Advies
Deze tekst is automatisch vertaald.
Wat u moet weten over inductiviteiten, spoelen en smoorspoelen
Stroom door een draad te leiden is vandaag de dag een vanzelfsprekendheid, de bijna banaal werkt. Geen wonder, want deze techniek beheerst de mensheid al bijna 200 jaar. Maar als de draad naar een spoel opgerold is, heeft de stroom plotseling heel ander effect . Wij verduidelijken u WAS achter de techniek van spoelen, smoorspoelen en inductiviteiten zit.
-
WAS zijn inductiviteiten, spoelen of smoorspoelen?
-
Hoe werken spoelen en verlagen?
-
WAS is de inductie bij spoelen?
-
WAS is de inductieve blinde weerstand bij spoelen?
-
Waar worden spoelen geplaatst?
-
Verschillende soorten spoelen
WAS zijn inductiviteiten, spoelen of smoorspoelen?
Een spoel bestaat uit een geïsoleerde draad , de cirkelvormig of in een andere vorm opgerold werd. Als isolatie dient vaak slechts een dunne laklaag , die de naast elkaar liggende koperen draden elektrisch van elkaar scheidt.
Door dit fysieke bereikt de uitspraak men bepaalde elektrische eigenschappen , die voor de meest uiteenlopende taken kunnen worden gebruikt. Zo kunnen bijv. spoelen mechanisch zo opbouwen, dat ze voor een wisselspanning met een lage frequentie van 50 Hz een slechts zeer kleine weerstand weergeven. Bij een hoge frequentie van duizenden hertz daarentegen, hebben deze spoelen een zeer grote weerstand .
Dergelijke spoelen worden bij voorkeur op de netingang van elektrische apparaten gebruikt. Tijdens de stroom met de netfrequentie van 50 Hz de spoel probleemloos kan overkomen, worden hoogfrequente storende impulsen uit het stroomnet effectief van apparaat op afstand gehouden. Aan de andere kant zorgen deze spoelen ook ervoor dat storende impulsen die bijv. door het Borstelbrand op baan van een collector motor oplevert, niet in het publieke netwerk worden afgegeven.
Koperdraad op een Kern tot een spoel gewikkeld.
Vanwege deze stor onderdruk uiteinden eigenschappen worden deze spoelen ook als smoorspoelen, net terugregelen of ontstoringsspoelen genoemd. Bovendien worden spoelen en verlagen ook onder het samenvattende begrip inductiviteiten samengevat. Omdat transformatoren en motoren vanwege de wikkelingen eveneens inductieve eigenschappen voldoen, spreekt de vakman hier echter eerder van een inductieve belasting .
Hoe werken spoelen en verlagen?
Een testen van de spoel (1) genereert een magnetisch veld (2), die met een ferromagnetische Kern (3) versterkt kan worden. In geval van gelijkstroom leidt dit tot een elektromagneet.
Als op een van de spoel een elektrische spanning wordt aangelegd, moet de stroom steeds door elke afzonderlijke wikkeling van de spoel stromen.
Daarbij bouwt de testen van de draden van de spoel een magnetisch veld op. Door de constructie met de naast elkaar geplaatste leider worden de doorlaatspanningen van magnetische velden van alle spoelen windingen in één groot magnetisch veld . Hoe groter het aantal windingen en hoe hoger de stroomsterkte, des te sterker wordt het magnetisch veld.
Maar door de langere koperdraad ook de ohmse weerstand vergroot en de productiekosten verhoogd. Daarom wordt vaak een Kern van geperst natuurkurk ijzerpoeder (ferriet) in het midden van de spoel gebruikt om de permeabiliteit en daarmee het magneetveld van te versterken . De term permeabiliteit geeft aan hoe goed of slecht een spoelen kern de magnetische veldlijnen leidt.
Wanneer de spoel met een gelijkspanning wordt voorzien, verkrijgt u een elektromagneet , die o.a. ook in sorteerinstallaties of gelijkstroom relais wordt gebruikt. Door het in- en uitschakelen van de stroom kan men helemaal naar wens de magnetische werking in- of uitschakelen.
Wordt een wisselspanning naar de spoel wordt aangesloten, reageert een spoel volstrekt anders dan bij gelijkspanning. Om de verbanden te begrijpen, moet men zich het doorspoelen gedrag ten opzichte van een sinusgolf bekijken:
Door de stijgende spanning bouwt de spoel een altijd sterke wordend magnetisch veld op.
Het groeiende hoeveelheid magnetisch veld weer genereert door zelf inductie een spanning in de spoel die de geleverde wisselspanning tegengaat. Dat betekent dat de stroom door de spoel wordt daardoor haargroeibeheersing of vertraagd .
Op de achterste flank van de sinusgolf vermindert de spanning weer en het magnetisch veld wordt zwakke . Het zusammenbrechende magnetisch veld weer genereert ook een spanning die het magnetische veld behouden wil. Bij de negatieve halve golf van de sinusgolf herhaalt zich het proces echter met omgekeerde stroom richting door de spoel.
Daardoor zijn in verloop van een sinuscurve stroom en spanning niet meer dekking gelijk . De stroom is "langzame" als de spanning. De vakman spreekt hier van faseverschuiving 90° .
Bij een spoel vindt de stroom (I) met een faseverschuiving van 90° voor spanning (U) plaats.
Onze Praktijktip:
Zodat leerlingen elektromonteurs en elektronica de faseverschuiving beter kunt onthouden is er een eenvoudige, maar sinds decennia een optimaal beproefde geheugensteuntjes: "bij de inductie van de komt de stroom 90° te laat!"
Let op!
Die zelfs inductie natuurlijk ook wanneer een spoel met gelijkspanning/gelijkstroom wordt gebruikt. Het effect verdwijnt echter alleen in inschakel- en in de uitschakeltijd moment. Tijdens het inschakelen minder problematisch is, kunt spoelen bij het uitschakelen zeer hoge spanningspieken produceren. Daarom wordt bij een gleichtromrelais een diode parallel aan de spoel geschakeld.
Als de schakeltransistor (T) wordt aangestuurd, loopt de voeding via het relais (R) en de transistor (T). Het relais heeft aangetrokken en het schakelcontact is gesloten. Via de diode (D) stroomt op dit moment geen stroom (zie linker schets). In de uitschakeltijd moment dat de transistor (T) wordt geblokkeerd, sluit de diode (D) het ontstane inductiestroom kort (zie rechter afb.). De schakeltransistor (T) wordt zo effectief tegen de schadelijke spanningspieken beschermd .
Naast de zelf inductie is er nog de externe inductie . Bij de vreemdlicht inductie wordt door een spoel een magnetisch veld opgebouwd, dat in een tweede spoel een spanning induceert. De externe inductie wordt bij transformatoren of bobines voor gebruik.
De diode (D) beschermd in de uitschakeltijd moment op de schakeltransistor (T) tegen inductie spanningspieken.
WAS is de inductie bij spoelen?
Zoals reeds beschreven, leidt een wijziging van de stroom in de spoel altijd ook een verandering in de spoelen magnetisch veld . En de wijziging van het magnetisch veld weer geeft altijd een zelf inductiespanning van . Deze spanning werkt altijd de buitenlucht spanningsverandering tegen.
Hoe hoog de zelfs inductiespanning van is afhankelijk van het formaat van de stroom wijziging van de eindaandrijvingsas periode waarin de stroom wijziging plaatsvindt en van de inductie van de spoel af. De inductie weer wordt door de mechanische opbouw van de spoel en van de eigenschappen van het materiaal bepaald. Hiertoe behoren o.a. het aantal windingen en de afmetingen van de spoel. Vaak worden de spoelen draden rond een Kern uit magnetiseerbaar (ferromagnetische) materiaal gewikkeld, waardoor de inductie wordt verhoogd. De spoelen van cores aan een processor kunnen staafvormig of als ringkern opgeleid zijn. Maar ook andere uitvoeringen zijn mogelijk.
Uiteindelijk is de inductie een overzicht van alle elektrische eigenschappen een spoel. De inductie maakt het bovendien mogelijk om verschillende spoelen met elkaar te vergelijken.
Het formule teken voor de inductie is L en de aanduiding is H (Henry), na amerikaanse de fysici Joseph Henry, die in 19. Jhd. die zelfs inductie ontdekte.
De inductie is gedefinieerd als volgt:
Als er in een periode van 1 seconde de stroom om 1 ampère (A) verandert en de zelfs inductiespanning van 1 V bedraagt, heeft de spoel een inductie van 1 Henry (H).
Maar op het gebied van de elektronica-spoelen met een aanzienlijk lagere inductiviteiten gebruikt. Net als bij condensatoren is er ook bij spoelen de 1/1000 onderverdeling.
| Henry | 1 h | 1 h | 100 h |
| Millivolt henry | 1 mH | 0,001 H | 10 -3 h |
| Microhenry | 1 h | 0,00 0001 H | 10 -6 h |
| Nano henry | 1 nH | 0,000000001 H | 10 -9 h |
WAS is de inductieve blinde weerstand bij spoelen?
Bij een koolfilmweerstand , een metaalfilmweerstand of een draadweerstand is het in principe helemaal niet uit of hij op gelijkspanning of wisselspanning wordt gebruikt. De weerstand waarde wordt beide soorten spanning niet wijzigen . Bij spoelen ziet alles er anders uit.
Wordt een spoel met gelijkspanning gevoed, werkt dan alleen de ohmse weerstand van de koperen wikkeling . Deze bedrijfsmodus wordt bij spoelen in gelijkstroom relais. Daarom hebben deze relais ook spoelen met een dunne draad en vele wikkelingen.
Wordt een spoel op wisselspanning worden, hangt de weerstand van de spoel van de inductie van de spoel (L) en de frequentie van de wisselspanning (f) afhankelijk. Deze weerstand wordt als inductieve blinde weerstand (X L ) genoemd.
De inductieve blinde weerstand kan als volgt worden berekend:
X L = 2 xπ x f x L
Gelijkstroom relais hebben spoelen met lange en dunne koperdraad.
Voor demonstratie hebben we de blinde weerstand een spoel met 50 mH bij verschillende frequenties berekend:
| Frequentie: | Blinde weerstand (XL) |
|---|---|
| 0 Hz (gelijkspanning) | < 1 Ohm* |
| 50 Hz | 15,71 Ω |
| 100 Hz | 31,42 Ω |
| 500 Hz | 157,08 ohm |
| 1 kHz | 314,16 ohm |
| 10 kHz | 3.141,59 ohm |
| 100 kHz | 31.415,93 ohm |
*Bij een gelijkstroom is alleen de ohmse weerstand van de spoelen antennedraad aanzienlijk. Deze is afhankelijk van draaddoorsnede en van de draad lengte. Omdat deze waarden bij spoelen met dezelfde inductiviteit sterk uiteenlopen kunnen, is het niet mogelijk hier een algemeen geldende en concrete waarde op te geven.
Opmerking:
met toename van de frequentie wordt de blinde weerstand een spoel. Maar dat zijn bij de tabel een zuiver berekende bepaling van de blinde weerstand waarden. Afhankelijk van de uitvoering van de spoel kunnen de werkelijke waarden afwijken, omdat bij hoge frequenties en bij sterke stromen de spoelen eventueel niet meer lineair reageren. De spoelen kernen komen dan in de magnetische verzadiging , WAS tot een terugval van de inductiviteit leidt. Spoelen zonder Kern vertonen een duidelijk grotere lineariteit op en worden als lucht spoelen genoemd.
Onze Praktijktip:
Ijzerpoeder materialen (Fe) zijn als gewone inductiviteit tot ca. 400 kHz te gebruiken om in hogere frequentiebereiken wordt verlies aandeel als gevolg van verlies weerstand te groot. Vanaf 20 MHz zijn ijzerpoeder kernen onwerkzaam.
Mangaan-zink-kernen (MnZn) zijn in het frequentiebereik van 20 MHz tot 30 MHz inductief. Nikkel-zink-kernen (NiZn) zijn tot frequenties om de 60 MHz inductief. Bij hogere frequenties is het materiaal met verlies. Nano kristallijne materialen (FeCuNbSiB) zijn bij zeer hoge frequenties te gebruiken
Waar worden spoelen geplaatst?
Spoelen kunnen in uiteenlopende wijze en voor de meest uiteenlopende taken worden gebruikt. Hier volgen een paar voorbeelden, die slechts een fractie van de veelzijdige toepassingsmogelijkheden van spoelen van velen:
Elektromagneten
De klassieke gebruik van een spoel met gelijkstroom is de elektromagneet. Om hoge hef- en houdkracht te produceren zijn de spoelen deels in speciale metallkoper ingebed en ter bescherming tegen vocht gegoten.
Elektromagneten worden ze ook voor elektromechanische relais of beveiligingen gebruikt.
Netfilters
Zoals reeds vermeld kunt spoelen worden gebruikt om storende impulsen op de netspanning uit te filteren. Gedeeltelijk worden de spoelen nog met condensatoren aanvult en zo complete netfilter eenheden gecreëerd. Bij sommige netfilters wordt de noodzakelijke netbus gelijk nog met in de behuizing ingebouwd.
Scheidingsfilters
Bij een scheidingsfilter gebruikt u de blinde weerstand van spoelen bij verschillende frequenties uit. Hierdoor wordt gegarandeerd dat de basluidspreker alleen de lage frequenties worden toegevoerd. In tegenstelling hiertoe krijgt de tweeter alleen de hoogfrequente gegaan. Net als bij de netfilters wordt ook bij luidsprekerscheidingsfilters bovendien met condensatoren gewerkt om de frequentiescheiding te optimaliseren.
Schakelnetvoedingen
Als een spoel een magnetisch veld opbouwt, wordt in dit magnetisch veld opgeslagen energie , die de spoel bij het uitschakelen weer kan afgeven. Spoelen die bij voorkeur zijn ontworpen, worden ook geheugen spoelen of geheugen smoorspoelen genoemd.
Het effect van energieopslag wordt bij geschakelde schakelvoedingen of schakelregelaars gebruikt. Bij een gepaste schakelfrequentie kunnen de spoelen en transformatoren overeenkomstig klein uitvallen. Daardoor zijn schakelvoedingen klein, licht en voordelig.
Trillingskringen
Een trillingskring is een combinatie van spoel en condensator (LC-element), waarbij in resonantie geval de energie permanent tussen de magnetische veld de spoel en elektrische veld van de condensor heen en herschwingt .
Met behulp van excentrische circuits, kan men in de ontvangsttechniek uit een frequentie mengsel bepaalde frequenties uitfilteren of ongewenste frequenties onderdrukken . Gedeeltelijk hebben deze trillingskringen draaibare spoelen kernen in een afgeschermde metalen behuizing of ook afstembaar konsdensatoren om het filter exact op de gewenste frequentie in te stellen.
Stroombegrenzing
Vanwege de inductieve eigenschappen worden spoelen ook graag in wisselstroomcircuits voor stroombegrenzing gebruikt.
Ter versterking van de magnetische eigenschappen zijn de spoelen op gemakkelijk te magnetisierende (zacht magnetische) materialen zoals ferriet of metalen gewikkeld. Deze spoelen worden dan ook weer als smoorspoelen en bij ringvormige kernen als ringkern smoorspoelen genoemd.
Draadloze laadtechniek
Voor het draadloze opladen is in de oplader een zendspoel en in de telefoon een ontvangerspoel ingebouwd. Zodra de telefoon op het laadstation wordt opgeslagen, zet de ontvangerspoel het magneetveld van de zendspoel in een elektrische stroom, waarmee de accu wordt geladen. Key cards werken volgens hetzelfde schema. Het deurstation bouwt een magnetisch veld op, zodat de spoel in de kaart een bedrijfsspanning voor de geheugenchip kan produceren. Daarna kunnen via de magnetische koppeling de vereiste gegevens worden vervangen.
Blinde vermogens compensatie
Vanwege de faseverschuiving nemen inductieve verbruikers zoals transformatoren of motoren als ook capacitieve verbruikers, bv. schakelvoedingen meer energie op dan u afgeven. Deze extra blindvermogen pendelt voortdurend tussen een consument en energieleverancier heen en HER.
In tegenstelling tot privé consument wordt bij industriële klanten ook het blind vermogen registreert en in rekening gebracht. Daarom zetten industriële klanten comp ensat ionen met spoelen en condensatoren volgens de stroommeters in. Zijn voornamelijk inductieve verbruikers in gebruik, worden door de compensatie condensatoren op het elektriciteitsnet geschakeld. Is de capacitieve belasting groter worden spoelen op het elektriciteitsnet geschakeld. Het blind vermogen pendelt dan alleen nog tussen een consument en compensatie en drijft de stroomkosten niet meer onnodig in de hoogte in.
Verschillende soorten spoelen
Inductiviteit is niet gelijk inductiviteit. Een opslagspoel is veelzijdig inzetbaar en heeft dus ook specifieke aanpassing in de vorm en design. Naast SMD- en THT-versies heeft een spoel afhankelijk van de toepassing andere wikkelingen of uitvoeringen.
SMD-uitvoeringen
SMD-componenten ( S urface- m ounted d evice) worden op de printplaat vastgezet en vervolgens naar verschillende procedures gesoldeerd. Deze vorm van montage bedoelt men dan oppervlaktemontage . In tegenstelling hiertoe worden bij de THT-montage ( T hrough H oliën T echnology) de aansluitdraden van de bouwelementen door contact gaten in de printplaat gestopt en daarna gesoldeerd. Deze vorm van montage wordt ook doorsteekmontage genoemd.
Gewikkelde SMD-inductiviteit
SMD-inductie zijn zeer klein en licht. Bovendien vervallen de aansluitdraden, waardoor SMD-uitvoeringen vooral in de industriële productie worden gebruikt.
Multi-layer inductiviteiten
een metalen pasta, vaak zilver, wordt in de spoelen patroon op een dunne basis van ferriet of andere materialen aangebracht. Deze manier van inductiviteiten is erg klein en kan zelfs in mobiele telefoons worden ingebouwd.
Smoorspoelen
Ze functioneren volgens het onderstaande principe: de spanning die de zelfs inductie produceert, werkt tegen uw oorzaak. Dan wordt de stroom in de spoel de spanning. De inductieve weerstand is het maat voor het smoren. Smoorspoelen worden voor de stroombegrenzing gebruikt.
Ringkern spoel (ook toroidspule, cirkel ring spoel of ring spoel)
De Kern van de spoel is een cirkel ring . Door deze constructie verspreidt zich de magnetische doorstroming in slechts in Kern uit. Daarom is het spreidingsveld buiten de cirkel ring spoel relatief zwak .
Ringkern spoelen worden in passieve, elektrische filters gebruikt voor het laten hoogfrequente storingen worden onderdrukt. Maar ook in aardlekschakelaars zult u vaak ingebouwd.
Opslagspoel
Geheugen smoorspoelen slaan de magnetische energie . De Kern is vaak door een luchtspleet onderbroken, de voor de mechanische stabilisatie met papier, hars of plastic wordt gevuld. In dit luchtspleet wordt haast de volledige energie opgeslagen, zodat de verzadiging van de kerntechnische materialen. voorkomen en een lineaire inductiviteit verloop wordt gegarandeerd.
Toepassing vindt geheugen begrenzers in bepaalde schakelende voedingen, schakelregelaars, invers omvormer en SEPIC-omvormers.
Wireless- Power spoelen
Deze soort spoel heeft slechts een zeer geringe inbouwhoogte en wordt daarom vaak in wearables ingebouwd. Wireless Power-spoelen zijn Ideal voor de draadloze energie-overdracht. Er is een zendspoel in het laadstation en een ontvangerspoel in het apparaat. Tussen deze beide spoelen vindt een resonante, inductieve koppelingsactiviteit. Het laadproces begint d.m.v. inductie.
Deze vorm van energie-overdracht wordt al toegepast, maar in de toekomst zullen nog veel meer innovaties op de markt komen. Getest wordt nu al het opladen van een elektrische auto's met behulp van een charging pads. Dit is in een zendspoel ingebouwd.