Cuplaj inductor

În tutorialul anterior, am început cu Înțelegerea unui inductor și funcționează, acum este timpul să explorăm diferitele combinații de inductori. În electronică, inductoarele sunt cele mai utilizate componente după condensatoare și rezistențe, care sunt utilizate în diferite combinații pentru diferite aplicații. De asemenea, am folosit inductor pentru a construi detectoare de metale și am măsurat valoarea inductorului folosind diferite tehnici, toate legăturile sunt date mai jos:

• LC Meter folosind Arduino: Măsurarea inductanței și frecvenței
• Cum se măsoară valoarea inductorului sau condensatorului utilizând osciloscopul
• Circuit simplu detector de metale
• Detector de metale Arduino

Ce este circuitele cuplate?

Combinațiile de componente sunt împreună pentru a crea circuite cuplate. Semnificația circuitului cuplat este că transferul de energie are loc de la unul la altul atunci când oricare dintre circuite este alimentat. Componentele majore din circuitul electronic sunt cuplate fie conductiv, fie electromagnetic.

Cu toate acestea, în acest tutorial, vor fi discutate cuplarea electromagnetică și combinația de inductoare, cum ar fi inductoarele în serie sau combinații paralele.

Inductanță mutuală

În articolul precedent, am discutat despre autoinductivitatea unui inductor și parametrul acestuia. În timpul operațiunii legate de auto-inductanță, nu a existat nicio inductanță reciprocă.

Când apare rata de schimbare a curentului, o tensiune este indusă în interiorul unei bobine. Ceea ce poate fi demonstrat în continuare folosind formula de mai jos unde,

V (t) este tensiunea indusă în interiorul bobinei, i Este curentul care curge prin bobină, iar inductanța bobinei este L.

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

Condiția de mai sus este adevărată numai pentru elementul de circuit legat de autoinductivitate în care sunt prezente două borne. Într-un astfel de caz, nicio inductanță reciprocă nu este luată în ordin.

Acum, în același scenariu, dacă două bobine sunt situate la o distanță apropiată, cuplajul inductiv se va întâmpla.

În imaginea de mai sus sunt afișate două bobine. Aceste două bobine sunt foarte apropiate una de cealaltă. Datorită curentului i1 care curge prin bobina L1, este indus flux magnetic care va fi apoi transferat către cealaltă bobină L2.

În imaginea de mai sus, același circuit este acum strâns înfășurat într-un material central, astfel încât bobinele nu se pot mișca. Deoarece materialul este un miez magnetic, acesta are permeabilitate. Cele două bobine separate sunt acum cuplate magnetic. Acum, interesant, dacă una dintre bobine se confruntă cu rata de schimbare a curentului, cealaltă bobină va induce o tensiune care este direct proporțională cu rata de schimbare a curentului din cealaltă bobină.

Prin urmare, atunci când se aplică o sursă de tensiune V1 în bobina L1, curentul i1 va începe să curgă prin L1. Rata de schimbare a curentului produce un flux care curge prin miezul magnetic și produce o tensiune în bobina L2. Rata de schimbare a curentului în L1 schimbă și fluxul care poate manipula în continuare tensiunea indusă în L2.

Tensiunea indusă în L2 poate fi calculată în continuare formula-

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

În ecuația de mai sus, există o entitate necunoscută. Asta este M. Acest lucru se datorează faptului că, inductanțele reciproce sunt responsabile pentru tensiunea indusă reciproc în două circuite independente. Această M, inductanță reciprocă este coeficientul de proporționalitate.

La fel și pentru prima bobină L1, tensiunea indusă reciproc datorită inductanței reciproce pentru prima bobină poate fi -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

La fel ca și inductanța, inductanța reciprocă este, de asemenea, măsurată în Henry. Valoarea maximă a inductanței reciproce poate fi √L ₁ L ₂. Deoarece inductanța induce tensiunea cu rata de schimbare a curentului, inductanța reciprocă induce și o tensiune, care este denumită tensiune reciprocă M (di / dt). Această tensiune reciprocă poate fi pozitivă sau negativă, ceea ce depinde în mare măsură de construcția fizică a bobinei și de direcția curentului.

Convenția DOT

Convenția Dot este un instrument esențial pentru a determina polaritatea tensiunii induse reciproc. După cum sugerează și numele, semnul punctului care are o formă circulară este un simbol special care este utilizat la sfârșitul a două bobine în circuitele cuplate reciproc. Acest punct oferă, de asemenea, informații despre construcția înfășurării în jurul miezului său magnetic.

În circuitul de mai sus, sunt afișați doi inductori cuplați reciproc. Acești doi inductori au autoinductanțe de L1 și L2.

Tensiunile V1 și V2 sunt dezvoltate între inductoare și sunt rezultatul intrării curentului în inductoare de pe bornele punctate. Presupunând că inductanța reciprocă a celor doi inductori este M, tensiunea indusă poate fi calculată folosind formula de mai jos,

Pentru primul inductor L1, tensiunea indusă va fi -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Aceeași formulă poate fi utilizată pentru calcularea tensiunii induse a celui de-al doilea inductor, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Prin urmare, circuitul conține două tipuri de tensiune indusă, tensiunea indusă datorită autoinductanței și tensiunea indusă reciproc datorită inductanței reciproce. Tensiunea indusă în funcție de autoinductanță este calculată utilizând formula V = L (di / dt) care este pozitivă, dar tensiunea indusă reciproc poate fi negativă sau pozitivă în funcție de construcția înfășurării, precum și de fluxul de curent. Utilizarea punctului este un parametru important pentru a determina polaritatea acestei tensiuni induse reciproc.

Într-un circuit cuplat în care două terminale aparțin două bobine diferite și sunt marcate identic cu puncte, atunci pentru aceeași direcție a curentului, care este relativ la borne similare, fluxul magnetic de sine și inducția reciprocă în fiecare bobină se vor aduna împreună.

Coeficientul de cuplare

Coeficientul de cuplare inductor este un parametru important pentru circuitele cuplate pentru a determina cantitatea de cuplare între bobinele cuplate inductiv. Coeficientul de cuplare este exprimat prin litera K.

Formula coeficientului de cuplare este K = M / √L ₁ + L ₂ unde L1 este autoinductivitatea primei bobine și L2 este autoinductanța celei de-a doua bobine.

Două circuite cuplate inductiv sunt legate folosind fluxul magnetic. Dacă întregul flux al unui inductor este cuplat sau legat, celălalt inductor se numește cuplare perfectă. În această situație, K poate fi exprimat ca 1, care este forma scurtă de cuplare 100%. Coeficientul de cuplare va fi întotdeauna mai mic decât unitatea, iar valoarea maximă a coeficientului de cuplare poate fi de 1 sau 100%.

Inductanța reciprocă este extrem de fiabilă de coeficientul de cuplare între cele două circuite cu bobine cuplate inductiv. Dacă coeficientul de cuplare este mai mare, deci inductanța reciprocă va fi mai mare, pe de altă parte, dacă coeficientul de cuplare este la o cantitate mai mică, ceea ce va reduce foarte mult inductanța reciprocă în circuitul de cuplare. Coeficientul de cuplare nu poate fi un număr negativ și nu are dependențe de direcția curentului din interiorul bobinelor. Coeficientul de cuplare depinde de materialele de bază. În materialele cu miez de fier sau ferită, coeficientul de cuplare poate fi foarte mare, cum ar fi 0,99, iar pentru miezul de aer poate fi de 0,4 până la 0,8, în funcție de spațiul dintre cele două bobine.

Inductor în combinație de serie

Inductoarele pot fi adăugate în serie. Există două moduri de a conecta inductoarele în serie, utilizând metoda de ajutorare sau folosind metoda opoziției.

În imaginea de mai sus sunt afișate două tipuri de conexiuni în serie. Pentru primul din partea stângă, inductoarele sunt conectate în serie prin metoda de asistare. În această metodă, curentul care curge prin cei doi inductori este în aceeași direcție. Pe măsură ce curentul curge în aceeași direcție, fluxurile magnetice de sine și de inducție reciprocă vor ajunge să se lege între ele și să se adune.

Prin urmare, inductanța totală poate fi calculată folosind formula de mai jos

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Unde, L _eq este inductanța echivalentă totală și M este inductanța reciprocă.

Pentru imaginea potrivită, este afișată Conexiunea de opoziție. Într-un astfel de caz, curentul de curent prin inductoare este în direcția opusă. Prin urmare, inductanța totală poate fi calculată folosind formula de mai jos, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Unde, L _eq este inductanța echivalentă totală și M este inductanța reciprocă.

Inductori în combinație paralelă

La fel ca combinația de inductori de serie, combinația paralelă a două inductoare poate fi de două tipuri, utilizând metoda de ajutorare și folosind metoda de opoziție.

Pentru metoda de asistență, așa cum se vede în imaginea din stânga, convenția punctelor arată în mod clar că fluxul de curent prin inductoare este în aceeași direcție. Pentru a calcula inductanța totală, formula de mai jos poate fi foarte utilă. Într-un astfel de caz, câmpul electromagnetic auto-indus în două bobine permite emf indus reciproc.

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

Pentru metoda de opoziție, inductoarele sunt conectate în paralel cu direcția opusă unul altuia. Într-un astfel de caz, inductanța reciprocă creează o tensiune care se opune EMF auto-indus. Inductanța echivalentă a circuitului paralel poate fi calculată folosind formula de mai jos-

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

Aplicațiile inductorului

Una dintre cele mai bune utilizări ale inductoarelor cuplate este crearea de transformatoare. Un transformator folosește inductori cuplați înfășurați în jurul miezului de fier sau de ferită. Un transformator ideal are pierderi zero și coeficienți de cuplare sută la sută. În afară de transformator, inductoarele cuplate sunt de asemenea utilizate în convertorul sepic sau flyback. Aceasta este o alegere excelentă pentru a izola intrarea primară de ieșirea secundară a sursei de alimentare utilizând inductorul cuplat sau transformatoarele.

În afară de aceasta, inductoarele cuplate sunt de asemenea utilizate pentru a realiza un circuit reglat simplu sau dublu în circuitul de transmisie sau recepție radio