Як працює індуктор?

Котушка індуктивності - це не що інше, як ізольований дріт, щільно намотаний навколо магнітного сердечника. Сердечник може бути феромагнітним матеріалом або пластиком, або в деяких випадках порожнистим (повітря). Це засновано на тому принципі, що магнітний потік розвивається навколо провідника зі струмом. Якщо ви знаєте про конденсатори, ви, напевно, знаєте, що конденсатори накопичують енергію, зберігаючи рівні та протилежні заряди на своїх пластинах. Так само індуктор зберігає енергію у формі магнітного поля, яке розвивається навколо нього. Індуктори по-різному реагують на змінний і постійний струми. Але перш ніж заглибитися в те, "як працюють індуктори". Давайте розглянемо його структуру і характеристики.

Структура індуктора:

Індуктори дуже просто побудувати з усіх інших компонентів, які використовуються в електроніці. Це посібник із виготовлення простого індуктора. Для обмотування котушки потрібні лише ізоляційний дріт і магнітопровод. Магнітний сердечник — це не що інше, як матеріал, навколо якого обмотуються дроти, як показано на зображенні вище. Існують різні типи індукторів залежно від використовуваного матеріалу сердечника. Деякі загальні матеріали сердечника, які використовуються, це залізо, залізні магніти тощо. Окрім типу матеріалу сердечника, він також буває різних розмірів і форм, включаючи циліндр, стрижень, тород і лист. Навпаки, існують індуктори без фізичного магнітного осердя. Їх називають порожнистими індукторами або порожнистими індукторами. Магнітний сердечник відіграє важливу роль у зміні індуктивності котушки індуктивності.

Як працює індуктор

Почнемо з констатації того факту, що «магнітний потік буде створюватися на провіднику зі струмом». Подібним чином, коли електричний струм проходить через індуктор, він створює магнітний потік навколо нього. Іншими словами, енергія, прикладена до індуктора, зберігається у вигляді магнітного потоку. Магнітний потік буде розвиватися в протилежному напрямку течії струму. Тому індуктор стійкий до раптових змін струму, що протікає через нього. Ця здатність індукторів називається індуктивністю, і кожна котушка індуктивності буде мати певну індуктивність. Це позначається символом L і в одиницях Генрі.

Індуктивність котушки індуктивності залежить від форми котушки, кількості витків обмотки магнітопровода, площі магнітопровода та проникності матеріалу магнітопровода. Індуктивність котушки індуктивності визначається наступною формулою

L = μN2A/L

L - Індуктивність котушки

μ - проникність матеріалу сердечника

A - Площа котушки (м2)

N - кількість витків в котушці

l - Середня довжина котушки (м)

Індуктори в колах змінного струму:

Як згадувалося раніше, індуктори діють по-різному від джерел сигналу змінного струму та постійного струму. Коли сигнал змінного струму подається на котушку індуктивності, він створює магнітне поле, яке змінюється з часом, оскільки струм, який створює магнітне поле, змінюється з часом. Відповідно до закону Фарадея це явище створює на індукторі напругу самоіндукції. Напруга самоіндукції виражається VL. Насправді напруги, що утворюються на обох кінцях індуктора, діють у протилежному напрямку до струмів, які їм протистоять. Напруга на обох кінцях котушки індуктивності визначається наступною формулою

VL =L di / dt

VL - Напруга самоіндукції

di/dt - зміна струму відносно часу

Якщо через індуктор Генрі протягом 1 секунди протікає струм силою 1 ампер, він буде генеруватися на котусі індуктивності.

«v. Тепер ви можете побачити, як струм, що протікає через котушку індуктивності, впливає на напругу, що генерується на обох кінцях. Результуюча напруга протилежна струму, що протікає через котушку індуктивності.

VI характеристики індукторів:

Давайте звернемося до кривої ВІ індуктивності, щоб краще зрозуміти наведені вище концепції. Коли позитивний цикл сигналу змінного струму проходить через котушку індуктивності, струм збільшується. Ми знаємо, що індуктор ненавидить зміни струму, тому він створює індуковану напругу проти струму, який її викликає. Ви можете спостерігати це за 0 градусів на малюнку вище, де індукована напруга буде максимальною, коли струм почне зростати. Як тільки струм досягає свого максимуму, індукована напруга стає негативною, намагаючись запобігти зменшенню струму.

Цей цикл повторюється, і з малюнка вище ми можемо побачити, що індукована напруга, що генерується в індукторі, діятиме на змінний струм, що протікає через нього. Тут кажуть, що напруга та струм зміщені по фазі на 90 градусів. Таким чином, через сигнали змінного струму індуктор зберігає та вивільняє енергію у формі магнітного поля в безперервному циклі.

Котушки індуктивності в колі постійного струму:

Тепер ми розуміємо, як котушки індуктивності працюють із джерелами сигналу змінного струму. Давайте подивимося, як він реагує на використання з джерелом сигналу постійного струму. Нагадаємо, що формула для індукованої напруги на обох кінцях котушки індуктивності задається такою формулою

VL =L di / dt

При використанні джерела сигналу постійного струму зміна струму відносно часу дорівнюватиме нулю, що призведе до нульової індукованої напруги на обох кінцях індуктора. Простіше кажучи, в ланцюзі постійного струму індуктор поводиться як звичайний дріт, і його дріт створює певний опір. Однак при використанні котушки індуктивності з джерелом сигналу постійного струму в реальній схемі є більше. У реальному ланцюзі струму потрібно дуже короткий час, щоб досягти максимуму від нуля. У цей момент буде індукована напруга на обох кінцях індуктора, яка буде негативним максимумом, коли струм почне рухатися від нуля до свого максимуму. Як тільки струм досягає стабільного стану постійного струму, індукована напруга різко падає до нуля і стає застарілою. При використанні з джерелом сигналу постійного струму індуктор демонструватиме такі короткочасні індуковані стрибки напруги.

Індуктивний опір:

Ще одна важлива річ, яку потрібно знати про котушки індуктивності, це реактивний опір. Це характеристика опору таких компонентів, як конденсатори та котушки індуктивності, до електричних сигналів змінного струму. Реактивний опір котушки індуктивності називається індуктивним реактивним опором і визначається формулою

XL=2πFL

З формули можна зробити висновок, що реактивний опір зростає зі збільшенням частоти сигналу змінного струму, маючи на увазі, що індуктор ненавидить зміну струмів, тому він демонструє більшу реактивність на високочастотні сигнали. Коли частота близька до нуля або проходить сигнал постійного струму, реактивний опір стає нульовим, як і провідник, через який проходить вхідний сигнал.