13) Měření vlastní a vzájemné indukčnosti nemůstkovými metodami
Cívky – provedení, vlastnosti, použití. Výchylkové metody měření indukčností.
Cívky
Cívky jsou dvoupólové součástky konstruované takovým způsobem, aby vytvořily vlastní indukčnost
L definované velikosti. Indukčnost cívek závisí na počtu závitů, jejich geometrickém uspořádání a na
magnetických vlastnostech prostředí, které závity obepínají i které cívky obklopuje. Podle konstrukce
je možné cívky rozdělit na cívky bez jádra a cívky s jádrem.
Indukčnost
Indukčnost je jedna ze základních charakteristik cívky - vyjadřuje schopnost cívky změnit elektrickou
energii na energii magnetického pole. Čím větší je indukčnost cívky, tím silnější magnetické pole
kolem cívky vznikne při stejné velikosti elektrického proudu procházejícího cívkou.
Indukčnost cívky lze ovlivnit počtem závitů, rozměry a tvarem cívky a prostředím kolem cívky zvláště vložením jádra do cívky. Cívka s větším počtem závitů má větší indukčnost, cívka s jádrem má
větší indukčnost než cívka bez jádra.
Dynamická definice vlastní indukčnosti:
Pokud se bude měnit proud procházející cívkou, bude se měnit magnetické pole a v cívce se bude
indukovat napětí. Vlastní indukčnost cívky (vodiče) je číselně rovna napětí indukovanému v závitech
této cívky při jednotkové časové změně proudu. Jednotková časová změna proudu je rovnoměrný
nárůst nebo pokles při kterém se proud mění o 1A za sekundu. Jednotka indukce je 1H. při změně
proudu o 1A za sekundu se indukuje 1V.
UI =
L × ∆I
∆t
Vzájemná indukčnost
Vzájemná indukčnost je konstanta úměrnosti mezi napětím indukovaným na druhé cívce U2 s časovou
změnou proudu I1 v cívce první. Označujeme ji M.
U i2 = M ×
I1
∆t
M = k × ∆L1 × L2
k = činitel vzájemné vazby, vyjadřuje jaká část magnetického toku jedné cívky přechází na druhou
cívku.
Vlastnosti cívek
Počet závitů, délka, průřez cívky
Indukčnost - vyjadřuje velikost magnetického indukčního toku při jednotkovém elektrickém proudu
Max. zatížení - největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující cívku
Max. proud - největší proud, který může procházet cívkou
Použití cívek
Cívku lze používat jako samostatnou součástku (elektromagnet, tlumivka) nebo jako součást
složeného elektrického zařízení (elektromagnetické relé, transformátor, reproduktor).
Cívka jako elektromagnet - využívá se magnetická síla magnetického pole kolem cívky v zařízeních
jako např. elektromotor, reproduktor, elektromagnetické relé, vychylovací cívky v obrazovkách,
Cívka jako induktor - využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem
cívky jako např. tlumivka - cívka působí proti prudkým změnám v elektrickém obvodu (např.
zapnutí/vypnutí obvodu, elektrický výboj, ap.). Změny v elektrickém obvodu vyvolávají změnu
magnetického pole kolem cívky a následně se v cívce indukuje elektromotorické napětí působící vždy
proti změnám, které je vyvolaly. transformátor - obsahuje dvě cívky na společném jádře. Změnou
elektrického proudu (střídavým proudem) v jedné cívce se indukuje elektrický proud v druhé cívce,
dochází k transformaci proudu a napětí.
Výchylkové metody pro měření vlastní indukčnosti
VA metoda
Zapojení voltmetru a ampérmetru je stejné jako u měření odporů. V našem
případě uvažujeme velmi malou impedanci tlumivky. Měříme absolutní hodnotu
impedance cívky. Tato metoda se nejčastěji používá pro vzduchové cívky.
ZX =
U
= Rx 2 + ω 2 × Lx
I
Lx =
1
ω
× Zx 2 − Rx 2 =
1
ω
×
U2
− Rx 2
2
I
Měření indučnosti V-metrem, A-metrem a W-metrem
metoda vhodná pro cívky s feromagnetickým jádrem.
Indukčnost cívky je značně závislá na proudu
procházejícím cívkou. Je proto vhodné provádět měření
při proudu, při kterém bude cívka provozována.
Absolutní impedanci cívky lze určit ze vztahu
Činný odpor cívky určíme z činného příkonu cívky
U
×
I
P
Rx = 2
I
Zx =
Lx =
1
ω
cos ϕ =
Lx =
1
ω
Rx 2 + ω 2 × Lx 2
2
×
U
 P 
P

Zx 2 −  2  =
× 1−  × I 
ω×I
I 
U

P
×I
U
× Zx 2 × 1 − cos ϕ 2 x =
1
ω
× Zx × sin ϕ
Výchylkové metody pro měření vzájemné indukčnosti
VA metoda
Nižší přesnost měření vzájemné indukčnosti, hodí se pro provozní měření.
Vzájemnou indukčnost spočítáme ze vztahu
MX =
U
U
=
ω × I 2π × f × I
Výpočtová metoda
Pro měření cívek bez jader.
Pro zapojení 1 platí La = L1 + L2 + 2M
pro zapojení 2 platí Lb = L1 + L2 - 2M
Odečteme li obě rovnice, dostaneme vzájemnou indukčnost M = (La-Lb) / 4
2
Download

13) Měření vlastní a vzájemné indukčnosti nemůstkovými