Spole

Spolar

Kretssymbol för en induktor

En spole är inom elektroteknik och elektronik en lindning av elektrisk ledare, vanligen isolerad koppartråd. När ström flyter genom lindningen uppstår ett magnetfält. Spolar används bland annat som induktorer, elektromagneter, reläspolar, transformatorlindningar och lindningar i elektriska motorer.

En spole som används som passiv tvåpolig komponent med viss induktans kallas ofta induktor. Induktorer används bland annat i filter, resonanskretsar, strömförsörjningar och avstörning. En sådan spole kan vara lindad kring en magnetisk kärna, till exempel av ferrit eller järn, eller vara luftlindad.

I exempelvis en musikanläggning används spolar med järnkärna vanligen för lite tyngre applikationer, såsom i transformatorn i apparatens nätdel, medan luftlindade spolar används för att välja radiofrekvens.

Spolen som induktor

Förhållandet mellan det magnetiska flödet och strömstyrkan kallas induktans.

Induktansspolar (även ”induktorer”) används för att filtrera växel- och likström och för att lagra energi. En ideal induktor har ingen resistans för likström, men dess impedans för växelström ökar med frekvensen, det vill säga en induktans har – enkelt uttryckt – en motsatt verkan som en kondensator. Induktansspolar används i avstämnings- och resonanskretsar (filter).

När strömmen genom en spole ökar, ökar också magnetfältet runt ledaren. Minskar man strömmen minskar magnetfältet, och energin återgår till den elektriska kretsen.

Ett alternativt synsätt är att betrakta induktiva komponenter som ström- och spänningsdämpare. När strömmen genom spolen förändras alstras en motriktad spänning, så kallad elektromotorisk kraft (emk), som ges av sambandet

$V=-L\ {\frac {{\mbox{d}}I}{{\mbox{d}}t}}$

där L är induktansen; det vill säga emk-spänningen är proportionell mot strömförändringshastigheten med proportionalitetskonstanten L. Induktansen beror bland annat på spolens geometri, antalet lindningsvarv och kärnmaterialets magnetiska egenskaper.

För sinusformad växelström med frekvensen f och vinkelfrekvensen ω = 2πf är den induktiva reaktansen

$X_{L}=\omega L=2\pi fL$

Termen X_L = ωL brukar benämnas induktiv reaktans och är den positiva imaginärdelen av impedansen.

Spolar gör olika motstånd beroende på strömmens frekvens, så de har reaktans. Men i en spole varierar reaktansen åt andra hållet: strömmen bromsas upp ju högre frekvens den har. I en ideal spole påverkas inte stationär likström av induktansen, men verkliga spolar har även resistans i lindningen.

Induktans

Växelverkan mellan ström och magnetflöde mäts i SI-enheten henry och kallas spolens induktans. Induktansens storlek beror på antalet lindningsvarv men påverkas också av om spolen är lindad kring en järnkärna eller annat magnetiskt material eller om spolen är luftlindad.

I praktiken används oftast inte spolar av storleksordningen henry, så vanligare enheter är millihenry (mH, tusendels henry), och mikrohenry (µH, miljondels henry). I beräkningsuttryck betecknas induktansen ofta med L.

En spoles reaktans (X_L) är det elektriska motstånd som dess induktans ger vid en given frekvens. Den kan beräknas enligt

$X_{L}=2\cdot \pi \cdot f\cdot L\!$

En spole med en induktansen 20 µH har för en växelspänning med frekvensen 110 MHz reaktansen

$X_{L}=2\cdot \pi (110\cdot 10^{6})(20\cdot 10^{-6})=13,82\;k\Omega$

Användning

Spolen är en komponent som helst undviks i elektronikkretsar eftersom den inte är lika ideal som motståndet och kondensatorn. Bland annat har den en resistans som oftast ej är försumbar, och för att få hög induktans måste dessutom en järnkärna användas vilket gör spolen både stor och tung. Dock måste spolar användas i bland annat passiva filter.

I aktiva filter kan man undvika användning av spolar eftersom induktans kan simuleras med en OP-förstärkare, en kapacitans och några resistanser.

I transformatorer används två eller flera lindningar på en gemensam magnetisk kärna för att överföra energi genom elektromagnetisk induktion. Lindningarna kallas vanligen primärlindning och sekundärlindning.

Drosslar

Drossel till lysrörsarmatur.

Spolar som används för att begränsa strömmens storlek i en ledare brukar kallas för ”drossel”. Drossel kommer från tyskans drossel och betyder "strypa" eller minska (en liknande benämning används i engelskan, nämligen ”choke” (”kvävare”)). En drossel stryper höga frekvenser och låter låga passera.

En drossel är en induktor som används för att dämpa växelströmskomponenter, störningar eller snabba strömändringar. Som seriekopplad induktor ger den högre impedans ju högre frekvensen är. Drosslar används bland annat i frekvensfilter, nätaggregat, lysrörsarmaturer och för avstörning.

Benämningen är funktionell: samma typ av komponent kan kallas induktor när den beskrivs som kretselement, spole när konstruktionen betonas och drossel när dess uppgift är att strypa eller dämpa strömvariationer.

Typiska användningsområden för drosslar är som induktiva komponenter i frekvensfilter. Drosslar används för avstörning eller begränsning av radiostörningar. Den klump som sitter på till exempel kablar till bildskärmar är en enkel drossel. Drosslar används också för begränsning av strömmen i lysrör. Utan drossel, elektroniskt driftdon eller annan strömbegränsare skulle lysröret snabbt gå sönder.

Se även

• Solenoid

Referenser

• Sune Söderkvist (2005). Kretsteori & Elektronik (4) 
• EJ Jurich (2014). Vacuum Tube Amplifier Basics. ISBN 1500938866 
• Cederlund Ove, Bager Olof, Hedberg Hans, red (1981). Tekno's El. 8, Industrielektronik. Tekno's facklitteratur, 99-0123889-7 ; 168. Stockholm: Teknograf. inst. Libris 216052. ISBN 91-7172-247-5 (inb.) 

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Spole.
  Bilder & media