Hoe werkt de inductor?

Een inductor is niets meer dan een geïsoleerde draad die strak om een ​​magnetische kern is gewikkeld. De kern kan van ferromagnetisch materiaal of kunststof zijn, of in sommige gevallen hol (lucht). Dit berust op het principe dat de magnetische flux zich rond de stroomvoerende geleider ontwikkelt. Als u iets van condensatoren afweet, bent u bekend met het feit dat condensatoren energie opslaan door gelijke en tegengestelde ladingen in hun platen op te slaan. Op dezelfde manier slaat een inductor energie op in de vorm van een magnetisch veld dat zich eromheen ontwikkelt. Inductoren reageren verschillend op AC en DC. Maar voordat we ons verdiepen in 'hoe inductoren werken'. Laten we eens kijken naar de structuur en kenmerken ervan.

Inductorstructuur:

Inductoren zijn heel eenvoudig te bouwen uit alle andere componenten die in de elektronica worden gebruikt. Dit is een handleiding voor het maken van een eenvoudige inductor. Er zijn alleen een isolatiedraad en een magnetisch kernmateriaal nodig om de spoel te omwikkelen. Een magnetische kern is niets meer dan een materiaal waar draden omheen gewikkeld zijn, zoals weergegeven in de afbeelding hierboven. Er zijn verschillende soorten inductoren, afhankelijk van het gebruikte kernmateriaal. Enkele veelgebruikte kernmaterialen zijn ijzer, ijzeren magneten, enz. Naast het soort kernmateriaal is het ook verkrijgbaar in verschillende maten en vormen, waaronder cilinder, staaf, torode en plaat. Daarentegen zijn er inductoren zonder enige fysieke magnetische kern. Ze worden holle inductoren of holle inductoren genoemd. De magnetische kern speelt een belangrijke rol bij het veranderen van de inductie van de inductor.

Hoe werkt de inductor

Laten we beginnen met het feit te stellen dat "magnetische flux zal worden geproduceerd op een stroomvoerende geleider." Op dezelfde manier ontstaat er, wanneer een elektrische stroom door een inductor gaat, een magnetische flux eromheen. Met andere woorden, de energie die op de inductor wordt toegepast, wordt opgeslagen in de vorm van magnetische flux. De magnetische flux zal zich in de tegenovergestelde richting van de stroom ontwikkelen. De inductor is daarom bestand tegen plotselinge veranderingen in de stroom die er doorheen vloeit. Dit vermogen van inductoren wordt inductantie genoemd, en elke inductor zal enige inductantie hebben. Dit wordt weergegeven door het symbool L en in eenheden van Henry.

De inductie van de inductor hangt af van de vorm van de spoel, het aantal windingen van de magnetische kernwikkeling, het oppervlak van de magnetische kern en de permeabiliteit van het magnetische kernmateriaal. De inductantie van de inductor wordt gegeven door de volgende formule

L = μN2A/L

L - Spoelinductie

μ - Permeabiliteit van het kernmateriaal

A - Spoeloppervlak (m2)

N - Aantal windingen in een spoel

l - Gemiddelde lengte van de spoel (m)

Inductoren in AC-circuits:

Zoals eerder vermeld, gedragen inductoren zich anders dan AC-signaalbronnen dan DC-signaalbronnen. Wanneer een AC-signaal wordt toegepast op een inductor, ontstaat er een magnetisch veld dat met de tijd varieert, omdat de stroom die het magnetische veld zelf produceert in de tijd varieert. Volgens de wet van Faraday creëert dit fenomeen een zelfinductieve spanning op de inductor. De zelfgeïnduceerde spanning wordt uitgedrukt door VL. In feite werken de spanningen die aan beide uiteinden van de inductor worden gegenereerd in de tegenovergestelde richting van de stromen die er weerstand aan bieden. De spanning aan beide uiteinden van de inductor wordt gegeven door de volgende formule

VL =L di / dt

VL - Zelfgeïnduceerde spanning

di/dt - Verandering in stroom ten opzichte van de tijd

Als er gedurende 1 seconde een stroom van 1 ampère door een Henry-inductor vloeit, wordt deze op de inductor gegenereerd

"v. Nu kun je zien hoe de stroom die door de inductor vloeit, de spanning beïnvloedt die aan beide uiteinden wordt gegenereerd. De resulterende spanning is het tegenovergestelde van de stroom die door de inductor vloeit.

VI kenmerken van inductoren:

Laten we naar de VI-karakteristieke curve van de inductor verwijzen om de bovenstaande concepten beter te begrijpen. Naarmate een positieve cyclus van het AC-signaal door de inductor gaat, neemt de stroom toe. We weten dat de inductor een hekel heeft aan stroomveranderingen, dus produceert hij een geïnduceerde spanning tegen de stroom die deze veroorzaakt. Je kunt dit zien bij 0 graden in de bovenstaande afbeelding, waar de geïnduceerde spanning het maximum zal zijn wanneer de stroom begint te stijgen. Zodra de stroom zijn maximum bereikt, wordt de geïnduceerde spanning negatief in een poging te voorkomen dat de stroom afneemt.

Deze cyclus herhaalt zich, en uit de bovenstaande figuur kunnen we zien dat de geïnduceerde spanning die in de inductor wordt gegenereerd, zal inwerken op de variërende stroom die er doorheen vloeit. Hier wordt gezegd dat de spanning en stroom 90 graden uit fase zijn. Door wisselstroomsignalen slaat de inductor dus energie op in de vorm van een magnetisch veld in een continue cyclus en geeft deze weer vrij.

Inductoren in een gelijkstroomcircuit:

We begrijpen nu hoe inductoren werken met AC-signaalbronnen. Laten we eens kijken hoe het reageert bij gebruik met een DC-signaalbron. Bedenk dat de formule voor de geïnduceerde spanning aan beide uiteinden van de inductor wordt gegeven door de volgende formule

VL =L di / dt

Bij gebruik van een DC-signaalbron zal de stroomverandering ten opzichte van de tijd nul zijn, wat resulteert in een nul-geïnduceerde spanning aan beide uiteinden van de inductor. Simpel gezegd gedraagt ​​de inductor zich in een gelijkstroomcircuit als een gewone draad, en de draad genereert enige weerstand. Er is echter meer bij het gebruik van een inductor met een DC-signaalbron in een echt circuit. In een echt circuit heeft de stroom een ​​zeer korte tijd nodig om vanaf nul zijn maximum te bereiken. Op dit moment zal er aan beide uiteinden van de inductor een geïnduceerde spanning zijn, die een negatief maximum zal zijn wanneer de stroom van nul naar zijn maximum begint te bewegen. Zodra de stroom een ​​stabiele DC-toestand bereikt, daalt de geïnduceerde spanning scherp naar nul en raakt deze verouderd. Bij gebruik met een gelijkstroomsignaalbron zal de inductor dergelijke door korte overspanningen geïnduceerde spanningspieken vertonen.

Inductieve reactantie:

Een ander belangrijk ding om te weten over inductoren is reactantie. Dit is de weerstandskarakteristiek van componenten zoals condensatoren en inductoren tegen elektrische AC-signalen. De reactantie die door de inductor wordt weergegeven, wordt inductieve reactantie genoemd en wordt gegeven door de formule

XL=2πFL

Uit de formule kan worden afgeleid dat de reactantie toeneemt naarmate de frequentie van het AC-signaal toeneemt, waarbij in gedachten moet worden gehouden dat de inductor een hekel heeft aan veranderende stromen, en dus een grotere reactantie vertoont op hoogfrequente signalen. Wanneer de frequentie bijna nul is of het DC-signaal er doorheen gaat, wordt de reactantie nul, net als de geleider waar het ingangssignaal doorheen gaat.