Schémata pro všechny příležitosti » Indukčnost. Induktory
Indukčnost (aplikovaný na součásti elektrického obvodu) je idealizovaný prvek elektrického obvodu, jehož vlastnosti jsou podobné vlastnostem indukční cívky, ve které je akumulována energie magnetického pole.
Induktor je vodič navinutý na jádru. Jádro může být magnetické nebo nemagnetické. Schematické znázornění indukční cívky je na obr. 1. Při provozu v elektrickém obvodu zabraňuje indukční cívka změně proudu, který jí protéká. Jinými slovy, pokud se proud dodávaný do obvodu obsahujícího cívku prudce zvýší, proud v obvodu se bude plynule zvyšovat, dokud nedosáhne své maximální hodnoty.
Obrázek 1 ukazuje konvenční grafické obrázky indukčních cívek různých typů [3].
Schopnost induktoru odolávat změnám v proudu, který jím prochází, se nazývá indukčnost této cívky. Indukčnost se označuje písmenem L, její měrnou jednotkou je Henry (Henry). Henry je velká jednotka indukčnosti, mnohem častěji se používají milihenry (mH) = 10 -3 H a mikrohenry (μH) = 10 -6 H.
Cívky mohou mít konstantní nebo proměnnou indukčnost. Obrázek 1 ukazuje schematické znázornění cívky s proměnnou indukčností (obrázky 1c a 1d). Cívky s proměnnou indukčností obsahují jádro trimru. Jádro může být vyrobeno z materiálu, který po zavedení do cívky buď zvýší indukčnost (například ferit), nebo ji sníží (například mosaz).
Induktory se vzduchovým jádrem nebo bezjádrové tlumivky se používají v aplikacích, kde indukčnost nepřesahuje 5 mH. Jsou navinuty na keramická nebo kompozitní jádra. Feritová nebo prášková železná jádra se typicky používají pro indukčnosti do 200 mH.
Toroidní jádra mají prstencový tvar a umožňují dosáhnout vysoké indukčnosti v malých rozměrech. Jejich magnetické pole je soustředěno uvnitř jádra.
Vícevrstvé induktory se železným jádrem se používají k získání velké indukčnosti od 0,1 do 100 H. Tato indukčnost závisí na velikosti proudu procházejícího cívkou. Tyto cívky se někdy nazývají tlumivky. Používají se v napájecích filtračních obvodech k odstranění střídavých složek usměrněného stejnosměrného proudu.
Je-li na indukční cívku L přivedeno přes rezistor konstantní napětí (obr. 2), pak je pro nastolení maximálního proudu v obvodu zapotřebí doba, která je přímo úměrná hodnotě odporu a indukčnosti. Časová konstanta obvodu určuje dobu potřebnou k tomu, aby se proud ve vodiči zvýšil z nuly na 63,2 % nebo poklesl na 36,8 % své maximální hodnoty. Časová konstanta je určena následujícím vzorcem: t= L/R, kde t je čas v sekundách, R je odpor v ohmech, L je indukčnost v Henry.
K vytvoření maximálního magnetického pole v indukční cívce je zapotřebí přibližně pět časových konstant L/R obvodu. Stejně dlouho trvá, než magnetické pole zmizí.
Cívka induktoru ve stejnosměrném obvodu má velmi nízký odpor (při zohlednění odporu vodiče) a nebrání toku stejnosměrného proudu. Když se na indukční cívku přivede střídavé napětí, vytvoří se magnetické pole. Magnetické pole zase indukuje v závitech cívky napětí, které se nazývá elektromotorická síla (emf) samoindukce. E.m.f. samoindukce je fázově posunutá o 180° vzhledem k použitému napětí a je proti přiloženému napětí.
Reaktance indukční cívky se vypočítá podle vzorce: XL = j*2*π*f*L, kde j znamená otočení vektoru ve směru hodinových ručiček o 90°, L je indukčnost (H), f je frekvence (Hz).
Indukční reaktance je funkcí frekvence použitého střídavého napětí a indukčnosti. Zvýšení frekvence zvyšuje indukční reaktanci a způsobuje zvýšení opozice vůči proudu. Snížení frekvence snižuje indukční reaktanci a snižuje odpor vůči proudu. Této vlastnosti indukčních cívek se využívá při konstrukci různých elektrických filtrů.
Seznam použité literatury
1. Atabekov G. I. Základy teorie obvodů: Učebnice. 2. vydání, opraveno – St. Petersburg: Lan Publishing House, 2006.–432 s.
2. hrabě D. Gates. Úvod do elektroniky: Učebnice. – Rostov na Donu: Nakladatelství Phoenix, 1998, 640 stran.
3. GOST 2.723-68. Jednotný systém projektové dokumentace. Konvenční grafické symboly v diagramech. Tlumivky, tlumivky, transformátory, autotransformátory a magnetické zesilovače.