Розуміння індуктора і його роботи

Індуктор є одним з основних пасивних компонентів в електроніці. Основними пасивними компонентами в електроніці є резистори, конденсатори та котушки індуктивності. Індуктори тісно пов'язані з конденсаторами, оскільки обидва вони використовують електричне поле для накопичення енергії, і обидва вони є двома кінцевими пасивними компонентами. Але конденсатори та індуктори мають різні будівельні властивості, обмеження та використання.

Індуктор - це два кінцеві компоненти, які зберігають енергію у своїх магнітних полях. Його також називають котушкою або дроселем. Він блокує будь-які зміни струму, що протікають через нього.

Індуктор характеризується значенням індуктивності, яке є відношенням напруги (ЕРС) і зміни струму всередині котушки. Одиниця індуктивності Генрі. Якщо потік струму через індуктор змінюється із швидкістю один ампер в секунду і всередині котушки виробляється 1 В ЕРС, тоді значення індуктивності буде 1 Генрі.

В Електроніці індуктор зі значенням Генрі використовується рідко, оскільки це дуже велике значення з точки зору застосування. Як правило, у більшості додатків використовуються набагато нижчі значення, такі як Milli Henry, Micro Henry або Nano Henry.

Символ	Значення	Відносини з Генрі
mH	Міллі Генрі	1/1000
uH	Мікро Генрі	1/1000000
nH	Нано Генрі	1/1000000000

Символ індуктора показано на нижче image-

Символ є зображенням скручених проводів, що означає, що дроти сконструйовані так, щоб стати котушкою.

Побудова індуктора

Індуктори формуються за допомогою ізольованих мідних проводів, які надалі формуються як котушка. Котушка може бути різною за формою та розмірами, а також може бути обмотана різними типами матеріалів.

Індуктивність індуктора в значній мірі залежить від багатьох факторів, таких як кількість витків дроту, відстань між витками, кількість шарів витків, тип матеріалів серцевини, його магнітна проникність, розмір, форма тощо.

Існує величезна різниця між ідеальним індуктором та реальними реальними індукторами, що використовуються в електронних схемах. Справжній індуктор не тільки має індуктивність, але він також має ємність і опір. Тісно обмотані котушки виробляють вимірювану величину відхиленої ємності між витками котушки. Ця додаткова ємність, а також опір дроту змінює високочастотну поведінку індуктора.

Індуктори використовуються майже в кожному електронному виробі, деякі програми індуктивності, що виготовляються своїми руками:

• Металошукач
• Детектор металу Arduino
• FM-передавач
• Осцилятори

Як працює індуктор?

Перш ніж обговорювати далі, важливо зрозуміти різницю між двома термінологіями - Магнітне поле та Магнітний потік.

Під час протікання струму через провідник створюється магнітне поле. Ці дві речі є лінійно пропорційними. Отже, якщо струм збільшити, то і магнітне поле також збільшиться. Це магнітне поле вимірюється в одиниці СІ, Тесла (T). Тепер, що магнітний потік ? Ну, це вимірювання або кількість магнітного поля, яке проходить через певну область. Магнітний потік також має одиницю виміру за стандартом СІ, це Вебер.

Отже, зараз на індукторах існує магнітне поле, яке створюється струмом, що протікає через нього.

Щоб зрозуміти далі, потрібно розуміння закону індуктивності Фарадея. Відповідно до закону індуктивності Фарадея, генерується ЕРС пропорційний швидкості зміни магнітного потоку.

VL = N (dΦ / dt)

Де N - кількість витків, а Φ - кількість потоку.

Побудова індуктора

Одну загальну, стандартну конструкцію та роботу індуктора можна продемонструвати як мідний дріт, щільно обмотаний матеріалом серцевини. На зображенні нижче мідний дріт щільно обмотаний матеріалом сердечника, що робить його пасивним дроселем із двома клеммами.

Коли струм протікає по дроту, електромагнітне поле буде розвиватися по провіднику, і електрорушійна сила або ЕРС будуть генеруватися в залежності від швидкості зміни магнітного потоку. Отже, зв’язок потоку буде Nɸ.

Індуктивність котушки рани індуктора в основному матеріалі називається

µN ² A / L

де N - кількість витків

A - площа поперечного перерізу матеріалу серцевини

L - довжина котушки

µ - проникність матеріалу серцевини, яка є постійною.

Формула генерованого зворотного ЕРС становить

Vemf (L) = -L (di / dt)

У ланцюзі, якщо на індуктор подається джерело напруги за допомогою перемикача. Цей перемикач може бути будь-яким, як транзистори, MOSFET або будь-який типовий перемикач, який буде подавати джерело напруги на індуктор.

Існує два стани схеми.

Коли перемикач відкритий, в індукторі не буде протікати струм, а швидкість зміни струму дорівнює нулю. Отже, ЕРС також дорівнює нулю.

Коли перемикач закритий, струм від джерела напруги до котушки індуктивності починає зростати, поки потік струму не досягне максимального стійкого значення. У цей час потік струму через індуктор збільшується, і швидкість зміни струму залежить від величини індуктивності. Відповідно до закону Фарадея, індуктор генерує зворотну ЕРС, яка залишається до тих пір, поки постійний струм не перейде в стабільний стан. Під час стаціонарного стану зміна струму в котушці не змінюється, а струм просто проходить через котушку.

Протягом цього часу ідеальний індуктор буде діяти як коротке замикання, оскільки він не має опору, але в практичній ситуації потік струму через котушку і котушку має опір, а також ємність.

В іншому стані, коли перемикач знову закритий, струм індуктора швидко падає, і знову відбувається зміна струму, що додатково призводить до генерації ЕРС.

Струм і напруга в індукторі

Наведений графік показує стан перемикача, струм індуктора та індуковану напругу в постійній часі.

Потужність через індуктор можна розрахувати, використовуючи закон потужності Ом, де P = напруга x струм. Отже, у такому випадку напруга дорівнює –L (di / dt), а сила струму i. Отже, потужність індуктора можна розрахувати за цією формулою

P _L = L (di / dt) i

Але під час стійкого стану справжній індуктор просто діє як резистор. Тож потужність можна розрахувати як

P = V ² R

Також можна розрахувати накопичену енергію в індукторі. Індуктор накопичує енергію за допомогою магнітного поля. Енергію, що зберігається в індукторі, можна розрахувати за цією формулою:

W (t) = Li ² (t) / 2

Існують різні типи індукторів за своєю конструкцією та розмірами. Будівельні індуктори можуть бути сформовані в повітряному сердечнику, феритовому сердечнику, залізному сердечнику тощо, і за формою є різні типи індукторів, таких як тип серцевини барабана, тип дроселя, тип трансформатора тощо.

Застосування індукторів

Індуктори використовуються в широкій області застосування.

1. У додатку, пов'язаному з ВЧ.
2. SMPS та джерела живлення.
3. У трансформаторі.
4. Захист від перенапруги для обмеження пускового струму.
5. Всередині механічних реле тощо.