Induktiivpool

Induktiivpooli sümbol elektriskeemides

Erinevaid induktiivpoole

Erinevaid induktiivpoole

Induktiivpool ehk pool on elektriahela osa, mida kasutatakse muuhulgas võnkeringide ja filtrite induktiivelemendina. Pooli põhiline tunnussuurus on induktiivsus.

Kasutus otstarbe järgi liigitatakse poolid võnkeringipoolideks (LC- RL- filtrites) ja paispoolideks ehk drosseliteks

Ehitus

Pool koosneb alusest ja sellele mähitud mähisest. Alusele mähitud poolidel võib olla üks või mitu mähist. Samuti võivad ühe mähise osad olla alusele mähitud sektsioneeritult või kindla keeru sammuga.

Väikese induktiivsusega poolide puhul võib pooli alus ka puududa. Kõrgsageduspoolid, mis on mähitud jämedamast vask või hõbetraadist võivad olla ka ilma aluseta (mähitud vastava jämedusega alusele ja valmimisel alus eemaldatud).

Pooli mõõtmete vähendamiseks ja induktiivsuse suurendamiseks ning induktiivsuse sujuvaks reguleerimiseks teatud piirides kasutatakse suurt magnetilist läbitavust omavat südamiku (ferriit-, karbonüülsüdamik jt). Ülikõrgsadeduspoolides kasutatakse induktiivsuse vähendamiseks mittemagnetivast materjalist alumiinium-, vask- ja valgevasksüdamike.

Parasiitsidestuste tekkimise vältimiseks varjestatakse induktiivpoolid vask või alumiinium varjega.

Induktiivpoolide arvutamisel kasutatakse asja lihtsustamisek tihti pooli mõõtudest ja materjalidest tulenevaid käsiraamatutes olevaid diagramme.

Mähiste liigid

Pooli mähise kuju ja mähkimisviisi alusel eristatakse järgmisi mähiseid:

• ühe ja mitmekihiline tihemähis – mähitakse keerd keeru kõrvale ja vajaduse mähisekihid üksteise peale;
• sammmähis – mähitakse traadi läbimõõdust suurema keerusammuga;
• sektsioonmähis – koosneb ühisele pikkiteljele või alusele mitmest jadamisi mähitud ja omavahel ühendatud mähiseosast;
• ristmähis – mähise naaberkihtides olevad mähisekeerud on omavahel mähitud mingi nurga all;
• vabamähis – mähitakse vabalt (korrapäratult) aluse otsketaste ehk põskede vahele;
• sümmeetriline mähis – saadakse kahe või enam paari juhtmega korraga mähkimisel. Mähispaaride algused ja lõpud ühendatakse kokku (ühe algus teise lõpp) ühendamiskoht on mähise keskharund ehk keskväljaviik.

Induktiivpooli tunnussuurused

• induktiivsus – $L\!$ – on võrdeline mähise keerdude arvu ruuduga, kuid on veel sõltuvuses mähise ja poolisüdamiku kujust ning südamiku materjalist;
• hüvetegur – $Q\!$ – on pooli induktiivtakistus $\omega \!$$L\!$ ja poolis tekkiva kõrgsagedustakistuse suhe $Q={\frac {\omega L}{R}}$;
• omamahtuvus – $C_{0}\!$ – omamahtuvuse määrab mähise keerdudevaheline hajumahtuvus $C_{L}\!$;
• induktiivsuse temperatuuritegur – $\alpha _{L}\!$ – näitab induktiivsuse suhtelist muutumist temperatuuri muutumisel 1 K võrra.

Südamikuta induktiivpoolid

Ühekihiline tihemähisega induktiivpool

Ühekihiline tihemähisega induktiivpoole kasutatakse enamasti sageusel üle 500 kHz. Mähis võib olla mähitud poolialusele tihedalt keerd keeru kõrvale või suurendatud sammuga st mähis mähitagse traadi diameetrist suurema sammuga. Mähise keerdude vahele jäävad vahed. Suurendatud sammuga poolid on väikese mahtuvuse ja suure hüveteguriga ($Q\!$=150...400) ning on stabiilsed.

Ühekihilise tihemähiselise pooli induktiivsus:

$L=k_{1}\omega ^{2}D\cdot 10^{-4}\!$ või

$L=\omega D(\omega k_{1}+k_{2})\cdot 10^{-4}\!$

Ühekihilise suurendatud sammuga pooli induktiivsus:

$L'=L-kD\omega \cdot 10^{-4}\!$

Ühekihilise pooli keerdude arv:

$\omega =100{\sqrt {\frac {L}{Dk_{1}}}}\!$

kus: $k\!$ – parandustegur, mis saadakse suhte $\tau /d\!$ järgi, $k_{1}\!$ – kujutegur, mis saadakse suhte $D/l\!$ järgi diagrammilt, $k_{2}\!$ – saadakse suhtest $d/s\!$, kus t on mähise tihedustegur $s={\frac {l}{\omega -1}}\!$, $\omega \!$ – keerdude arv, $D\!$ – pooli keeru keskmine läbimõõt (mm).

Mitmekihiline induktiivpool

Mitmekihilisi induktiivpoole kasutatakse juhul, kui on vaja saada pooli induktiivsust vahemikus 50...200 $\mu H\!$. Sektsioneerimata mitmekihilised poolid on väikese hüveteguri ja stabiilsusega, kuid suure omamahtuvusega. Kihiliste poolide valmistamisesks on vaja külgedega (põskedega) poolialuseid. Mitmekihilise pooli induktiivsus:

$L_{m}=\omega ^{2}Dk_{3}\cdot 10^{-4}\!$

Mitmekihilise pooli keerdude arv:

$\omega =35{\sqrt {\frac {L}{D}}}\!$

Optimaalsest erineva südamiku kujuga pooli keerdude arv:

$\omega =100{\sqrt {\frac {L}{k_{3}D}}}\!$

kus: $L\!$ – ühekihilise pooli induktiivsus $\mu H\!$, $k_{3}\!$ – saadakse diagrammilt suhete $h/D\!$ ja $l/D\!$ alusel (h – mähise kõrgus, l – mähise pikkus), $\omega \!$ – keerdude arv, $D\!$ – pooli keeru keskmine läbimõõt (mm).

Lamemähisega induktiivpoolid

Lamemähisega induktiivpoolid on sarnaste omadustega ühekihiliste sammähisega poolidega. Poolid on väikese mahtuvuse ja suure hüveteguriga ja stabiilsed. Samuti on neid võmalik valmistada trükkimenetlusel st poolid on parameetritelt väga väikese erinevusega.

Lamemähisega (ümarspiraalne) induktiivpool

Lamemähisega (ümarspiraalne) induktiivpooli induktiivsus:

$L_{l}=0,25k_{4}\omega ^{2}(D_{max}-D_{min})\cdot 10^{-4}\!$

Lamemähisega (ümarspiraalne) induktiivpooli keerdude arv:

$\omega _{l}={\sqrt {\frac {4L\cdot 10^{-4}}{k_{4}(D_{max}+D_{min})}}}\!$

kus: $\omega \!$ – keerdude arv, $k_{4}\!$ – koefitsent, mis saadakse ${\frac {D_{max}}{D_{min}}}\!$ suhte alusel diagrammilt, $L\!$ – pooli vajalik induktiivsus ($\mu H\!$), $D_{max}\!$ – pooli suurim välisläbimõõt (mm), $D_{min}\!$ – pooli väikseim siseläbimõõt (mm).

Lamemähisega (ruutspiraalne) induktiivpool

Lamemähisega (ruutspiraalne) induktiivpooli induktiivsus:

$L_{r}=k_{5}\omega ^{2}A_{max}\!$

Lamemähisega (ruutspiraalne) induktiivpooli keerdude arv:

$\omega _{r}={\sqrt {\frac {L\cdot 10^{-4}}{k_{5}A_{max}}}}\!$

kus: $\omega \!$ – keerdude arv, $k_{5}\!$ – koefitsent, mis saadakse ${\frac {A_{min}}{A_{max}}}\!$ suhte alusel diagrammilt, $L\!$ – pooli vajalik induktiivsus ($\mu H\!$), $A_{max}\!$ – pooli suurim küljepikkus väljast (mm), $A_{min}\!$ – pooli väikseim küljepikus seest (mm).

Südamikuga induktiivpoolid

Magnetsüdamikud

Kõrgsageduspoolide ja trafode valmistamisel kasutatakse pehmemagnetferriiti vajadusel ka magnetodielektktrikuid nagu kabonüülraud, harvemini alsiferi või magnetiiti. Pehmemagnetferriitide kõrval on kasutusel ka kõvamagnetferriidid.

Ferridi elektromagneetiline algläbitavus on suurem, kui karbonüülraual, seetõttu kujunevad induktiivpoolid ja trafod ferriite kasutades mõõtudelt väiksemaks. Ajaline ja temperatuuripüsivus on aga ferriitidel väiksem.

Pehmemagnetferritide on kasutatavad üldiselt nõrgas magnetväljas välja arvatud mangaantsinkferriid.

Ferromagneetilisi südamike iseloomustab:

• efektiivne magneetiline läbitavus – $\mu _{ef}\!$ – südamikuta pooli ja samasuguse südamikuga pooli suhtearv,

$\mu _{ef}={\frac {\mu _{\alpha }}{1+0,8\left({\frac {D_{s}}{l_{s}}}\right)^{1,7}(\mu _{\alpha }-1)}}\!$

kus: $\mu _{\alpha }\!$ – südamiku magneetiline algläbitavus, $D_{s}\!$ – silindrilise südamiku läbimõõt mm, $l_{s}\!$ – südamiku pikus mm.

• südamiku hüvetegur – kaonurga $\tan \delta \!$ pöördväärtus. Mida suurem on südamiku kaoenergia seda väiksem on selle hüvetegur;
• südamiku parameetrite stabiilsus – iseloomustab magneetilise läbitavuse temperatuuritegur, mis võrdub südamiku efektiivse magneetilise läbitavuse suhtelise muutusega temperatuuri muutumisel ühe Kelvini kraadi võrra.

Induktiivpioolidele valmistatakse ferriidist varrassüdamike, plaatsüdamike, keermestatud häälestussüdamike, keermesttud plastpeaga häälestussüdamike, alsiferist ja ferriidist rõngas- ehk toroidsüdamike, karbonüülrauast ja ferriidist ummis- ehk mantelsüdamike. Eelpoolmainitud südamikele valmistatakse ka vastavaid poolialuseid.

Ferriit või karbonüülsüdamikuga poolid

Silindrilise ferriit või karbonüülsüdamikuga poolidel on suur hüvetegur ja väiksemad mõõtmed kui südamikuta poolidel. Südamiku kasutamisel poolis väheneb pooli puisteväli, samuti lihtsustub pooli häälestus.

Südamikuga pooli induktiivsus arvutatakse pooli südamiku asendis, kui ta on poolenisti poolil oleva mähise sees.

Südamikuga pooli induktiivsus:

$L_{s}={(1,3...1,5)L)}\!$

$L_{s}={\mu _{ef}L}\!$

Südamikuga pooli keerdude arv:

$\omega _{s}=k_{s}{\sqrt {L_{s}}}\!$

kus: $L\!$ – südamikuta pooli induktiivsus ($\mu H\!$), Südamikuga pooli induktiivsusearvutamiseks tuleb samasuguse südamikuta pooli induktiivsust vähendada 1,3...1,5 korda, $\mu _{ef}\!$ – efektiivne magneetiline läbitavus, $L_{s}\!$ – vajalik pooli induktiivsus ($\mu H\!$), $k_{s}\!$ – pooli läbimõõdu ja mähise pikkuse jagatise alusel diagrammist saadud koefitsent.

Ferriidist või alsiferist rõngassüdamikuga induktiivpoolid

Ferriidist või alsiferist rõngassüdamiku kasutatakse, kui on vaja minimaalsete mõõtude juures maksimaalet induktiivsust. Rõngassüdamikuga poolide eeliseks on väike magnetvoo hajumine. Puuduseks suhteliselt keeruline mähkimine ja sujuva induktiivsuse reguleerimise puudumine.

Rõngassüdamikuga pooli induktiivsus:

$L_{r}=1,26\mu _{d}\omega {\frac {S_{s}}{l_{k}}}\cdot 10^{-5}\!$

Pooli keerdude arv:

$\omega _{r}=50{\sqrt {\frac {L(D_{1}+D_{2})}{\mu h(D_{1}-D_{2})}}}\!$

kus: $\mu _{d}\!$ – südamiku materjali dünaamiline magneetiline läbitavus, $\omega \!$ – keerdude arv, $S_{s}\!$ – südamiku ristlõike pindala ruutsentieetrites, $l_{k}\!$ – magnetjõujoonte keskmine pikkus, $L\!$ – pooli vajalik induktiivsus ($\mu H\!$), $D_{1}\!$ – rõnga välisläbimõõt (mm), $D_{2}\!$ – rõnga siseläbimõõt (mm), $\mu \!$ – südamiku materjali magneetiline läbitavus, $h\!$ – südamiku kõrgus (mm).

Ummissüdamikuga induktiivpoolid

Ummis ehk mantelsüdamikuga poolidele on omane suur hüvetegur ja varjestusaste ning väike omamahtuvus. Magnetvarje olemasolu tulenevalt südamiku konstruktsioonist ei välista vajadusel elektrostaatilist varjestamist.

Ummissüdamikuga poolide induktiivsus arvutatakse sarnaselt silindrilise südamikuga poolile.

Diamagnetsüdamikuga induktiivpoolid

Diamagnetsüdamikuga induktiivpoolid on poolid milledel on induktiivsuse vähendamiseks mittemagneetilisest metallist (vask, aluminium, valgevask) südamik. Diamagnetsüdamikuga on võimalik induktiivsust vähendada 10...15 %. Mittemagneetiline südamik vähendab oluliselt pooli hüvetegurit. Kõige väiksemad kaod on puhtast vasest südamiku kasutades. Teistest metallidest südamike kasutamisel suureneb kadu võrdeliselt vase ja kasutatava metalli elektritakistuse suhtega.

Diamagnetsüdamikuga pooli induktiivsus:

$L_{d}={\frac {1+\Delta L}{L}}\!$

kus: $L\!$ – varjestamata pooli induktiivsus ($\mu H\!$), $\Delta L\!$ – reguleeringu muutumine ($\mu H\!$).

Induktiivpoolide varjestus

Poolide varjestamist kasutatakse neil juhtudel, kui on vaja ära hoida poolidevahelist [[parasiitsidestus|parasiitsidestust]. Parasiitsidestus tekitab poolide ümber olev magnetväli. Varje mõjul väheneb pooli induktiivsus ja hüvetegur ning suureneb omamahtuvus. Pooli andmete muutumine on seda suurem, mida lähemal on varje pooli mähise keerdudele.

Poolide varjestamiseks kasutatakse 0,4...0,5 mm paksusest alumiinium-, vask- või valgevask plekkist silindrilisi või ristkülikukujulisi topsikuid. Sageli tehakse kõrgsageduspoolide varjetesse sisselõikeid või avasid poolide südamike häälestamiseks (keeramiseks). Pilu korral peab see olema varjestussilindri moodustajaga risti.

Varjestatud pooli induktiivsus arvutatakse valemiga:

$L_{v}={(l-k_{v})}\!$

kus: $L\!$ – varjestamata pooli induktiivsus ($\mu H\!$), $k_{v}\!$ – varjetegur, $l\!$ mähise pikkus alusel (mm).

Vaata ka

• Paispool

Kirjandus

• Lembit Abo "Raadioseadmete üksikosad" Valgus, Tallinn 1981, lk 264–277
• "Raadioamatööri käsiraamat", Tallinn 1969
• "Tehnikaleksikon" Valgus, Tallinn 1981