인덕턴스는 자기장의 에너지를 축적하는 전기 회로 요소의 특성을 나타냅니다. 또한 전류와 자기장 사이의 관계를 측정합니다. 그것은 또한 기계 본체의 관성을 측정하는 질량과 마찬가지로 전기의 관성과 비교됩니다.
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자기유도 현상
전도 회로에 흐르는 전류의 크기가 변하면 자기 유도 현상이 발생합니다. 이 경우 회로를 통한 자속이 변경되고 자기 유도 EMF라고 하는 전류 루프의 단자에 EMF가 나타납니다. 이 EMF는 전류 방향과 반대이며 다음과 같습니다.
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
자기유도의 EMF는 회로에 흐르는 전류의 변화에 의한 자속의 변화율과 같고, 전류의 변화율에도 비례한다는 것은 자명하다. 자기 유도의 EMF와 전류 변화율 사이의 비례 계수를 인덕턴스라고 하며 L로 표시합니다. 이 값은 항상 양수이며 SI 단위는 1 Henry(1 H)입니다. 밀리헨리 및 마이크로헨리와 같은 분수 분수도 사용됩니다. 1암페어의 전류 변화가 1볼트의 자기 유도 EMF를 유발한다면 1헨리의 인덕턴스에 대해 이야기할 수 있습니다. 회로에는 인덕턴스뿐만 아니라 별도의 도체와 직렬 연결된 회로의 집합으로 나타낼 수 있는 코일도 있습니다.
인덕턴스는 W=L*I로 계산할 수 있는 에너지를 저장합니다.2/2, 여기서:
- W - 에너지, J;
- L - 인덕턴스, H;
- I는 코일의 전류 A입니다.
그리고 여기서 에너지는 코일의 인덕턴스에 정비례합니다.
중요한! 공학에서 인덕턴스는 전기장이 저장되는 장치이기도 합니다. 이러한 정의에 가장 가까운 실제 요소는 인덕터입니다.
물리적 코일의 인덕턴스를 계산하는 일반 공식은 복잡한 형태를 가지고 있어 실제 계산에 불편합니다. 인덕턴스는 권선 수, 코일 직경에 비례하고 기하학적 모양에 따라 다르다는 것을 기억하는 것이 유용합니다. 또한 인덕턴스는 권선이 위치한 코어의 투자율에 영향을 받지만 권선에 흐르는 전류는 영향을 받지 않습니다. 인덕턴스를 계산하려면 매번 특정 설계에 대해 위의 공식을 참조해야 합니다. 따라서 원통형 코일의 경우 주요 특성은 다음 공식으로 계산됩니다.
L=μ*μ*(N2*S/l),
어디:
- μ는 코일 코어의 상대 투자율입니다.
- μ - 자기 상수, 1.26*10-6 H/m;
- N은 회전 수입니다.
- S는 코일의 면적입니다.
- l은 코일의 기하학적 길이입니다.
원통형 코일 및 다른 모양의 코일에 대한 인덕턴스를 계산하려면 온라인 계산기를 포함한 계산기 프로그램을 사용하는 것이 좋습니다.
인덕터의 직렬 및 병렬 연결
인덕턴스는 직렬 또는 병렬로 연결하여 새로운 특성을 가진 세트를 얻을 수 있습니다.
병렬 연결
코일이 병렬로 연결되면 모든 요소의 전압은 동일하고 전류(변수)는 요소의 인덕턴스와 반비례하여 분포합니다.
- 유=유1=유2=유3;
- 나=나1+나2+나3.
회로의 총 인덕턴스는 1/L=1/L로 정의됩니다.1+1/L2+1/L3. 공식은 요소 수에 관계없이 유효하며 2개의 코일에 대해 L=L 형식으로 단순화됩니다.1*엘2/(엘1+엘2). 분명히 결과 인덕턴스는 가장 작은 값을 가진 요소의 인덕턴스보다 작습니다.
직렬 연결
이러한 유형의 연결을 사용하면 코일로 구성된 회로를 통해 동일한 전류가 흐르고 회로의 각 구성 요소에 대한 전압(가변!)은 각 요소의 인덕턴스에 비례하여 분배됩니다.
- 유=유1+U2+U3;
- 나=나1=나2=나3.
총 인덕턴스는 모든 인덕턴스의 합과 같으며 가장 큰 값을 갖는 요소의 인덕턴스보다 큽니다. 따라서 인덕턴스를 증가시키기 위해 필요한 경우 이러한 연결이 사용됩니다.
중요한! 직렬 또는 병렬 배터리에 코일을 연결할 때 계산 공식은 요소 서로의 자기장의 상호 영향이 제외된 경우(차폐, 장거리 등)에 대해서만 정확합니다. 영향이 있는 경우 인덕턴스의 총 값은 코일의 상대적 위치에 따라 달라집니다.
인덕터의 몇 가지 실용적인 문제와 설계
실제로 다양한 디자인의 인덕터가 사용됩니다. 용도와 적용 분야에 따라 다양한 방법으로 소자를 만들 수 있지만 실제 코일에서 발생하는 효과를 고려해야 한다.
인덕터의 품질 계수
실제 코일에는 인덕턴스 외에 몇 가지 매개변수가 더 있으며 가장 중요한 것 중 하나는 품질 요소입니다. 이 값은 코일의 손실을 결정하고 다음에 따라 달라집니다.
- 권선의 저항 손실(저항이 클수록 품질 계수가 낮음);
- 와이어 절연 및 권선 프레임의 유전 손실;
- 화면 손실;
- 핵심 손실.
이 모든 양은 손실 저항을 결정하고 품질 계수는 Q=ωL/Rlosses와 동일한 무차원 값입니다. 여기서:
- ω = 2*π*F - 원형 주파수;
- L - 인덕턴스;
- ωL은 코일의 리액턴스입니다.
품질 요소는 활성에 대한 반응성(유도성) 저항의 비율과 거의 같다고 말할 수 있습니다. 한편, 주파수가 증가함에 따라 분자는 증가하지만 동시에 표피 효과로 인해 와이어의 유용한 단면적 감소로 인해 손실 저항도 증가합니다.
화면 효과
전기장과 자기장뿐만 아니라 이물질의 영향과 이러한 자기장을 통한 요소의 상호 영향을 줄이기 위해 코일(특히 고주파수)이 종종 스크린에 배치됩니다. 유익한 효과 외에도 차폐는 코일의 품질 계수 감소, 인덕턴스 감소 및 기생 커패시턴스 증가를 유발합니다. 또한 스크린 벽이 코일의 회전에 가까울수록 유해한 영향이 커집니다. 따라서 차폐 코일은 거의 항상 매개변수를 조정할 수 있는 가능성으로 만들어집니다.
트리머 인덕턴스
경우에 따라 코일을 다른 회로 소자에 연결한 후 현장에서 정확한 인덕턴스 값을 설정하여 튜닝 시 파라미터 편차를 보상해야 합니다. 이를 위해 다양한 방법(턴의 탭 전환 등)이 사용되지만 가장 정확하고 부드러운 방법은 코어를 사용하여 조정하는 것입니다. 코일의 인덕턴스를 조정하여 프레임 내부에서 나사로 조이고 빼낼 수 있는 나사산 막대 형태로 만들어집니다.
가변 인덕턴스(바리미터)
인덕턴스 또는 유도 결합의 빠른 조정이 필요한 경우 다른 디자인의 코일이 사용됩니다. 그들은 이동식 및 고정식의 두 가지 권선을 포함합니다. 총 인덕턴스는 두 코일의 인덕턴스와 그들 사이의 상호 인덕턴스의 합과 같습니다.
한 코일의 상대 위치를 다른 코일로 변경하여 인덕턴스의 전체 값을 조정합니다. 이러한 장치를 바리미터(variometer)라고 하며 어떤 이유로 가변 커패시터를 사용할 수 없는 경우 공진 회로를 튜닝하기 위해 통신 장비에 자주 사용됩니다.variometer의 디자인은 다소 부피가 커서 범위가 제한됩니다.
인쇄된 나선형 형태의 인덕턴스
작은 인덕턴스를 갖는 코일은 나선형으로 인쇄된 도체의 형태로 만들 수 있습니다. 이 디자인의 장점은 다음과 같습니다.
- 생산의 제조 가능성;
- 매개변수의 높은 반복성.
단점은 조정 중 미세 조정이 불가능하고 큰 인덕턴스 값을 얻기가 어렵다는 것입니다. 인덕턴스가 높을수록 코일이 보드에서 더 많은 공간을 차지합니다.
단면 상처 릴
커패시턴스가 없는 인덕턴스는 종이에만 있습니다. 코일을 물리적으로 구현하면 기생 인터턴 커패시턴스가 즉시 발생합니다. 이것은 많은 경우에 해롭습니다. 기생 커패시턴스는 LC 회로의 커패시턴스에 추가되어 공진 주파수와 진동 시스템의 품질 계수를 줄입니다. 또한 코일에는 자체 공진 주파수가 있어 바람직하지 않은 현상을 유발합니다.
기생 커패시턴스를 줄이기 위해 다양한 방법이 사용되며 가장 간단한 방법은 여러 직렬 연결된 섹션 형태의 권선 인덕턴스입니다. 이를 포함하면 인덕턴스가 증가하고 총 커패시턴스가 감소합니다.
토로이드 코어의 인덕터
원통형 인덕터의 자기장 선은 권선 내부를 통해 그려지고(코어가 있는 경우 이를 통해) 외부에서 공기를 통해 닫힙니다. 이 사실에는 몇 가지 단점이 있습니다.
- 인덕턴스가 감소합니다.
- 코일의 특성은 계산하기 쉽지 않습니다.
- 외부 자기장에 물체가 들어오면 코일의 매개변수(인덕턴스, 기생 커패시턴스, 손실 등)가 변경되므로 많은 경우에 차폐가 필요합니다.
링 또는 도넛 형태의 토로이달 코어에 감긴 코일은 이러한 단점이 거의 없습니다. 자기선은 닫힌 루프 형태로 코어 내부를 통과합니다. 이는 외부 물체가 이러한 코어에 감긴 코일의 매개변수에 실질적으로 영향을 미치지 않으며 이러한 설계에는 차폐가 필요하지 않음을 의미합니다. 인덕턴스도 증가하고 다른 조건은 동일하며 특성 계산이 더 쉽습니다.
토리에 감긴 코일의 단점은 현장에서 인덕턴스를 원활하게 조정할 수 없다는 것입니다. 또 다른 문제는 높은 노동 집약도와 낮은 권선의 제조 가능성입니다. 그러나 이것은 일반적으로 모든 유도 요소에 적용됩니다.
또한 인덕턴스의 물리적 구현의 일반적인 단점은 높은 무게와 크기, 상대적으로 낮은 신뢰성 및 낮은 유지보수성입니다.
따라서 기술에서는 유도 구성 요소를 제거하려고합니다. 그러나 이것이 항상 가능한 것은 아니므로 가까운 미래와 중기적으로 권선 구성 요소가 사용될 것입니다.
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