ELModules©

Kerüljön közelebb az elektronikához, lépésről lépésre!

 

Induktivitás (tekercs)

A tekercs csavarmenet-szerűen tekeredő elektromos vezető, melyben az érintkező szomszédos meneteket egymástól elszigetelik.

Áramköri jele : (légmagos),   (vasmagos);
SI mértékegysége: Henry (H)

Működési elve:

Ha a tekercs két kivezetése közé időben állandó (DC) áramforrást kapcsolunk, akkor a meginduló elektromos áram mágneses mezőt hoz létre. A keletkezett mágneses mező a tekercs belsejében a legerősebb, mert itt haladnak legsűrűbben az erővonalak. A mágneses mező a bekapcsolás után fokozatosan erősödik, majd egy szintet elérve már nem nő tovább, időben állandósul. Amikor kikapcsoljuk az áramot, ugyancsak fokozatosan kezd el csökkenni, és csak egy bizonyos késleltetés után szűnik meg. A tekercs induktivitása növelhető a tekercs belsejébe helyezett ferro­mág­neses anyaggal (vasmag, ferrit mag).    
A tekercset alkotó vezeték jelentős hossza miatt tekercsnek az induktivitása mellett Ohmos ellenállása is van, ami járulékos veszteségeket okoz.

Induktivitás számítása:  

, ahol

  A  : a tekercs keresztmetszete
  l   : a tekercs ( mágneses erővonalak ) hossza
  N : a tekercs menetszáma
  µ0: a vákuum permeabilitása, értéke 1,25•10-6 VS/Am
  µr : a tekercsben lévő anyagra jellemző szorzószám, ami levegő esetén 1, mágneses anyag esetében viszont jóval nagyobb is lehet. A mágneses anyag jellemzőit permeabilitásnak  nevezzük. µ = µ0 µr.

A számolás egyszerűsítése érdekében bevezetésre került egy anyagra jellemző együttható (AL), melyet az alábbi összefüggés ír le:

Az AL értéke nH-ben értendő és a vasmag gyártói adatlapján szerepel.

Összekapcsolás:

Az ellenállásnál és a kondenzátornál megismert soros és párhuzamos kapcsolások itt is értelmezhetőek. Mivel az induktivitás működtetője a rajta átfolyó áram, a számítás mind az induktivitás értékének, mind a járulékos ellenállás tekintetében teljesen egyezik az ellenállás kapcsolások számolásával. (soros kapcsolásnál összeadódnak, párhuzamos kapcsolásban pedig repluszolódnak).

Alkalmazás:

Fojtótekercsnek nevezik az egy tekercses induktivitást. Ebből a mag anyaga és alakja szerint változatos a kínálat. Lehet kicsi, lehet nagy, lehet NYÁK-ba forrasztható furatszerelt vagy SMD vagy lecsavarozható, lehet légmagos, vagy ferrites, solenoid vagy toroid, esetleg hangolható értékű, stb.  

            

A transzformátor két, egymás mágneses hatáskörébe (pl. közös vasmag) helyezett tekercs, melyek esetében megfigyelhető, hogy az egyikre (primer) kapcsolt váltakozó feszültség a másik (secunder) tekercsben a menetszámok arányának megfelelő feszültséget indukál. Ez azon az elven alapszik, hogy az átfolyó primer áram hatására mágneses mező épül fel, ami a secunder tekercsben újra feszültséget indukál. Ez a teljesítmény izolált formában történő átadásának és a feszültség átalakításának máig is széles körűen, igen jó hatásfokkal alkalmazott technikája. A veszteségek a vasban keletkező örvényáramok, valamint a tekercselésből „kibújó” mágneses erővonalakból származnak. Ezek csökkentésére a transformátor megjelenése óta számos technológiai és strukturális változáson ment át.

 

Nézzünk meg néhány elterjedt típust:

  • EI lemezelt vasmag : Ennél a típusnál a vasmagot vékonyra hengerelt, E és I betű alakúra vágott lágyvas lemezekből szerelik össze, hogy a két tekercselést közrefogják. Korai típus, és tekintettel a könnyű megvalósításra még mai is sok helyen alkalmazzák. Hátránya, hogy a vasmag lemezek a mágneses kölcsönhatásból eredő erőhatás hatására elmozdulhatnak, így alakul ki a transzformátor jellegzetes búgó, esetenként zizegő hangja. Ezt a káros hatást a kész transzformátor impregnáló gyantával történő kiöntésével lehet csökkenteni. Az ilyen műanyag házas transzformátorokkal gyakran találkozhat az ember elektronikus készülékekben.
                 
  • hiperszil (tekercselt vagy szalag vasmag) : E technika szerint a tekercset nem lemez darabokból rakják össze, hanem egy lágyvas szalagból (ragasztó hozzáadásával) feszesen „lóversenypálya” alakúra feltekercselik, majd kettévágják (hogy a tekercselést rá lehessen húzni). A vágott felületet finomra köszörülik és bilincsekkel egymáshoz szorítják. Az EI magosnál csendesebb típus, de lényegesen drágább is.
     
  • toroid mag : nevét a geometriából ismert tóruszról (népszerűbb nevén: úszógumi) kapta. Ennél a megoldásnál a magot teljesen körbe öleli a tekercselés, így minimalizálva az erővonal szóródásból eredő veszteséget. Nagyon gazdaságos transzformátor, de a tekercselése igen macerás és költséges.
     
  • porvasmag : Ez tulajdonképpen a vasmag anyagára utaló kategória. Porkohászati úton ferrit porból és kötőanyagból sajtolással és kiégetéssel készül. Alakja igen változatos lehet. Legfőbb előnye a nagyobb frekvenciákon is alacsony vasveszteség, ezért a híradástechnika a legnagyobb felvevő piaca. A fazékvasmag hangoló csavarjával még az induktivitás értékét is lehet állítani.
          

A tekercsben folyó áram hatására kialakuló mágneses tér egy permanens (állandó) mágnessel kölcsönhatásba is tud lépni. A keletkező mágneses erőhatás műszerek­ben is felhasználható egy mutató kitérítésére. A mutató kitérése arányban áll a tekercsben folyó áram nagyságával. Az ilyen elven működő műszert feltalálójáról Deprez-műszernek hívják. Előtét vagy sönt ellenállással a méréshatára kiterjeszthető. Átalakító áramkör közbeiktatásával más, nem villamos mennyiségek (pl. hőmérséklet, nyomás, súly, folyadékszint, stb.) kijelzésére is használható.
 

A fent leírt mágneses kölcsönhatást egy henger palástja mentén elhelyezett és szakaszosan gerjesztett tekercsekkel kiaknázva motort kapunk, ami a betáplált elektromos energiából mechanikai (forgó) mozgást állít elő. Ez az eszköz visszafelé működtetve generátorként a forgó mozgásból állít elő villamos áramot. A motorok legegyszerűbb változata kommutátoros (kefés) egyenáramú (DC) motor, melynek működtetéséhez csupán tápfeszültség szükséges. Persze léteznek ennél bonyolultabb, (egy- vagy többfázisú) váltóáramú motorok, sőt a működésükhöz komoly vezérlő elektronikát igénylő speciális motorok is, mint pl. a szervo- és léptetőmotorok. A motor mechanikai nyomatékának növelése érdekében készítenek áttétellel (ún. hajtóművel) egybeépített típusokat is.