Como medir a indutância mútua entre dois solenóides de parafuso
Como fornecedor de solenóides de parafuso, entendo a importância de medir com precisão a indutância mútua entre dois solenóides de parafuso. A indutância mútua é um parâmetro crucial em muitas aplicações, como transformadores, sistemas de transferência de energia sem fio e sensores eletromagnéticos. Nesta postagem do blog, compartilharei alguns métodos e considerações para medir a indutância mútua entre dois solenóides de parafuso.
Entendendo a indutância mútua
Antes de mergulhar nos métodos de medição, vamos primeiro entender qual é a indutância mútua. A indutância mútua é uma medida da capacidade de um solenóide de induzir uma força eletromotiva (EMF) em outro solenóide devido a uma corrente de mudança no primeiro solenóide. É indicado pelo símbolo (m) e é medido em Henries (h).
A indutância mútua entre dois solenóides depende de vários fatores, incluindo o número de voltas em cada solenóide, a área transversal dos solenóides, o comprimento dos solenóides, a posição relativa e a orientação dos solenóides e a permeabilidade magnética do meio ao redor dos solenóides.
Métodos para medir a indutância mútua
1. O método da ponte de indutância mútua
Um dos métodos mais comuns para medir a indutância mútua é o método da ponte de indutância mútua. Este método usa um circuito de ponte, como o Heaviside - Campbell Bridge ou a Ponte Carey - Foster.
O princípio básico da ponte de indutância mútua é equilibrar a ponte ajustando os componentes conhecidos no circuito da ponte até que a diferença de potencial entre o detector (geralmente um galvanômetro ou um detector nulo) seja zero. Quando a ponte é equilibrada, a indutância mútua desconhecida pode ser calculada a partir dos valores dos componentes conhecidos no circuito da ponte.
Por exemplo, em uma ponte de Heaviside - Campbell, a indutância mútua desconhecida (m) pode estar relacionada às resistências conhecidas (r_1), (r_2), (r_3) e na indutância conhecida (l_3) pela seguinte equação:
[M = \ frac {r_1} {r_2} l_3]
A vantagem do método da ponte de indutância mútua é sua alta precisão. No entanto, requer um circuito de ponte bem calibrado e um ajuste cuidadoso para alcançar o equilíbrio, o que pode ser de tempo - consumindo.
2. A tensão - método atual
Outro método para medir a indutância mútua é o método atual de tensão. Neste método, uma corrente sinusoidal (i_1 (t) = i_ {1m} \ sin (\ omega t)) é aplicada a um solenóide (o solenóide primário) e a tensão induzida (v_2 (t)) no outro solenóide (o solenóide secundário) é medido.
De acordo com a lei de indução eletromagnética de Faraday, a tensão induzida (v_2 (t)) no solenóide secundário é dada por:
[V_2 (t) = -m \ frac {di_1 (t)} {dt}]
If (i_1 (t) = i_ {1m} \ sin (\ omega t)), então (\ frac {di_1 (t)} {dt} = \ omega i_ {1m} \ cos (\ omega t)) e a amplitude do voltege induzido (V_ {{\ 2
[V_ {2m} = m \ omega i_ {1m}]
A indutância mútua (m) pode ser calculada como:
[M = \ frac {v_ {2m}} {\ omega i_ {1m}}]
Este método é relativamente simples e pode ser facilmente implementado usando um gerador de função para aplicar a corrente sinusoidal e um osciloscópio para medir a tensão induzida. No entanto, pode ser afetado pelo ruído e pela precisão das medições de corrente e tensão.
3. O método da razão do transformador
Se os dois solenóides de parafuso forem usados em um transformador - como a configuração, a indutância mútua também poderá ser medida usando o método da razão do transformador. Neste método, a proporção de voltas (n = \ frac {n_2} {n_1}) dos dois solenóides (onde (n_1) é o número de voltas no solenóide primário e (n_2) é o número de voltas no solenóide secundário).
A relação entre a tensão primária (v_1), a tensão secundária (v_2), a corrente primária (i_1) e a corrente secundária (i_2) em um transformador ideal é dada por:
[\ frac {v_2} {v_1} = \ frac {n_2} {n_1} = n] e [\ frac {i_2} {i_1} = \ frac {n_1} {n_2} = \ frac {1} {n]
A indutância mútua (m) pode estar relacionada às indutâncias auto -l_1) e (l_2) dos solenóides primários e secundários e o coeficiente de acoplamento (k) pela equação:
[M = k \ sqrt {l_1l_2}]
O coeficiente de acoplamento (K) pode ser estimado a partir das taxas de tensão e corrente medidas.
Considerações para medir a indutância mútua
1. Posição e orientação
A posição relativa e a orientação dos dois solenóides de parafuso têm um impacto significativo na indutância mútua. A indutância mútua é máxima quando os eixos dos dois solenóides estão alinhados e mínimos quando os eixos são perpendiculares. Portanto, é importante controlar cuidadosamente a posição e a orientação dos solenóides durante a medição.
2. Escudo magnético
Os campos magnéticos externos podem interferir na medição da indutância mútua. Para reduzir a influência de campos magnéticos externos, a blindagem magnética pode ser usada. Materiais de blindagem magnética, como MU - metal, podem ser usados para envolver os solenóides e bloquear campos magnéticos externos.
3. Dependência de frequência
A indutância mútua pode ser dependente da frequência, especialmente em altas frequências. Isso se deve a fatores como efeito da pele, correntes de Foucault e as propriedades magnéticas dependentes da frequência do material central (se os solenóides tiverem um núcleo). Portanto, é importante especificar a frequência na qual a indutância mútua é medida.
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Referências
- Hayt, Wh, & Kemmerly, JE (2001). Análise do circuito de engenharia. McGraw - Hill.
- Grover, FW (1946). Cálculos de indutância: fórmulas de trabalho e tabelas. Publicações de Dover.
- Chen, WK (ed.). (1986). O Manual dos Circuitos e Filtros. CRC Press.