מעגלים מתנודדים בשילוב אינדוקטיבי

שקול שני מעגלים מתנודדים הממוקמים זה ביחס לזה כך שניתן להעביר אנרגיה מהמעגל הראשון לשני ולהיפך.

מעגלי מתנד בתנאים כאלה נקראים מעגלים מצמודים, מכיוון שהתנודות האלקטרומגנטיות המתרחשות באחד המעגלים גורמות לתנודות אלקטרומגנטיות במעגל השני, ואנרגיה נעה בין המעגלים הללו כאילו היו מחוברים.

ככל שהחיבור בין השרשראות חזק יותר, כך מועברת יותר אנרגיה משרשרת אחת לאחרת, כך השרשראות משפיעות זו על זו בצורה אינטנסיבית יותר.

ניתן לכמת את גודל חיבור הלולאה על ידי מקדם צימוד הלולאה Kwv, הנמדד כאחוז (מ-0 עד 100%). חיבור המעגל הוא אינדוקטיבי (שנאי), אוטומטי שנאי או קיבולי. במאמר זה נשקול צימוד אינדוקטיבי, כלומר מצב שבו האינטראקציה של המעגלים מתרחשת רק בגלל השדה המגנטי (אלקטרומגנטי).

צימוד אינדוקטיבי נקרא גם צימוד שנאי מכיוון שהוא מתרחש עקב פעולה אינדוקטיבית הדדית של פיתולי מעגלים זה על זה, כמו ב בשנאי, עם ההבדל היחיד שהמעגלים המתנודדים לא יכולים, באופן עקרוני, להיות מחוברים קרוב ככל שניתן לראות בשנאי רגיל.

במערכת של מעגלים מחוברים, אחד מהם מופעל על ידי גנרטור (ממקור זרם חילופין), מעגל זה נקרא מעגל ראשוני. באיור, המעגל הראשוני הוא זה המורכב מהיסודות L1 ו-C1. המעגל שמקבל אנרגיה מהמעגל הראשוני נקרא המעגל המשני, באיור הוא מיוצג על ידי אלמנטים L2 ו-C2.

תצורת קישור ותהודה ללולאה

כאשר הזרם I1 משתנה בסליל L1 של הלולאה הראשונית (גדל או יורד), גודל האינדוקציה של השדה המגנטי B1 סביב סליל זה משתנה בהתאם וקווי הכוח של שדה זה חוצים את סיבובי הסליל המשני L2 ולפיכך, על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, משרה בו EMF, אשר גורם לזרם I2 בסליל L2. לכן, מסתבר שדרך השדה המגנטי מועברת האנרגיה מהמעגל הראשוני אל המשני, כמו בשנאי.

לולאות המחוברות למעשה יכולות להיות בעלות חיבור קבוע או משתנה, שמתממש בשיטת הייצור של הלולאות, למשל, ניתן לגלגל את סלילי הלולאות על מסגרת משותפת, להיות קבועה נייחת, או שישנה אפשרות של פיזית תנועת הסלילים זה לזה, אז היחס ביניהם משתנה. סלילי קישור משתנים מוצגים באופן סכמטי עם חץ חוצה אותם.

לפיכך, כפי שצוין לעיל, מקדם הצימוד של הסלילים Ksv משקף את החיבור בין המעגלים באחוזים, בפועל, אם נדמיין שהפיתולים זהים, אז זה יראה כמה מהשטף המגנטי F1 של סליל L1 נופל גם על סליל L2. ליתר דיוק, מקדם הצימוד Ksv מראה כמה פעמים ה-EMF המושרה במעגל השני קטן מה-EMF שניתן היה להשרות בו אם כל קווי הכוח המגנטיים של הסליל L1 היו מעורבים ביצירתו.

על מנת להשיג את הזרמים והמתחים הזמינים המקסימליים במעגלים המחוברים, עליהם להישאר בהדהוד אחד עם השני.

תהודה במעגל השידור (הראשוני) יכולה להיות תהודה של זרמים או תהודה של מתחים, בהתאם למכשיר של המעגל הראשוני: אם הגנרטור מחובר למעגל בסדרה, אז התהודה תהיה במתח, אם במקביל - תהודה של זרמים. בדרך כלל תהיה תהודה של מתח במעגל המשני, שכן סליל L2 עצמו פועל למעשה כמקור מתח AC המחובר בסדרה למעגל המשני.

לאחר לולאות משויכות ל-CWS מסוים, הכוונון שלהן לתהודה נעשה בסדר הבא. המעגל הראשוני מכוון לקבלת תהודה בלולאה הראשונית, כלומר עד הגעה לזרם המקסימלי I1.

השלב הבא הוא להגדיר את המעגל המשני לזרם מרבי (מתח מרבי ב-C2). לאחר מכן המעגל הראשוני מותאם מכיוון שהשטף המגנטי F2 מסליל L2 משפיע כעת על השטף המגנטי F1, ותדר התהודה של הלולאה הראשונית משתנה מעט מכיוון שהמעגלים עובדים כעת יחד.

נוח לקבל קבלים מתכווננים C1 ו-C2 בו-זמנית בעת הגדרת מעגלים מחוברים העשויים כחלק מבלוק בודד (באופן סכמטי, קבלים מתכווננים עם רוטור משותף מסומנים על ידי החצים המקווקוים המשולבים החוצים אותם). אפשרות נוספת להתאמה היא חיבור קבלים נוספים בעלי קיבולת קטנה יחסית במקביל לראשי.

אפשר גם להתאים את התהודה על ידי התאמת השראות של סלילי הסלילים, למשל על ידי הזזת הליבה בתוך הסליל. ליבות "ניתנות לכוונון" כאלה מסומנות על ידי קווים מקווקוים, אותם חוצים חץ.

מנגנון הפעולה של שרשראות זו על זו

מדוע המעגל המשני משפיע על המעגל הראשוני וכיצד זה קורה? הזרם I2 של המעגל המשני יוצר שטף מגנטי משלו F2, שחוצה חלקית את סיבובי הסליל L1 ולכן משרה בו EMF, המכוון (לפי הלכת לנץ) כנגד הזרם I1 ולכן אנו מבקשים להפחית אותו, זה מחפש את המעגל הראשוני כהתנגדות נוספת, כלומר, ההתנגדות המוכנסת.

כאשר המעגל המשני מכוון לתדר הגנרטור, ההתנגדות שהוא מכניס למעגל הראשי היא פעילה בלבד.

ההתנגדות המוכנסת מתבררת כגדולה יותר, ככל שהמעגלים חזקים יותר, כלומר ככל שיותר Kws, כך גדלה ההתנגדות שמכניס המעגל המשני לראשוני. למעשה, התנגדות החדרה זו מאפיינת את כמות האנרגיה המועברת למעגל המשני.

אם המעגל המשני מכוון ביחס לתדר של הגנרטור, אזי להתנגדות המוכנסת על ידו תהיה, בנוסף לפעיל, רכיב תגובתי (קיבולי או אינדוקטיבי, תלוי בכיוון שבו המעגל מסועף) .

גודל החיבור בין קווי המתאר

שקול את התלות הגרפית של הזרם של המעגל המשני בתדר של הגנרטור ביחס לגורם הצימוד Kww של המעגלים. ככל שהצימוד של קווי המתאר קטן יותר, התהודה חדה יותר, וככל ש-Kww עולה, שיא עקומת התהודה משתטח תחילה (צימוד קריטי), ולאחר מכן, אם הצימוד מתחזק עוד יותר, הוא מקבל מראה דו-גבי.

החיבור הקריטי נחשב לאופטימלי מנקודת המבט של השגת ההספק הגדול ביותר במעגל המשני אם המעגלים זהים. גורם הצימוד למצב אופטימלי שכזה שווה מספרית לערך ההנחתה (ההדדיות של גורם ה-Q של המעגל Q).

החיבור החזק (קריטי יותר) יוצר צניחה בעקומת התהודה, וככל שהחיבור הזה חזק יותר, כך נפילת התדר רחבה יותר. עם חיבור חזק של המעגלים, האנרגיה מהלולאה הראשונית מועברת למשנית ביעילות של יותר מ-50%; גישה זו משמשת במקרים בהם יש צורך להעביר יותר כוח ממעגל למעגל.

צימוד חלש (פחות מקריטי) מספק עקומת תהודה שצורתה זהה למעגל בודד. צימוד חלש משמש במקרים בהם אין צורך בהעברת הספק משמעותי מהלולאה הראשונית למעגל המשני ביעילות גבוהה, ורצוי שהמעגל המשני ישפיע כמה שפחות על המעגל הראשוני.ככל שגורם ה-Q של המעגל המשני גבוה יותר, משרעת הזרם בו בתהודה גדולה יותר. החוליה החלשה מתאימה למטרות מדידה בציוד רדיו.