Понимание индуктора и его работы

Катушка индуктивности - один из основных пассивных компонентов электроники. Основные пассивные компоненты в электронике - резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Индукторы тесно связаны с конденсаторами, поскольку оба они используют электрическое поле для хранения энергии, и оба являются двумя оконечными пассивными компонентами. Но конденсаторы и индукторы имеют разные конструктивные свойства, ограничения и использование.

Индуктор - это компонент с двумя выводами, который накапливает энергию в своих магнитных полях. Его также называют катушкой или дросселем. Он блокирует любые изменения тока, протекающего через него.

Катушка индуктивности характеризуется величиной индуктивности, которая представляет собой отношение изменения напряжения (ЭДС) и тока внутри катушки. Единица индуктивности Генри. Если ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется со скоростью один ампер в секунду, и внутри катушки создается 1 В ЭДС, то значение индуктивности будет равно 1 Генри.

В электронике катушка индуктивности со значением Генри используется редко, так как это очень высокая величина с точки зрения применения. Обычно в большинстве приложений используются гораздо более низкие значения, такие как Милли Генри, Микро Генри или Нано Генри.

Условное обозначение	Значение	Отношения с Генри
мГн	Милли Генри	1/1000
э	Микро Генри	1/1000000
нГ	Нано Генри	1/1000000000

Символ индуктора показано на ниже image-

Этот символ представляет собой скрученные провода, что означает, что провода сконструированы в виде катушки.

Конструкция индуктора

Индукторы сформированы с использованием изолированных медных проводов, которые затем сформированы в виде катушки. Катушка может быть разной формы и размера, а также может быть обернута материалом другого типа.

Индуктивность индуктора во многом зависит от множества факторов, таких как количество витков провода, расстояние между витками, количество слоев витков, тип материалов сердечника, его магнитная проницаемость, размер, форма и т. Д.

Существует огромная разница между идеальным индуктором и реальными катушками индуктивности, используемыми в электронных схемах. Настоящая катушка индуктивности имеет не только индуктивность, но также емкость и сопротивление. Плотно намотанные катушки создают измеримую паразитную емкость между витками катушки. Эта дополнительная емкость, а также сопротивление провода изменяют высокочастотное поведение катушки индуктивности.

Катушки индуктивности используются почти в каждом электронном продукте, некоторые из них:

• Металлоискатель
• Металлоискатель Arduino
• FM-передатчик
• Осцилляторы

Как работает индуктор?

Прежде чем продолжить обсуждение, важно понять разницу между двумя терминами: магнитное поле и магнитный поток.

Во время протекания тока через проводник создается магнитное поле. Эти две вещи линейно пропорциональны. Следовательно, если ток увеличится, магнитное поле также увеличится. Это магнитное поле измеряется в единицах СИ, Тесла (Тл). Итак, что такое магнитный поток ? Ну, это измерение или величина магнитного поля, которое проходит через определенную область. Магнитный поток также имеет единицу в стандарте СИ, это Вебер.

Итак, на данный момент на индукторах есть магнитное поле, создаваемое протекающим через них током.

Для дальнейшего понимания необходимо понимание закона индуктивности Фарадея. Согласно закону индуктивности Фарадея, генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

VL = N (dΦ / dt)

Где N - количество витков, а Φ - величина магнитного потока.

Конструкция индуктора

Одна общая стандартная конструкция индуктора и работа могут быть продемонстрированы как медный провод, плотно намотанный на материал сердечника. На изображении ниже медный провод плотно намотан на материал сердечника, что делает его пассивным индуктором с двумя выводами.

Когда ток течет по проводу, электромагнитное поле будет развиваться поперек проводника и возникнет электродвижущая сила или ЭДС в зависимости от скорости изменения магнитного потока. Таким образом, потокосцепление будет Nɸ.

Индуктивность катушки раны индуктора в основном материале называется

мкН ² А / л

где N - количество витков

A - площадь поперечного сечения материала сердечника

L - длина катушки

µ - постоянная проницаемость материала сердечника.

Формула генерируемой обратной ЭДС:

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

В схеме, если на катушку индуктивности подается источник напряжения с помощью переключателя. Этот переключатель может быть чем угодно, например, транзисторами, полевыми МОП-транзисторами или любым типовым переключателем, который будет обеспечивать источник напряжения на катушке индуктивности.

Есть два состояния схемы.

Когда переключатель разомкнут, в катушке индуктивности не будет протекать ток, а скорость изменения тока равна нулю. Значит, ЭДС тоже равна нулю.

Когда переключатель замкнут, ток от источника напряжения до индуктора начинает расти, пока ток не достигнет максимального значения в установившемся режиме. В это время ток, протекающий через катушку индуктивности, увеличивается, и скорость изменения тока зависит от значения индуктивности. Согласно закону Фарадея, индуктор генерирует обратную ЭДС, которая сохраняется до тех пор, пока постоянный ток не перейдет в стабильное состояние. В установившемся режиме в катушке нет изменения тока, и ток просто проходит через катушку.

В течение этого времени идеальная катушка индуктивности будет действовать как короткое замыкание, поскольку у нее нет сопротивления, но на практике ток, протекающий через катушку, и катушка имеет сопротивление, а также емкость.

В другом состоянии, когда переключатель снова замыкается, ток индуктора быстро падает, и снова происходит изменение тока, которое в дальнейшем приводит к генерации ЭДС.

Ток и напряжение в индукторе

На приведенном выше графике показано состояние переключателя, ток индуктора и индуцированное напряжение с постоянной времени.

Мощность, проходящая через катушку индуктивности, может быть рассчитана с использованием закона мощности Ома, где P = напряжение x ток. Следовательно, в таком случае напряжение равно –L (di / dt), а ток равен i. Итак, мощность в индукторе можно рассчитать по этой формуле

P _L = L (di / dt) я

Но в установившемся режиме настоящий индуктор действует как резистор. Таким образом, мощность может быть рассчитана как

P = V ² R

Также возможно вычислить запасенную энергию в индукторе. Индуктор накапливает энергию с помощью магнитного поля. Энергия, запасенная в индукторе, может быть рассчитана по этой формуле:

W (t) = Li ² (t) / 2

Существуют различные типы индукторов с точки зрения их конструкции и размера. Конструктивно индукторы могут быть выполнены с воздушным сердечником, ферритовым сердечником, железным сердечником и т. Д. По форме доступны различные типы индукторов, такие как тип сердечника барабана, тип дросселя, тип трансформатора и т. Д.

Применение индукторов

Катушки индуктивности находят широкое применение.

1. В приложении, связанном с РФ.
2. SMPS и блоки питания.
3. В трансформаторе.
4. Устройство защиты от перенапряжения для ограничения пускового тока.
5. Внутри механических реле и т. Д.