Induktív tekercsek és transzformátorok A tekercsek olyan elektronikai alkatrészek, amelyek mágneses terükben jelentős elektromos energiát képesek felhalmozni. A mágneses tér a tekercset alkotó vezetéken átfolyó áram hatására alakul ki, mértéke a mágneses fluxus (Φ). Lineáris esetben a: Lineáris esetben a A tárolt energia mennyisége Φ = W = LI LI 1
Attól függően, hogy a tekercs mágneses terében van-e valamilyen ferromágneses anyag vagy nincs, a tekercsek két csoportját különböztetjük meg. Légmagos tekercsek Ferromágneses magú tekercsek
Légmagos tekercsek A légmagos tekercsek vagy öntartók, vagy mágneses szempontból közömbös (papír, műanyag stb.) hordozón készülnek. Rájuk valóban érvényes a lineáris, Φ=L I összefüggés, sajnos, csak viszonylag kis induktivitásokat gazdaságos ilyen módon megvalósítani. 3
Induktivitásuk szolenoid elrendezésű tekercseknél a következő tapasztalati összefüggéssel számítható: L = πnd) 10 h + 0,45D ( 7. N - a menetszám, D - a belső átmérő, h - a tekercs hossza. 4
A megadott képlet viszonylag hosszú tekercsekre érvényes (h>0,3 D). Rövid (lapos) tekercs esetén a módosított képlet a következő: L = ( h + ( πnd) 7 10 0,45D 0,01 D h ) Légmagos tekercseket leginkább a rádiótechnikában alkalmazunk, de energetikai áramkörökben is előfordulnak, főleg azért, mert náluk nem jelentkezik telítődés. 5
Ferromágneses magú tekercsek Ferromágneses mag beiktatásával csökken a szórás, a fluxus egy szűk belső térre korlátozódik, de ott jelentősen megnő a mágneses indukció (B) és növekszik a tekercs energiatároló képessége. Fontos megemlíteni, hogy általában nem előnyös, ha a mag teljesen körülzárja a tekercset, valamekkora légrésre szükség van. A mag szerepe, hogy összegyűjtse a teret, de az energia felhalmozás jórészt a légrésben történik. 6
A mag beiktatása hátrányokkal is jár: Járulékos veszteségek jelentkeznek a ferromágneses anyagokra jellemző hiszterézis miatt. Ha a mag jó elektromos vezető is, örvényáramok keletkeznek benne, ami szintén veszteséggel jár. Gondokat okozhat a telítés is, ami abból ered, hogy a ferromágneses anyag nem mágnesezhető bizonyos szinten túl. Telítés közelében az induktivitás rohamosan csökken, a tekercs nem látja el szerepét. 7
A kondenzátorokhoz hasonlóan a tekercseknél is van rezonáns frekvencia, amelyen túl a tekercs már inkább kondenzátorként viselkedik a menetek közötti kapacitás, illetve a rétegkapacitás miatt. 8
Felületre szerelhető induktív tekercsek Hagyományos módon tekercselt induktív tekercsek 9
Rétegelt induktív tekercsek 10
Néhány felületszerelésre alkalmas kivitel látható az ábrán 11
Transzformátorok A transzformátorok általában ferromágneses anyagból készült maggal rendelkeznek. A magon általában kettő, vagy több tekercs helyezkedik el. A tekercseket körülfogó közös mágneses térnek köszönhetően jelek, illetve energia vihető át egyik tekercsből a másikba. Egy transzformátor fontosabb adatai a névleges teljesítmény, az üzemi frekvencia, az átviteli arány és a csatolási tényező. 1
Az átviteli arány az egyes tekercseken mért feszültség és áram aránya, ami nagyjából megegyezik a menetszámok arányával. Két tekercs esetén például érvényes: ahol: N N 1 U U N1, N - a tekercsek menetszáma, U1, U - a megfelelő tekercseken mérhető feszültségek I1, I - a megfelelő tekercseken átfolyó áramok. = 1 = I I 1 13