Induktorkopplung

Im vorherigen Tutorial haben wir mit dem Verstehen eines Induktors und seiner Funktionsweise begonnen. Jetzt ist es an der Zeit, die verschiedenen Kombinationen von Induktoren zu untersuchen. In der Elektronik sind Induktivitäten nach den Kondensatoren und Widerständen die am häufigsten verwendeten Komponenten, die in unterschiedlichen Kombinationen für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden. Wir haben auch Induktoren verwendet, um Metalldetektoren zu bauen, und den Wert des Induktors mit verschiedenen Techniken gemessen. Alle Verknüpfungen sind unten angegeben:

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Was sind gekoppelte Schaltungen?

Die Kombinationen von Komponenten bilden zusammen gekoppelte Schaltungen. Die Bedeutung der gekoppelten Schaltung besteht darin, dass die Energieübertragung von einer zur anderen stattfindet, wenn eine der Schaltungen erregt wird. Hauptkomponenten in der Elektronikschaltung sind entweder leitend oder elektromagnetisch gekoppelt.

In diesem Tutorial werden jedoch die elektromagnetische Kopplung und die Kombination von Induktivitäten wie Induktivitäten in Reihen- oder Parallelkombinationen erläutert.

Gegenseitige Induktivität

Im vorherigen Artikel haben wir die Selbstinduktivität eines Induktors und seine Parameter diskutiert. Während des mit der Selbstinduktivität verbundenen Betriebs fand keine gegenseitige Induktivität statt.

Wenn die Stromänderungsrate auftritt, wird eine Spannung in einer Spule induziert. Was unter Verwendung der folgenden Formel weiter demonstriert werden kann, wobei

V (t) ist die induzierte Spannung innerhalb der Spule, i ist der Strom, der durch die Spule fließt, und die Induktivität der Spule ist L.

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

Die obige Bedingung gilt nur für das selbstinduktivitätsbezogene Schaltungselement, bei dem zwei Anschlüsse vorhanden sind. In einem solchen Fall wird keine Gegeninduktivität in die Bestellung aufgenommen.

Wenn sich nun im gleichen Szenario zwei Spulen in unmittelbarer Nähe befinden, erfolgt die induktive Kopplung.

In der obigen Abbildung sind zwei Spulen dargestellt. Diese beiden Spulen liegen sehr nahe beieinander. Aufgrund des durch die Spule L1 fließenden Stroms i1 wird ein magnetischer Fluss induziert, der dann auf die andere Spule L2 übertragen wird.

In der obigen Abbildung ist dieselbe Schaltung jetzt fest in ein Kernmaterial eingewickelt, so dass sich die Spulen nicht bewegen können. Da das Material ein Magnetkern ist, ist es durchlässig. Die zwei getrennten Spulen sind jetzt magnetisch gekoppelt. Interessanterweise induziert die andere Spule eine Spannung, die direkt proportional zur Stromänderungsrate in der anderen Spule ist, wenn eine der Spulen der Stromänderungsrate ausgesetzt ist.

Wenn daher eine Spannungsquelle V1 in der Spule L1 angelegt wird, beginnt der Strom i1 durch die L1 zu fließen. Die Stromänderungsrate erzeugt einen Fluss, der durch den Magnetkern fließt und eine Spannung in der Spule L2 erzeugt. Die Stromänderungsrate in L1 ändert auch den Fluss, der die induzierte Spannung in L2 weiter manipulieren kann.

Die induzierte Spannung im L2 kann in der folgenden Formel berechnet werden:

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

In der obigen Gleichung gibt es eine unbekannte Entität. Das ist M. Dies liegt daran, dass gegenseitige Induktivitäten für die gegenseitig induzierte Spannung in zwei unabhängigen Schaltkreisen verantwortlich sind. Diese M-Gegeninduktivität ist die Koeffizientenproportionalität.

Gleiches gilt für die erste Spule L1, die gegenseitig induzierte Spannung aufgrund der gegenseitigen Induktivität für die erste Spule kann -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Wie die Induktivität wird auch die gegenseitige Induktivität in Henry gemessen. Der Maximalwert der Gegeninduktivität kann √L ₁ L _{2 sein}. Da die Induktivität mit der Stromänderungsrate eine Spannung induziert, induziert die Gegeninduktivität auch eine Spannung, die als Gegenspannung M (di / dt) bezeichnet wird. Diese gegenseitige Spannung kann positiv oder negativ sein, was in hohem Maße von der physikalischen Konstruktion der Spule und der Richtung des Stroms abhängt.

DOT-Konvention

Die Dot Convention ist ein wesentliches Instrument zur Bestimmung der Polarität der gegenseitig induzierten Spannung. Wie der Name schon sagt, ist die kreisförmige Punktmarkierung ein spezielles Symbol, das am Ende zweier Spulen in miteinander gekoppelten Schaltkreisen verwendet wird. Dieser Punkt liefert auch die Information über die Wicklungskonstruktion um seinen Magnetkern.

In der obigen Schaltung sind zwei miteinander gekoppelte Induktivitäten gezeigt. Diese beiden Induktivitäten haben Selbstinduktivitäten von L1 und L2.

Die Spannungen V1 und V2, die über die Induktivitäten erzeugt werden, sind das Ergebnis des Stroms, der in die Induktivitäten an den gepunkteten Anschlüssen eintritt. Unter der Annahme, dass die Gegeninduktivität dieser beiden Induktivitäten M ist, kann die induzierte Spannung unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:

Für den ersten Induktor L1 beträgt die induzierte Spannung -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Die gleiche Formel kann zur Berechnung der induzierten Spannung des zweiten Induktors verwendet werden.

V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Daher enthält die Schaltung zwei Arten von induzierter Spannung, die induzierte Spannung aufgrund der Selbstinduktivität und die gegenseitig induzierte Spannung aufgrund der gegenseitigen Induktivität. Die induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Selbstinduktivität wird unter Verwendung der Formel V = L (di / dt) berechnet, die positiv ist, aber die gegenseitig induzierte Spannung kann abhängig von der Wicklungskonstruktion sowie dem Stromfluss negativ oder positiv sein. Die Verwendung von Punkten ist ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der Polarität dieser gegenseitig induzierten Spannung.

In einer gekoppelten Schaltung, in der zwei Anschlüsse zu zwei verschiedenen Spulen gehören und identisch mit Punkten markiert sind, addieren sich bei gleicher Stromrichtung, die relativ zu ähnlichen Anschlüssen ist, der magnetische Fluss des Selbst und die gegenseitige Induktion in jeder Spule.

Kopplungskoeffizient

Der Koeffizient der Induktorkopplung ist ein wichtiger Parameter für gekoppelte Schaltungen, um das Ausmaß der Kopplung zwischen den induktiv gekoppelten Spulen zu bestimmen. Der Kopplungskoeffizient wird durch den Buchstaben K ausgedrückt.

Die Formel des Kopplungskoeffizienten lautet K = M / √L ₁ + L _2, wobei L1 die Selbstinduktivität der ersten Spule und L2 die Selbstinduktivität der zweiten Spule ist.

Zwei induktiv gekoppelte Schaltkreise sind über den Magnetfluss miteinander verbunden. Wenn der gesamte Fluss eines Induktors gekoppelt oder verbunden ist, wird der andere Induktor als perfekte Kopplung bezeichnet. Während dieser Situation kann das K als 1 ausgedrückt werden, was die Kurzform einer 100% igen Kopplung ist. Der Kopplungskoeffizient ist immer kleiner als die Einheit und der Maximalwert des Kopplungskoeffizienten kann 1 oder 100% betragen.

Die Gegeninduktivität ist stark abhängig vom Kopplungskoeffizienten zwischen den beiden induktiv gekoppelten Spulenschaltungen. Wenn der Kopplungskoeffizient höher ist, ist die Gegeninduktivität höher, auf der anderen Seite, wenn der Kopplungskoeffizient niedriger ist, was die Gegeninduktivität in der Kopplungsschaltung stark verringert. Der Kopplungskoeffizient kann keine negative Zahl sein und hat keine Abhängigkeiten von der Stromrichtung innerhalb der Spulen. Der Kopplungskoeffizient hängt von den Kernmaterialien ab. In Eisen- oder Ferritkernmaterialien kann der Kopplungskoeffizient mit 0,99 sehr hoch sein, und für den Luftkern kann er je nach Abstand zwischen den beiden Spulen nur 0,4 bis 0,8 betragen.

Induktor in Reihenschaltung

Induktivitäten können in Reihe geschaltet werden. Es gibt zwei Möglichkeiten, Induktivitäten in Reihe zu schalten, indem Sie die Hilfsmethode oder die Widerspruchsmethode verwenden.

In der obigen Abbildung sind zwei Arten von Reihenschaltungen dargestellt. Für die ersten auf der linken Seite sind die Induktivitäten in Serie geschaltet durch Aiding Methode. Bei diesem Verfahren verläuft der durch die beiden Induktivitäten fließende Strom in die gleiche Richtung. Wenn der Strom in die gleiche Richtung fließt, verbinden sich die magnetischen Flüsse der Selbst- und der gegenseitigen Induktion miteinander und addieren sich.

Daher kann die Gesamtinduktivität unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Wobei L _eq die äquivalente Gesamtinduktivität und M die Gegeninduktivität ist.

Für das rechte Bild wird die Oppositionsverbindung angezeigt. In einem solchen Fall ist der Stromfluss durch die Induktivitäten in die entgegengesetzte Richtung. Daher kann die Gesamtinduktivität unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:

L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Wobei L _eq die äquivalente Gesamtinduktivität und M die Gegeninduktivität ist.

Induktoren in paralleler Kombination

Wie bei der Reiheninduktorkombination kann die Parallelkombination von zwei Induktoren zwei Typen sein, indem das Hilfsverfahren und das Gegenverfahren verwendet werden.

Bei der Hilfsmethode, wie auf dem linken Bild zu sehen, zeigt die Punktkonvention deutlich, dass der Stromfluss durch die Induktoren in die gleiche Richtung verläuft. Zur Berechnung der Gesamtinduktivität kann die folgende Formel sehr hilfreich sein. In einem solchen Fall ermöglicht das selbstinduzierte elektromagnetische Feld in zwei Spulen die gegenseitig induzierte EMK.

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

Bei der Oppositionsmethode sind die Induktoren parallel zur entgegengesetzten Richtung zueinander geschaltet. In einem solchen Fall erzeugt die Gegeninduktivität eine Spannung, die der selbstinduzierten EMF entgegenwirkt. Die äquivalente Induktivität der Parallelschaltung kann unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:

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

Anwendungen des Induktors

Eine der besten Anwendungen von gekoppelten Induktoren ist die Herstellung von Transformatoren. Ein Transformator verwendet gekoppelte Induktoren, die um einen Eisen- oder Ferritkern gewickelt sind. Ein idealer Transformator hat einen Verlustverlust und hundertprozentige Kopplungskoeffizienten. Neben dem Transformator werden gekoppelte Induktivitäten auch in Sepic- oder Flyback-Wandlern verwendet. Dies ist eine ausgezeichnete Wahl, um den primären Eingang mit dem sekundären Ausgang der Stromversorgung unter Verwendung der gekoppelten Induktivität oder Transformatoren zu isolieren.

Abgesehen davon werden gekoppelte Induktivitäten auch verwendet, um eine einfach oder doppelt abgestimmte Schaltung in einer Funk-Sende- oder Empfangsschaltung herzustellen