צימוד משרן

במדריך הקודם התחלנו עם הבנת משרן וזה עובד, עכשיו הגיע הזמן לבחון את השילובים השונים של המשרנים. באלקטרוניקה, משרנים הם הרכיבים הנפוצים ביותר אחרי הקבלים והנגדים, המשמשים בצירופים שונים ליישומים שונים. השתמשנו גם במשרן לבניית גלאי מתכות ומדדנו את ערך המשרן בטכניקות שונות, כל הקישורים מובאים להלן:

• מד LC באמצעות ארדואינו: מדידת השראות ותדירות
• כיצד למדוד את ערך המשרן או הקבל באמצעות אוסצילוסקופ
• מעגל גלאי מתכות פשוט
• גלאי מתכות של ארדואינו

מה זה מעגלים משולבים?

שילובי הרכיבים הם יחד כדי ליצור מעגלים משולבים. המשמעות של מעגל צמוד היא שהעברת האנרגיה מתרחשת מאחד לשני כאשר אחד המעגלים מואץ. הרכיבים העיקריים במעגל האלקטרוניקה מחוברים באמצעות מוליך או אלקטרומגנטי.

עם זאת, במדריך זה יידונו צימוד אלקטרומגנטי ושילוב משרנים, כמו משרנים בסדרות או שילובים מקבילים.

השראות הדדית

במאמר הקודם דנו בהשראות עצמיות של משרן ובפרמטר שלו. במהלך הפעולה הקשורה בהשראות עצמית לא התקיימה השראה הדדית.

כאשר קצב השינוי הנוכחי מתרחש, מתח נגרם בתוך סליל. אשר ניתן להדגים עוד יותר באמצעות הנוסחה הבאה היכן,

V (t) הוא המתח המושרה בתוך הסליל, i האם הזרם זורם דרך הסליל, וההשראות של הסליל היא L.

V (t) = L {di (t) / dt}

התנאי שלעיל נכון רק עבור אלמנט המעגל הקשור להשראות עצמיות בו קיימים שני מסופים. במקרה כזה, אין השראה הדדית נלקחת לסדר.

עכשיו, באותו תרחיש, אם שני סלילים ממוקמים במרחק קרוב, הצימוד האינדוקטיבי יקרה.

בתמונה שלעיל מוצגים שני סלילים. שני הסלילים האלה קרובים מאוד זה לזה. בגלל ה- i1 הנוכחי שזורם דרך הסליל L1, נגרם שטף מגנטי אשר יועבר לסליל השני L2.

בתמונה שלעיל, אותו מעגל עטוף כעת היטב בחומר ליבה כך שהסלילים לא יכולים לנוע. מכיוון שהחומר הוא ליבה מגנטית, יש לו חדירות. שני הסלילים הנפרדים מצמידים כעת מגנטית. כעת מעניין שאם אחד הסלילים עומד בפני קצב השינוי הנוכחי, הסליל השני יביא למתח שהוא פרופורציונלי ישירות לקצב השינוי הנוכחי בסליל השני.

לכן, כאשר מוחל מקור מתח V1 בסליל L1, ה- i1 הנוכחי יתחיל לזרום דרך ה- L1. קצב השינוי הנוכחי מייצר שטף שזורם דרך הליבה המגנטית ומייצר מתח בסליל L2. קצב השינוי הנוכחי ב- L1 משנה גם את השטף שיכול להמשיך לתפעל את המתח המושרה ב- L2.

המתח המושרה L2 ניתן לחשב את מתחת formula-

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

במשוואה לעיל, ישות לא ידועה. זהו מ. הסיבה לכך היא כי השראות הדדיות אחראיות על המתח המושרה הדדית בשני מעגלים עצמאיים. השראות הדדית M זו היא המידתיות המקדמת.

אותו הדבר עבור הסליל הראשון L1, המתח המושרה הדדית עקב השראות הדדית לסליל הראשון יכול להיות -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

כמו ההשראות, השראות הדדית נמדדת גם אצל הנרי. הערך המרבי של השראות הדדיות יכול להיות √L ₁ L ₂. מכיוון שההשראות גורמת למתח בקצב השינוי הנוכחי, ההשראה ההדדית גורמת גם למתח, המכונה מתח הדדי M (di / dt). מתח הדדי זה יכול להיות חיובי או שלילי וזה מאוד מהימן בבנייה הפיזית של הסליל ובכיוון הזרם.

אמנת DOT

אמנת Dot היא כלי חיוני כדי לקבוע את הקוטביות של המתח המושרה ההדדי. כפי שהשם מרמז, סימן הנקודה שנמצא בצורה מעגלית הוא סמל מיוחד המשמש בקצה של שני סלילים במעגלים המקושרים זה לזה. נקודה זו מספקת גם את המידע של הבנייה המתפתלת סביב הליבה המגנטית שלה.

במעגל שלעיל מוצגים שני משרנים מצמידים זה לזה. לשני המשרנים הללו יש השראות עצמיות של L1 ו- L2.

המתחים V1 ו- V2 מפותחים על פני המשרנים הם תוצאה של זרם שנכנס למשרנים על המסופים המנוקדים. בהנחה שההשראות ההדדית של שני המשרנים הללו היא M, ניתן לחשב את המתח המושרה באמצעות הנוסחה הבאה,

עבור המשרן הראשון L1, המתח המושרה יהיה -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

ניתן להשתמש באותה נוסחה לחישוב המתח המושרה של המשרן השני, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

לכן, המעגל מכיל שני סוגים של מתח מושרה, המתח המושרה עקב השראות עצמית והמתח המושרה הדדית עקב ההשראות ההדדיות. המתח המושרה תלוי בהשראות העצמיות מחושב באמצעות הנוסחה V = L (di / dt) שהיא חיובית, אך המתח המושרה הדדית יכול להיות שלילי או חיובי, תלוי במבנה המתפתל וכן בזרימת הזרם. השימוש בנקודה הוא פרמטר חשוב לקביעת הקוטביות של מתח זה המושרה הדדית.

במעגל משולב שבו שני מסופים שייכים לשני סלילים שונים ומסומנים באופן זהה בנקודות, ואז לאותו כיוון הזרם שהוא יחסית למסופים דומים, השטף המגנטי של האינדוקציה העצמית וההדדיות בכל סליל יצטבר יחד.

מקדם צימוד

מקדם צימוד המשרן הוא פרמטר חשוב למעגלים מצמידים לקביעת כמות הצימוד בין סלילי ההצמדה האינדוקטיבית. מקדם צימוד מתבטאת מכתב ק

הנוסחה של מקדם הצימוד היא K = M / √L ₁ + L ₂ כאשר L1 הוא ההשראה העצמית של הסליל הראשון ו- L2 הוא ההשראה העצמית של הסליל השני.

שני מעגלים מצורפים אינדוקטיבית מקושרים באמצעות השטף המגנטי. אם כל השטף של משרן אחד מצורף או מקושר, המשרן השני נקרא צימוד מושלם. במהלך מצב זה, ה- K יכול לבוא לידי ביטוי כ- 1 שהוא הצורה הקצרה של צימוד 100%. מקדם הצימוד תמיד יהיה פחות מהאחדות והערך המרבי של מקדם הצימוד יכול להיות 1 או 100%.

ההשראות ההדדיות מאוד מהימנות במקדם צימוד בין שני מעגלי הסליל המצומדים אינדוקטיבי. אם מקדם הצימוד גבוה יותר כך שההשראות ההדדית תהיה גבוהה יותר, בצד השני, אם מקדם הצימוד נמצא בכמות נמוכה יותר שתפחית מאוד את ההשראה ההדדית במעגל ההצמדה. מקדם הצימוד אינו יכול להיות מספר שלילי ואין לו תלות בכיוון הזרם בתוך הסלילים. מקדם הצימוד תלוי בחומרי הליבה. בחומרי ליבת ברזל או פריט מקדם הצימוד יכול להיות גבוה מאוד כמו 0.99 ועבור ליבת האוויר, הוא יכול להיות נמוך מ 0.4 עד 0.8 תלוי ברווח בין שני הסלילים.

משרן בשילוב סדרות

משרנים ניתן להוסיף יחד בסדרות. ישנן שתי דרכים לחבר משרנים בסדרה, באמצעות שיטת סיוע או באמצעות שיטת האופוזיציה.

בתמונה שלעיל מוצגים שני סוגים של חיבורי סדרה. עבור הראשון בצד שמאל, המשרנים מחוברים בסדרה בשיטת סיוע. בשיטה זו, הזרם הזורם דרך שני המשרנים הוא באותו כיוון. כזרם הזורם לאותו כיוון, השטף המגנטי של האינדוקציה העצמית וההדדיות יתקשר זה עם זה ויתווסף יחד.

לכן ניתן לחשב את ההשראות הכוללות באמצעות הנוסחה הבאה:

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

איפה, L _eq הוא סך ההשראות המקבילות ו- M הוא ההשראה ההדדית.

עבור התמונה הנכונה, חיבור האופוזיציה מוצג. במקרה כזה, זרם הזרם דרך המשרנים הוא בכיוון ההפוך. לכן ניתן לחשב את ההשראות הכוללות באמצעות הנוסחה הבאה, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

איפה, L _eq הוא סך ההשראות המקבילות ו- M הוא ההשראה ההדדית.

משרנים בשילוב מקביל

זהה לשילוב המשרנים הסדרתיים, השילוב המקביל של שני משרנים יכול להיות שני סוגים, על ידי שימוש בשיטת סיוע ובאמצעות שיטת התנגדות.

עבור שיטת הסיוע, כפי שנראה בתמונה השמאלית, מוסכמת הנקודה מראה בבירור כי זרם הזרם דרך המשרנים הוא באותו כיוון. כדי לחשב את ההשראות הכוללות, הנוסחה הבאה יכולה לעזור מאוד. במקרה כזה, השדה האלקטרומגנטי המושרה על ידי עצמו בשני סלילים מאפשר ל- EMF המושרה הדדית.

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

עבור שיטת האופוזיציה, המשרנים מחוברים במקביל לכיוון ההפוך זה לזה. במקרה כזה, ההשראה ההדדית יוצרת מתח המתנגד ל EMF המושרה על ידי עצמו. ההשראות המקבילות של המעגל המקביל יכולות להיות מחושבות באמצעות הנוסחה הבאה:

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

יישומים של משרן

אחד השימושים הטובים ביותר במשרנים מצמידים הוא ביצירת שנאים. שנאי משתמש במשרנים מצמידים העטופים סביב ליבת ברזל או פריט. לשנאי אידיאלי יש אובדן אפס ומקדמי צימוד במאה אחוז. מלבד השנאי, נעשה שימוש במשרנים מצומדים גם בממיר ספיצי או flyback. זוהי בחירה מצוינת לבודד את הקלט הראשי עם הפלט המשני של אספקת החשמל באמצעות המשרן או השנאים המצמידים.

מלבד המשרנים המצורפים משמשים גם ליצירת מעגל מכוון יחיד או כפול במעגל רדיו המשדר או מקבל