(Wikipedia kelat.)

Yleistä kelasta

Kela (myös induktori tai käämi) on passiivinen sähkötekniikan ja elektroniikan komponentti, joka

• • voi varastoida energiaa sen läpi kulkevan sähkövirran synnyttämään magneettikenttään.

  • Varastoitunut energia pyrkii vastustamaan kelan läpi kulkevan virran muutoksia, mitä ominaisuutta kuvataan induktanssilla. Induktanssin yksikkö on Henry (H).

Kelalla on tärkeä merkitys kaikissa laitteissa, joissa käytetään sähkömagneetteja, esimerkiksi

• • sähkömoottorissa ja

  • muuntajassa.

  • Vaihtovirtapiirissä kelaa käytetään muodostamaan piiriin positiivinen reaktanssi.

  • Sähköisesti kelan vastakohta on kondensaattori, jolla on negatiivinen reaktanssi.

Kelan mekaaninen vastine on vauhtipyörä. Vauhtipyörään voi varastoida mekaanista energiaa.

Rakenne

Kela tehdään tyypillisesti kiertämällä eli käämimällä sähköjohdin:

• • tätä tarkoitusta varten valmistetun ferromagneettisen sydämen ympärille.

    • suurilla taajuuksilla aine on ferriittiä

  • On mahdollista tehdä myös ilmasydäminen kela.

    • Tällöin sydänaineena toimii ilma, ja kela rakennetaan esimerkiksi muovisen tukirungon päälle.

    • Mikäli johdin on tarpeeksi jäykkä, voidaan ilmasydäminen kela tehdä myös ilman erillistä tukirunkoa.

Kuvassa ilmasydäminen kela ilman erillistä tukirunkoa.

Eri muotoisia keloja

Alla olevat kelat ferriittisydämellä:

Toimintaperiaate

Sähkövirta synnyttää johtimen ympärille virran voimakkuuteen verrannollisen magneettivuon. Sähkövirran voimakkuuden muuttuminen muuttaa magneettivuota, mikä Faradayn induktiolain mukaan muodostaa virran muutosta vastustavan sähkömotorisen voiman eli jännitteen. Kiertämällä johdin kelaksi magneettikenttä voimistuu, ja se on verrannollinen kelan kierrosten lukumäärään. Jos kelan sisällä on raudasta tai muusta ferromagneettisesta aineesta valmistettu, korkean permeabiliteetin omaava sydän, sen vaikutuksesta kelan induktanssi voi kasvaa jopa 2000-kertaiseksi.

Induktanssi

Kelan induktanssiin suuruuteen vaikuttavat

• • sydämen muoto,

  • sydämen materiaali sekä

  • johdinkierrosten määrä.

Myös yksittäisellä johdinlenkillä ja suoralla johtimellakin on pieni induktanssi, mikä joudutaan ottamaan huomioon hyvin suuritaajuuksisia signaaleita käsitteleviä virtapiirejä suunniteltaessa.

Induktanssin yksikkö on henry (H).

Esimerkiksi kela, jonka induktanssi on 1 H, muodostaa päidensä yli 1 V jännitteen, kun sen läpi kulkeva virta muuttuu 1 A/s (ampeerin sekunnissa). Ilmiöstä johtuen esimerkiksi releiden kelojen yli kytketään usein diodi estämään nopeista virranmuutoksista aiheutuneita jännitepiikkejä.

Keloja käytetään erityisesti vaihtovirtapiireissä sen induktiivisen reaktanssin vuoksi. Sitä mitataan ohmeina kuten tasavirralla resistanssiakin. Toisin kuin vastuksen resistanssi, induktiivinen reaktanssi riippuu vaihtovirran taajuudesta ja se lasketaan kaavalla

missä f on taajuus ja L kelan induktanssi.

Hyvyysluku Q

• • Häviöttömässä induktanssissa sähköenergiaa ei muutu lämmöksi, vaikka kelan läpi kulkee virtaa ja kelan yli on jännite. Käytännössä kelalla kuitenkin on aina resistanssia (ellei johdinta ole valmistettu suprajohtavasta materiaalista).

  • Häviöllisessä kelassa puhutaan kelan Q-arvosta eli hyvyysluvusta,

    • = kelan reaktanssi jaettuna sen sisäisellä resistanssilla.

  • Mitä suurempi on Q-arvo, sen pienempiä ovat kelan häviöt.

    • Hyvin suuri Q-arvo tarkoittaa, että kela on lähes ideaalinen,

    • pieni Q-arvo tarkoittaa, että sisäinen resistanssi vaikuttaa merkittävästi kelan sisältävän virtapiirin toimintaan. Esimerkiksi elektroniikan suodattimien käytännön suunnittelussa käytetyissä kaavoissa on Q-arvo usein jo mukana.

Kelan sisäisessä resistanssissa muuttuu tehoa lämmöksi.

Kuristimet ja reaktorit

Suurta kelaa, jota käytetään virran rajoittamiseen, kutsutaan myös kuristimeksi. Kuristinta voidaan myös käyttää jännitepiikkien muodostamiseen, näin muodostunut virtapiikki esimerkiksi sytyttää loistevalaisimen.

Esimerkkejä keloista:

MURATA - LQH31MNR82K03L - INDUCTOR, 1206 CASE, 0.82µH, 10%:

WUERTH ELEKTRONIK - 7443330082 - INDUCTOR, 0.82UH, 20A, 20%:

PANASONIC - ELC10D2R7E - CHOKE, 2.7UH, 5.5A, 0R015:

Pienkomponentit

Kelan vianhaku