A tekercs és a transzformátor

Bevezetés

Az elektrotechnikában eddig megismert elemeken - az ellenálláson és a kondenzátorokon túl - a tekercs a következő fontos elem, amely nélkül egy rádióvevő, vagy rádióadó igen nehezen működne.


1.ábra: A tekercs

A tekercset felcsévélt vezeték alkotja. Ha a vezetéken elektromos áram folyik keresztül, a tekercs mágneses mezőt állít elő. A mágneses mezőről többet tudhat meg a könyv 1. részében, a 9.1 fejezetben.

Az induktivitás

Ha a tekercsre egyenfeszültséget kapcsolunk, a tekercsen keresztülfolyó áram lassan növekszik. Úgy is lehet mondani, hogy késik. Ezt a tényt a következő kísérlettel lehet bemutatni.


2.ábra: Az önindukció bemutató kísérlete

Kapcsoljunk két izzólámpát egy áramforrásra úgy, hogy az egyikkel egy ellenállást, míg a másikkal egy nagy menetszámú vasmagos tekercset (például hálózati fojtótekercset) kapcsolunk sorba. A tekerccsel sorba kötött izzó később fog teljes fénnyel világítani. (A két izzó azonos fényerejét az ellenállás segítségével lehet beállítani.) Az áram késik. (2. ábra)

A késés elsősorban annak a ténynek a következménye, hogy a tekercs meneteiben ellentétes irányú feszültség keletkezik mihelyt a tekercsen áram kezd folyni. Ezt a feszültséget önindukciós feszültségnek nevezzük. A 10. leckében már megismertük az időkésleltetést a kondenzátor feltöltődése esetén. (3. ábra.)


3. ábra: A kondenzátor feszültségének változása (balra) és a tekercs áramának változása (jobbra)

A késleltetési idő - az önindukciós feszültség nagysága - a tekercs mágneses mezejétől függ. A mágneses mező függ a tekercstestként szolgáló anyag mágneses tulajdonságától, a feltekercselt menetek számától és a tekercs méreteitől. Ezeket felhasználva kapjuk az önindukciós tényezőt, az induktivitás-t, „L”.

Az induktivitás a geometriai tényezők és a mágneses anyag adatai segítségével számolható ki.


A mágneses anyag jellemzőit „permeabilitás”-nak nevezzük. Ez megfelel a kondenzátornál megismert „dielektromos állandónak”-nak.


A μr értéke miatt a tekercsbe helyezett mágneses anyag esetén sokkal nagyobb induktivitás érhető el, mint vákuum esetén. A levegő μr értéke: 1. A vákuum permeabilitása:



4. ábra: Hengeres tekercs

Gyakorlat: A résztvevőket szeretném egy számolásra bírni: egy tekercs 12 menetet tartalmaz, 1 cm hosszon és 1 cm átmérőn, az induktivitása körülbelül 1 μH. Az adatok előre megfontoltak, az értékek könnyen kezelhetők.

A példában kétszerezzük meg a menetszámot: 24 menet, ekkor a négyzetre emelés miatt n2 az induktivitás négyszereződik 4 μH lesz.


5. ábra: Az induktivitás rajzjele

A DIN-szabvány szerint mindkét szimbólum megengedett, a jobboldali ábrázolást a nagyfrekvenciás alkalmazáskor használják (5. ábra).

Mivel a megadott képlettel a számolás komplikált, egy szorzótényezőt vezetünk be:


Az AL vasmagtényezőt a vasmagok gyártói megadják. E képlet segítségével az induktivitást az:


módon lehet kiszámolni.

Az AL tekercstényező nagysága 1 menetre vonatkozik. Több menet esetén (n) az induktivitás a menetszám négyzetével arányos. A menetszám:


Vizsgafeladat (TC515):

Egy fazékmag esetén a megadott AL - érték 250. Tekercset kell készíteni, melynek induktivitása 2 mH. Hogyan kell a menetszámot kiszámolni?

Megjegyzés: Amikor az AL értékénél külön nem jelzik, azt nanohenry-ben (nH) kell érteni. Megoldás:


A tekercs váltakozó áramú ellenállása

Ha egy tekercsre váltakozó áramot kapcsolunk, akkor a változás miatt keletkező önindukciós feszültség csökkenti az azon átfolyó áramot. Ez a hatás az ellenálláshoz hasonlítható. Ahogy a kondenzátornál ezt váltakozó áramú ellenállásnak neveztük, ebben az esetben XL induktív ellenállásról van szó.



6. ábra: Tekercs a váltakozó áramú körben

A váltakozó áramú ellenállás annál nagyobb, minél nagyobb induktivitású a tekercs és minél gyorsabban változik az áram iránya (azaz minél nagyobb az áram frekvenciája, 6. ábra). Ez az összefügés egy képletbe foglalható össze. A frekvenciát itt körfrekvenciának nevezzük.


Vizsgafeladat (TC513): Mekkora a váltakozó áramú ellenállása egy 3 mH induktivitású tekercsnek 100 MHz-en?

Megoldás:


A tekercsek összekapcsolása

A tekercsek soros- és párhuzamos kapcsolását nem tartottam szükségesnek szerepeltetni a harmadosztályú rádióengedélynek megfelelő kérdéssorban. Ezért ez a két rész innen kimaradt. Bővebben az anyag megtalálható a könyv "Rádiótechnika" részében, vagy a "Rádióamatőr gyakorlat" első fokozatú részében.

Transzformátor

Ha két - egymástól elektromosan különválasztott - tekercset közös mágneses térbe helyezünk - például azonos csévetestre vannak tekercselve -, akkor az indukált feszültség a menetszámoktól fog függeni.


7. ábra: Ideális transzformátor


Megjegyzés: A menetszámok viszonyát áttételnek nevezzük.

A bemeneti oldalt primer oldalnak, a kimeneti oldalt szekunder oldalnak nevezzük.

A veszteség nélküli transzformátort ideálisnak nevezzük. Az ideális transzformátoron a bevitt és a kivehető teljesítmény egyenlő.

Menetszámáttétel: a=N2/N1, ahol N1 a primer oldali menetszám, N2 a szekunder oldali menetszám. U2=a*U1, I2=I1/a.

Az 1:1 áttételú transzformátort leválasztó transzformátornak nevezzük, feladata a két oldal galvanikus elválasztása. Itt U1=U2, I1=I2.

Bővebben erről a témáról DJ4UF eredeti német nyelvű könyvében olvashatunk.

Vizsgafeladat (TC510): Egy transzformátor 45 V-ról működik és 180 V-ot ad le. A primer menetszám 150. Mekkora a szekunder oldal menetszáma?

Megoldás:


Átalakítva:


A szekunder menetszám: 600.

Vizsgafeladatok

A fejezet első 3 vizsgafeladatát a fenti tananyagban már megoldottuk. Nézzük át mégegyszer a TC510, TC513 és TC515 feladatokat a vizsgakérdések könyvből!

Vizsgafeladat-teszt

TC510 TC513 TC515


Creative Commons License © http://tankonyv.ham.hu, utolsó módosítás: 2006.01.24. 14:56
Eredeti mű: © Eckart Moltrecht DJ4UF, http://www.amateurfunkpruefung.de