Cum funcționează inductorul?

Un inductor nu este altceva decât un fir izolat înfășurat strâns în jurul unui miez magnetic. Miezul poate fi un material feromagnetic sau plastic sau, în unele cazuri, gol (aer). Aceasta se bazează pe principiul că fluxul magnetic se dezvoltă în jurul conductorului care poartă curent. Dacă știți despre condensatori, veți fi familiarizat cu faptul că condensatoarele stochează energie prin stocarea sarcinilor egale și opuse în plăcile lor. În mod similar, un inductor stochează energie sub forma unui câmp magnetic care se dezvoltă în jurul său. Inductoarele răspund diferit la AC și DC. Dar înainte de a explora „cum funcționează inductorii”. Să ne uităm la structura și caracteristicile sale.

Structura inductorului:

Inductoarele sunt foarte simplu de construit din toate celelalte componente utilizate în electronică. Acesta este un ghid pentru realizarea unui inductor simplu. Sunt necesare doar un fir izolator și un material de miez magnetic pentru a înveli bobina. Un miez magnetic nu este altceva decât un material pe care firele se înfășoară, așa cum se arată în imaginea de mai sus. Există diferite tipuri de inductori în funcție de materialul miezului utilizat. Unele materiale de bază utilizate în mod obișnuit sunt fierul, magneții de fier, etc. În plus față de tipul de material de miez, acesta vine și în diferite dimensiuni și forme, inclusiv cilindru, tijă, Torode și foaie. În schimb, există inductori fără miez magnetic fizic. Ele sunt numite inductori goale sau inductori goale. Miezul magnetic joacă un rol important în schimbarea inductanței inductorului.

Cum funcționează inductorul

Să începem prin a afirma faptul că „fluxul magnetic va fi produs pe un conductor purtător de curent”. În mod similar, atunci când un curent electric trece printr-un inductor, acesta creează un flux magnetic în jurul acestuia. Cu alte cuvinte, energia aplicată inductorului este stocată sub formă de flux magnetic. Fluxul magnetic se va dezvolta în direcția opusă fluxului de curent. Prin urmare, inductorul este rezistent la schimbări bruște ale curentului care circulă prin el. Această capacitate a inductorilor se numește inductanță și fiecare inductor va avea o anumită inductanță. Aceasta este dată de simbolul L și în unități de Henry.

Inductanța inductorului depinde de forma bobinei, de numărul de spire ale înfășurării miezului magnetic, de zona miezului magnetic și de permeabilitatea materialului miezului magnetic. Inductanța inductorului este dată de următoarea formulă

L = μN2A/L

L - Inductanța bobinei

μ - Permeabilitatea materialului miezului

A - Suprafața bobinei (m2)

N - Numărul de spire într-o bobină

l - Lungimea medie a bobinei (m)

Inductori în circuite AC:

După cum am menționat mai devreme, inductoarele acționează diferit față de sursele de semnal AC decât DC. Când un semnal de curent alternativ este aplicat unui inductor, acesta creează un câmp magnetic care variază în timp, deoarece curentul care produce câmpul magnetic în sine variază în timp. Conform legii lui Faraday, acest fenomen creează o tensiune auto-inductivă pe inductor. Tensiunea autoindusă este exprimată prin VL. De fapt, tensiunile generate la ambele capete ale inductorului acționează în sens opus curenților care le rezistă. Tensiunea la ambele capete ale inductorului este dată de următoarea formulă

VL =L di / dt

VL - Tensiune auto-indusa

di/dt - Modificarea curentului în raport cu timpul

Dacă un curent de 1 amperi trece printr-un inductor Henry relativ la 1 secundă, acesta va fi generat pe inductor

„v. Acum puteți vedea cum curentul care curge prin inductor afectează tensiunea generată la ambele capete. Tensiunea rezultată este opusă curentului care trece prin inductor.

Caracteristicile VI ale inductorilor:

Să ne referim la curba caracteristică VI a inductorului pentru a înțelege mai bine conceptele de mai sus. Pe măsură ce un ciclu pozitiv al semnalului de curent alternativ trece prin inductor, curentul crește. Știm că inductorul urăște schimbările de curent, deci produce o tensiune indusă împotriva curentului care o provoacă. Puteți observa acest lucru la 0 grade în figura de mai sus, unde tensiunea indusă va fi maximă atunci când curentul începe să crească. Odată ce curentul atinge maximul, tensiunea indusă devine negativă în încercarea de a preveni scăderea curentului.

Acest ciclu se repetă și din figura de mai sus putem observa că tensiunea indusă generată în inductor va acționa asupra curentului variabil care circulă prin acesta. Aici, se spune că tensiunea și curentul sunt defazate cu 90 de grade. Astfel, prin semnale de curent alternativ, inductorul stochează și eliberează energie sub formă de câmp magnetic într-un ciclu continuu.

Inductori într-un circuit de curent continuu:

Acum înțelegem cum funcționează inductoarele cu sursele de semnal AC. Să vedem cum reacționează atunci când este folosit cu o sursă de semnal DC. Amintiți-vă că formula pentru tensiunea indusă la ambele capete ale inductorului este dată de următoarea formulă

VL =L di / dt

Când se utilizează o sursă de semnal DC, modificarea curentului în raport cu timpul va fi zero, rezultând o tensiune indusă zero la ambele capete ale inductorului. Mai simplu spus, într-un circuit de curent continuu, inductorul se comportă ca un simplu fir obișnuit, iar firul său generează o oarecare rezistență. Cu toate acestea, există mai multe atunci când utilizați un inductor cu o sursă de semnal DC într-un circuit real. Într-un circuit real, curentul are nevoie de un timp foarte scurt pentru a atinge maximul de la zero. În acest moment, va exista o tensiune indusă la ambele capete ale inductorului, care va fi un maxim negativ atunci când curentul începe să se miște de la zero la maxim. Odată ce curentul atinge o stare de curent continuu stabilă, tensiunea indusă scade brusc la zero și devine învechită. Când este utilizat cu o sursă de semnal DC, inductorul va prezenta astfel de vârfuri de tensiune induse de scurtă durată.

Reactanță inductivă:

Un alt lucru important de știut despre inductori este reactanța. Aceasta este caracteristica de rezistență a componentelor, cum ar fi condensatoarele și inductoarele, la semnalele electrice de curent alternativ. Reactanța arătată de inductor se numește reactanță inductivă și este dată de formula

XL=2πFL

Din formulă se poate deduce că reactanța crește pe măsură ce crește frecvența semnalului de curent alternativ, ținând cont de faptul că inductorul urăște curenții în schimbare, deci prezintă o reactanță mai mare la semnalele de înaltă frecvență. Când frecvența este aproape de zero sau semnalul DC trece, reactanța devine zero, la fel ca conductorul prin care trece semnalul de intrare.