Kela (komponentti)

Wikipedia

Erilaisia keloja

Kelan piirrosmerkki

Kela eli käämi on sähköinen piirielin, joka varastoi energiaa magneettikenttäänsä ja pyrkii vastustamaan lävitseen kulkevan virran muutoksia synnyttämällä napoihinsa virran muuttumisnopeutta vastaavan jännitteen.

Kelan kykyä vastustaa virran muutoksia kuvaa sen induktanssi, jota mitataan henryissä (H). Kun induktanssin L läpi kulkee virta i, niin jännite on $U=L\frac{di}{dt}$

Vastustaessaan kaikkia virran muutoksia kela vastustaa myös vaihtovirran kulkua. Tätä ominaisuutta kutsutaan induktiiviseksi reaktanssiksi. Sitä mitataan ohmeina kuten tasavirralla resistanssiakin. Toisin kuin vastuksen resistanssi, induktiivinen reaktanssi riippuu vaihtovirran taajuudesta ja se lasketaan kaavalla

X L = 2π f L

missä f on taajuus ja L kelan induktanssi.

Virrallisen kelan magneettikentässä on tallentuneena energiaa. Tämä energiamäärä voidaan laskea kelan induktanssista L ja kelan läpi kulkevasta virrasta I seuraavasti:

$E_\mathrm{kela} = {1 \over 2} L I^2$

Sähkötekniikan kela rakentuu rauta- tai ilmasydämen ympärille käämitystä johtimesta. Etenkin suurilla taajuuksilla sydämenä käytetään ferriittiä. Kelan induktanssiin suuruuteen vaikuttavat sydämen muoto, materiaali sekä johdinkierrosten määrä. Myös yksittäisellä johdinlenkillä ja suoralla johtimellakin on pieni induktanssi.

Suurta kelaa, jota käytetään virran rajoittamiseen (esimerkiksi loistelampun liitäntälaitteessa) kutsutaan myös kuristimeksi. Kelaa kutsutaan myös solenoidiksi etenkin, jos kelan magneettikenttää käytetään mekaanisen voiman tuottamiseen. Jos samalla sydämellä on monta käämitystä, syntyy muuntaja.

Häviöttömässä induktanssissa ei muutu sähköenergiaa lämmöksi, vaikka kelan läpi kulkee virtaa ja kelan yli on jännite. Käytännössä kelassa on häviöitä ja sijaiskytkentämallissa on usein resistanssi ja induktanssi sarjassa. Puhutaan usein kelan Q-arvosta, joka on kelan reaktanssi jaettuna resistanssilla. Mitä suurempi on Q-arvo, sen pienempiä ovat kelan häviöt. Suuri Q-arvo on etu kelojen käytämiseen suotimissa. Kelassa häviävä teho on $P=\frac{I^2X}{Q}$