Accoppiamento induttore

Nel tutorial precedente, abbiamo iniziato con Capire un induttore e sta funzionando, ora è il momento di esplorare le diverse combinazioni di induttori. In elettronica, gli induttori sono i componenti più comunemente usati dopo i condensatori e le resistenze, che vengono utilizzati in diverse combinazioni per diverse applicazioni. Abbiamo anche utilizzato l'induttore per costruire metal detector e misurato il valore dell'induttore utilizzando diverse tecniche, tutti i collegamenti sono riportati di seguito:

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Cosa sono i circuiti accoppiati?

Le combinazioni di componenti sono insieme per creare circuiti accoppiati. Il significato di circuito accoppiato è che il trasferimento di energia avviene dall'uno all'altro quando uno dei circuiti è eccitato. I componenti principali nel circuito elettronico sono accoppiati in modo conduttivo o elettromagnetico.

Tuttavia, in questo tutorial, verranno discussi l'accoppiamento elettromagnetico e la combinazione di induttori, come induttori in serie o combinazioni parallele.

Induttanza reciproca

Nell'articolo precedente, abbiamo discusso l'autoinduttanza di un induttore e il suo parametro. Durante l'operazione relativa all'autoinduttanza, non si è verificata alcuna induttanza reciproca.

Quando si verifica la velocità di variazione della corrente, viene indotta una tensione all'interno di una bobina. Che può essere ulteriormente dimostrato utilizzando la formula seguente dove,

V (t) è la tensione indotta all'interno della bobina, i È la corrente che scorre attraverso la bobina e l'induttanza della bobina è L.

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

La condizione di cui sopra è vera solo per l'elemento circuitale relativo all'autoinduttanza in cui sono presenti due terminali. In tal caso, nell'ordine non viene presa alcuna induttanza reciproca.

Ora, nello stesso scenario, se due bobine sono situate a una distanza ravvicinata, avverrà l'accoppiamento induttivo.

Nell'immagine sopra, sono mostrate due bobine. Queste due bobine sono molto vicine l'una all'altra. A causa della corrente i1 che scorre attraverso la bobina L1, viene indotto un flusso magnetico che verrà poi trasferito all'altra bobina L2.

Nell'immagine sopra, lo stesso circuito è ora avvolto strettamente in un materiale di base in modo che le bobine non possano muoversi. Poiché il materiale è un nucleo magnetico, ha permeabilità. Le due bobine separate sono ora accoppiate magneticamente. Ora, è interessante notare che se una delle bobine affronta la velocità di variazione della corrente, l'altra bobina indurrà una tensione che è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente nell'altra bobina.

Pertanto, quando una sorgente di tensione V1 viene applicata nella bobina L1, la corrente i1 inizierà a fluire attraverso L1. La velocità di variazione della corrente produce un flusso che scorre attraverso il nucleo magnetico e produce una tensione nella bobina L2. La velocità di variazione della corrente in L1 cambia anche il flusso che può manipolare ulteriormente la tensione indotta in L2.

La tensione indotta in L2 può essere calcolata nella formula seguente:

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

Nell'equazione precedente, c'è un'entità sconosciuta. Questo è il M. Questo perché le mutue induttanze sono responsabili della tensione mutuamente indotta in due circuiti indipendenti. Questa M, mutua induttanza è la proporzionalità del coefficiente.

Lo stesso per la prima bobina L1, la tensione mutuamente indotta a causa della mutua induttanza per la prima bobina può essere -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Come per l'induttanza, anche l'induttanza reciproca viene misurata in Henry. Il valore massimo della mutua induttanza può essere √L ₁ L ₂. Poiché l'induttanza induce la tensione con il tasso di variazione della corrente, l'induttanza reciproca induce anche una tensione, che viene definita tensione reciproca M (di / dt). Questa tensione reciproca può essere positiva o negativa, il che è altamente affidabile dalla struttura fisica della bobina e dalla direzione della corrente.

Convenzione DOT

La Dot Convention è uno strumento essenziale per determinare la polarità della tensione mutuamente indotta. Come suggerisce il nome, il segno del punto che è in una forma circolare è un simbolo speciale che viene utilizzato all'estremità di due bobine in circuiti reciprocamente accoppiati. Questo punto fornisce anche le informazioni sulla struttura dell'avvolgimento attorno al suo nucleo magnetico.

Nel circuito sopra, sono mostrati due induttori reciprocamente accoppiati. Questi due induttori hanno autoinduttanze di L1 e L2.

Le tensioni V1 e V2 sviluppate attraverso gli induttori sono il risultato della corrente che entra negli induttori sui terminali tratteggiati. Supponendo che la mutua induttanza di questi due induttori sia M, la tensione indotta può essere calcolata utilizzando la formula seguente,

Per il primo induttore L1, la tensione indotta sarà -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

La stessa formula può essere utilizzata per calcolare la tensione indotta del secondo induttore, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Pertanto, il circuito contiene due tipi di tensione indotta, la tensione indotta dovuta all'autoinduttanza e la tensione mutuamente indotta dovuta all'induttanza reciproca. La tensione indotta in funzione dell'autoinduttanza viene calcolata utilizzando la formula V = L (di / dt) che è positiva, ma la tensione mutuamente indotta può essere negativa o positiva a seconda della costruzione dell'avvolgimento e del flusso di corrente. L'uso del punto è un parametro importante per determinare la polarità di questa tensione indotta reciprocamente.

In un circuito accoppiato in cui due terminali appartengono a due bobine diverse e contrassegnate in modo identico con punti, quindi per la stessa direzione della corrente che è relativa a terminali simili, il flusso magnetico di auto e mutua induzione in ciascuna bobina si sommeranno.

Coefficiente di accoppiamento

Il coefficiente di accoppiamento dell'induttore è un parametro importante per i circuiti accoppiati per determinare la quantità di accoppiamento tra le bobine accoppiate induttivamente. Il coefficiente di accoppiamento è espresso dalla lettera K.

La formula del coefficiente di accoppiamento è K = M / √L ₁ + L ₂ dove L1 è l'autoinduttanza della prima bobina e L2 è l'autoinduttanza della seconda bobina.

Due circuiti accoppiati induttivamente sono collegati utilizzando il flusso magnetico. Se l'intero flusso di un induttore è accoppiato o collegato, l'altro induttore viene chiamato accoppiamento perfetto. In questa situazione, la K può essere espressa come 1 che è la forma abbreviata di accoppiamento al 100%. Il coefficiente di accoppiamento sarà sempre inferiore all'unità e il valore massimo del coefficiente di accoppiamento può essere 1 o 100%.

La mutua induttanza è altamente dipendente dal coefficiente di accoppiamento tra i due circuiti della bobina accoppiati induttivamente. Se il coefficiente di accoppiamento è più alto, allora l'induttanza reciproca sarà maggiore, dall'altro lato, se il coefficiente di accoppiamento è a una quantità inferiore, diminuirà notevolmente l'induttanza reciproca nel circuito di accoppiamento. Il coefficiente di accoppiamento non può essere un numero negativo e non ha dipendenze dalla direzione della corrente all'interno delle bobine. Il coefficiente di accoppiamento dipende dai materiali del nucleo. Nei materiali con nucleo in ferro o ferrite il coefficiente di accoppiamento può essere molto alto come 0,99 e per il nucleo in aria, può essere basso da 0,4 a 0,8 a seconda dello spazio tra le due bobine.

Induttore in combinazione in serie

Gli induttori possono essere aggiunti insieme in serie. Esistono due modi per collegare gli induttori in serie, utilizzando il metodo di aiuto o il metodo di opposizione.

Nell'immagine sopra, sono mostrati due tipi di connessioni in serie. Per il primo sul lato sinistro, gli induttori sono collegati in serie con il metodo di aiuto. In questo metodo, la corrente che scorre attraverso i due induttori è nella stessa direzione. Mentre la corrente scorre nella stessa direzione, i flussi magnetici di auto e mutua induzione finiranno per collegarsi tra loro e sommarsi.

Pertanto, l'induttanza totale può essere calcolata utilizzando la formula seguente:

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Dove, L _eq è l'induttanza equivalente totale e M è l'induttanza reciproca.

Per l'immagine giusta, viene mostrato il collegamento dell'opposizione. In tal caso, il flusso di corrente attraverso gli induttori è nella direzione opposta. Pertanto, l'induttanza totale può essere calcolata utilizzando la formula seguente, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Dove, L _eq è l'induttanza equivalente totale e M è l'induttanza reciproca.

Induttori in combinazione parallela

Come la combinazione di induttori in serie, la combinazione parallela di due induttori può essere di due tipi, utilizzando il metodo di aiuto e il metodo di opposizione.

Per il metodo di aiuto, come si vede nell'immagine a sinistra, la convenzione del punto mostra chiaramente che il flusso di corrente attraverso gli induttori è nella stessa direzione. Per calcolare l'induttanza totale, la seguente formula può essere molto utile. In tal caso, il campo elettromagnetico autoindotto in due bobine consente l'emf indotta reciprocamente.

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

Per il metodo di opposizione, gli induttori sono collegati in parallelo nella direzione opposta l'uno dell'altro. In tal caso, la mutua induttanza crea una tensione che si oppone all'EMF autoindotto. L'induttanza equivalente del circuito parallelo può essere calcolata utilizzando la formula seguente:

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

Applicazioni dell'induttore

Uno dei migliori utilizzi degli induttori accoppiati è nella creazione di trasformatori. Un trasformatore utilizza induttori accoppiati avvolti attorno a un nucleo di ferro o ferrite. Un trasformatore ideale ha perdite zero e coefficienti di accoppiamento al cento per cento. Oltre al trasformatore, gli induttori accoppiati vengono utilizzati anche nel convertitore sepic o flyback. Questa è una scelta eccellente per isolare l'ingresso primario con l'uscita secondaria dell'alimentatore utilizzando l' induttore o i trasformatori accoppiati.

Oltre a ciò, gli induttori accoppiati vengono utilizzati anche per realizzare un circuito sintonizzato singolo o doppio in un circuito di trasmissione o ricezione radio