabi. V zvezi s tem jih je treba nekako ločiti glede na njihove značilnosti, saj vsaka industrija zahteva svojo specifično induktivnost in kakovost.

V osnovi se izračun induktivnosti tuljav uporablja v proizvodnji in elektrotehniki. Vsak ljubiteljski radijski operater mora vedeti, kako izračunati induktivnost, sicer lahko ugotovi, katera tuljava iz velikega niza je primerna za njegov namen in katera tuljava ni.

Vas zanima?

Danes obstaja veliko znanstvenikov, ki se zanimajo za magnetizem in magnetne pojave. Študirajo tako magnetne kot električne vidike snovi, poskušajo identificirati vzorce in sintetizirati močne magnete z določenimi potrebnimi lastnostmi: npr. Z visokim tališčem ali superprevodnostjo. Vsi ti materiali se lahko uporabljajo v številnih industrijah.

Dajmo primer z letalsko industrijo: obetavni za medzvezdne lete na velike razdalje so rakete z ionskimi motorji, ki ustvarjajo potisk z izmetavanjem ioniziranega plina iz šobe. Potisna sila v takem motorju je odvisna od temperature plina in hitrosti njegovega gibanja. V skladu s tem, da bi zagotovili maksimalno silo za pospeševanje, potrebujemo zelo močan magnet, ki pospeši nabite delce in ima tudi zelo visoko tališče, da se ne topi, ko plini izstopijo iz šobe.

Zaključek

Znanje ni nikoli odveč in vedno nekje bo koristno. Zdaj, če dobite program za izračun induktivnosti tuljave, lahko preprosto ugotovite, zakaj obstajajo takšne formule in katere spremenljivke v njih pomenijo. Ta članek je namenjen samo vašim informacijam, in če želite izvedeti več, morate prebrati strokovno literaturo (korist dolgoletnega študija magnetnih pojavov, ki jo je veliko zbrala).