Увод у индукторе

Једна пасивна компонента која увек остаје нејасна су индуктори. То су структуре попут намотаја које налазите у већини електронских склопова снаге и због својих својстава раде трансформатори. Разлог зашто многи људи не разумеју Индукторе је тај што они не само да мењају електрично поље већ и магнетно поље око њега. У овом туториалу разумјет ћемо основе Индуктора и демистифицирати га тако да ћемо знати како и када да га користимо у нашим апликацијама.

Шта је индуктор?

Индуктор је можда најједноставнији од свих електронских компоненти, конструиран слично као отпорник - једноставна дужина жице која се намотава. Међутим, овде отпор није имовина коју тражимо. То се нешто догађа због облика жице - завојнице - она ствара магнетно поље када кроз њу прође струја. Ово индуковано магнетно поље даје овом комаду жице интересантна електрична својства, нарочито индуктивност - која овим деловима даје име.

Разлика између индуктора и кондензатора

О кондензатору смо већ сазнали у претходном чланку. А сада када сте познавали основе индуктора, можда ћете се запитати: "Која је разлика између индуктора и кондензатора?"

Прво ствари обоје чувају енергију када се напон потенцијала примени, али кондензатор складишти енергију у облику електричног поља, а индуктор складишти енергију у облику магнетног фелида. Ок, али како то утиче на његове перформансе.

Потребно нам је дубоко копање да бисмо то схватили, али за сада се можете само сјетити да кондензатор покушава изравнати напон у кругу, односно да му се не свиђа промјена потенцијала у свакој компоненти и стога ће напунити или пражњење за изравнавање напона. Индуктор с друге стране не воли промену струје у кругу, па ће се струја мењати наелектрисати или испразнити да би изједначила струју кроз круг.

Такође запамтите да Индуктор мења поларитет током пражњења тако да је потенцијал током пуњења супротан потенцијалу током пражњења.

Симболи за индукторе

Као и многе друге електронске компоненте, симбол индуктора је поједностављени пиктограм онога што он заправо изгледа:

Црте у близини симбола представљају основни материјал - о чему ћемо касније разговарати.

Рад индуктора

Индуктор, као што је већ споменуто, јесте само завојница жице.

Пре него што пређемо на било шта друго, поставимо питање, зашто завојница?

Као што већ знамо, сваки проводник струје носи магнетно поље на следећи начин:

Међутим, ако у формуле укључите вредност струје, тада ћете схватити да је произведено магнетно поље сићушно - готово занемарљиво, осим ако су струје невероватно велике, редом мега-ампера.

Да бисмо повећали магнетно поље које ствара специфична дужина жице, омотамо га у облику завојнице. Ово повећава магнетно поље, као:

Овај облик се назива и соленоид.

Када се напон примењује преко стезаљки индуктора, струја која тече ствара магнетно поље. Ово магнетно поље поново ствара индуковану струју у индуктору супротне поларности, по Лензовом закону. Струје се не искључују једна од друге - радије, индукована струја активно покушава да се супротстави долазној струји услед напона на индуктору. Укупни резултат ове битке је да се струја кроз индуктор не може брзо мењати - то је увек линеарни нагиб.

Мерење индуктора

Радно понашање индуктора поставља занимљиво питање - како квантитативно измерити понашање индуктора у терминима који су лако мерљиви?

Могли бисмо испробати мерење индуктора магнетним пољем које они стварају. Чим то учинимо, наилазимо на проблеме. Магнетно поље које ствара индуктор зависи од струје која пролази кроз њега, тако да чак и мали индуктор може створити велико магнетно поље.

Уместо тога, могли бисмо користити исти приступ који смо користили за кондензаторе и можемо дефинисати индуктивитет кола као промену напона индуковану када се струја мења одређеном брзином.

Математички,

В = Л (дИ / дт)

Где је В напон, Л је индуктивност, И је струја и т је временски период.

Индуктивност, Л, мери се у Хенрис-у, названом по Јосепху Хенрију, америчком научнику који је открио електромагнетску индукцију.

Формула за израчунавање индуктивности завојнице жице дата је овом формулом:

Л = (µн2а) / л

Где је Л индуктивност у Хенрис-у, µ је константа пропусности, тј. Коефицијент колико лако се може створити магнетно поље у датом медијуму, н је број окрета, а је површина завојнице и л је дужина завојнице.

Опет, Хенри је веома велика јединица, па се практички индуктори мере у микроХенри-у, уХ, што је милионин Хенри-а, или милиХенрис, мХ, што је хиљаду Хенри-ја. Повремено можете чак наћи врло мале индуктивитете, мерене у наноХенрис-у, који су хиљаду уХ.

Различите врсте индуктора

Сада µ у горњој једначини има неке занимљиве импликације. То сугерише да се магнетним пољем унутар индуктора може манипулирати. Као што је горе поменуто, понекад магнетно поље које ствара чак и соленоид понекад не испуњава захтеве. Зато готово у свим случајевима нађете индукторима формиране око језгра материјала.

Језгра су материјали који подржавају стварање магнетног поља. Они су обично направљени од гвожђа и његових једињења, попут ферита (који је оксид гвожђа). Можете добити веће магнетно поље користећи језгро него без једног.

1. ИНДЕКТОРИ КЛИМА У ЗРАКУ:

Као што име каже, ова врста индуктора нема језгру - основни материјал је ваздух! Будући да ваздух има релативно малу пропустљивост, индуктивност индуктора језгре ваздуха је прилично ниска - ретко изнад 5уХ. Будући да имају ниску индуктивност, брзина пораста струје је прилично брза за примењени напон и чини их способним за руковање високим фреквенцијама. Најчешће се користе у РФ круговима.

2. ЖЕЛЕЗНИ ИНДЕКТОРИ ЖЕЉЕЗНИЦЕ

Гвожђе је можда најпрепознатљивији магнетни материјал, што га чини идеалним избором за индуктори. Они имају облик индуктора са језгром од гвожђа. Обично се користе за линијско филтрирање ниских фреквенција, јер могу бити прилично лепршаве и велике индуктивности. Користе се и у аудио опреми.

3. ФЕРРИТЕ ИНДУЦТОРС ЦОРЕ

Ферит је само прах оксида гвожђа. Овај прах се помеша са епоксидном смолу и обликује у језгре око којих се жице могу намотати. Феритна језгра индуктори су лако најпрепознатљивији због своје досадне сиво-црне боје. Такође су врло крхки и лако се ломе. То су најчешће коришћене врсте индуктора, јер се пропусност може фино контролисати контролисањем односа ферита и епокси-а у мешавини.

Индуктори у серији и паралелно

Индуктори спојени у серију и паралелно понашају се супротно од кондензатора.

На пример, за израчунавање индуктивности групе индуктора у серији, можете једноставно сажети вредности појединих индуктивитета.

Л = Л1 + Л2 +… + Лн

Где је Л укупна индуктивност, а Л1, Л2… Лн су појединачне индуктивности.

Претпоставимо да имате два индуктора, један који мери 10уХ, а други 15уХ, па стављањем у серију добијате укупну индуктивност од 25уХ.

Индукктори паралелно се понашају исто као и паралелни отпорници, индуктивност се даје:

1 / Л = 1 / Л1 + 1 / Л2 +… + 1 / Лн

Где је Л укупна индуктивност, а Л1, Л2… Лн су појединачне индуктивности.

На овај начин, ако паралелно повежете два 10уХ индуктора, на крају ћете добити индуктивитет од 5уХ.

Корисне формуле индуктора

1. ЕНЕРГИЈА КОЈУ САСТАВЉАЈУ ИНДУЦТОРИ:

Индуктори могу да складиште енергију слично кондензаторима, али енергија нестаје оног тренутка када искључите напајање и магнетско поље се уруши. Другим речима, индуктор без напајања не може да одржи своје магнетно поље.

Е = ½ * Л * И2

Где је Е енергија у Јоулесу, Л је индуктивност у Хенриесу, а ја је струја у амперима.

Ако имате индуктор од 20уХ са струјом 5А која пролази кроз њега, тада ће сакупљена енергија бити 0.00025Ј. И у овом аспекту, индуктори такође, попут кондензатора, држе врло мало енергије.

2. СТОПЊЕ ТЕКУЧНОГ РИЗИКА

О овој формули смо већ расправљали, али вреди је погледати ближе.

В / Л = дИ / дт

Где је В напон примењен преко индуктора, Л је индуктивност, И је струја, а т време.

Ово каже да када се константни напон примени преко индуктора, струја расте у линеарном нагибу. Ово може бити корисно за стварање тренутних рампи, баш као што је кондензатор створио напонске рампе при константној струји.

3. ИМПЕДАНЦЕ

Индуктори имају импедансу која је повезана са фреквенцијом по формули:

КСЛ = 2π * ф * Л

Где је КСЛ индуктивна импеданција, ф је фреквенција у Хертзу и Л је индуктивност у Хенрису.

Понашање индуктора у круговима

Изненађујуће је да су индуктори прилично неупотребљиви у истосмјерним струјним круговима, јер константно струја тече и индуктор дјелује попут мало жице.

Већину своје употребе налазе у АЦ круговима. Као што је већ споменуто, имају импедансу, што их чини корисним за ограничавање струје у АЦ кругу, као што су баластне лампе са флуоресцентном лампом.

Такође се могу користити за филтрирање сигнала.

У првом случају, индуктор омогућава свим истосмерним струјама да теку кроз земљу, спречавајући све ниске фреквенције да досегну излаз. На вишим фреквенцијама импеданција индуктора се стално повећава, тако да сигнал може проћи до излаза, стога се назива високопропусним филтром.

У другом случају, индуктор омогућава истосмјерним и ниским фреквенцијама да прођу, али блокира све високе фреквенције са излаза, па се назива нископропусним филтром.

Индуктори у стварном животу

Индуктори, пошто су израђени од бакрене жице и ферита, обично су скупи и већину своје употребе проналазе у радио пријемницима, напајањима и телекомуникацијској опреми.

У напајањима се користи својство индуктора да спречи нагле промене струје. Заједно с кондензатором, спречава нагле промене излазног напона и струје напајања.

РФ склопови користе занимљив ЛЦ круг који се назива тенк. Кондензатор се напуни и испразни у индуктор, који повећава своје магнетно поље. Када се магнетно поље сруши, ствара се напон и пуни кондензатор. То ствара периодичне осцилације које се могу користити за генерисање високих фреквенција.

Фреквенција се може израчунати формулом:

Где је ф фреквенција у Хертзу, Л је индуктивност у Хенрису, а Ц је капацитивност у Фарадсу.

Закључак

А то је све практично знање које ће вам требати за рад са индукторима. Они су интринзично једноставни уређаји и нису толико распрострањени као њихови сродници кондензатора и отпорника, али су и даље врло корисни.

За више информација контактирајте нас на салес@кфуллстар.цом