Разбиране на индуктор и той работи

Индукторът е един от основните пасивни компоненти в електрониката. Основните пасивни компоненти в електрониката са резистори, кондензатори и индуктори. Индукторите са тясно свързани с кондензаторите, тъй като и двата използват електрическо поле за съхраняване на енергия и двата са два терминални пасивни компонента. Но кондензаторите и индукторите имат различни конструктивни свойства, ограничения и употреба.

Индукторът е два терминални компонента, който съхранява енергия в своите магнитни полета. Посочва се също като намотка или дросел. Той блокира всякакви промени в тока, протичащ през него.

Индукторът се характеризира със стойността на индуктивността, която е съотношението на напрежението (EMF) и промяната на тока вътре в бобината. На единица индуктивност е Хенри. Ако текущият поток през индуктор се промени със скорост от един ампер в секунда и 1V ЕМП се произведе вътре в намотката, тогава стойността на индуктивността ще бъде 1 Хенри.

В Електрониката индукторът със стойност Хенри се използва рядко, тъй като е много висока стойност по отношение на приложението. Обикновено в повечето приложения се използват много по-ниски стойности като Milli Henry, Micro Henry или Nano Henry.

Символ	Стойност	Връзка с Хенри
mH	Мили Хенри	1/1000
uH	Микро Хенри	1/1000000
nH	Нано Хенри	1/1000000000

На символ на индуктор е показано в по-долу пренасящ образ

Символът е представяне на усукани проводници, което означава, че проводниците са конструирани така, че да се превърнат в намотка.

Изграждане на индуктор

Индукторите се оформят с помощта на изолирани медни проводници, които допълнително се оформят като намотка. Намотката може да бъде различна по форма и размери, а също така може да бъде обвита в различен вид материали.

Индуктивността на индуктор е силно зависима от множество фактори, като например броя на завъртанията на телта, разстоянието между завоите, брой слоеве на завоите, вид на сърцевините, неговата магнитна пропускливост, размер, форма и т.н.

Има огромна разлика между идеалния индуктор и действителните реални индуктори, използвани в електронните схеми. Реалният индуктор има не само индуктивност, но също така има капацитет и съпротивление. Увитите плътно намотки произвеждат измеримо количество отклоняващ се капацитет между завоите на намотките. Този допълнителен капацитет, както и съпротивлението на проводника, променят високочестотното поведение на индуктор.

Индукторите се използват в почти всеки електронен продукт, някои DIY приложения на индуктора са:

• Металдетектор
• Метален детектор Arduino
• FM предавател
• Осцилатори

Как работи индуктор?

Преди да обсъждаме допълнително, важно е да разберем разликата между две терминологии, магнитно поле и магнитен поток.

По време на токовия поток през проводника се генерира магнитно поле. Тези две неща са линейно пропорционални. Следователно, ако токът се увеличи, така че магнитното поле също ще се увеличи. Това магнитно поле се измерва в SI единица, Tesla (T). Сега, какво е магнитен поток ? Е, това е измерването или количеството на магнитното поле, което преминава през определена област. Magnetic Flux също има единица в стандарт SI, това е Weber.

И така, от сега нататък има магнитно поле в индукторите, произведено от тока, протичащ през него.

За по-нататъшно разбиране е необходимо разбиране на закона на индуктивността на Фарадей. Съгласно закона за индуктивността на Фарадей, генерираната ЕМП е пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток.

VL = N (dΦ / dt)

Където N е броят на завъртанията, а Φ е количеството на потока.

Изграждане на индуктор

Една обща, стандартна конструкция и работа на индуктор може да бъде демонстрирана като медна жица, обвита плътно върху материал от сърцевината. На изображението по-долу медната жица е плътно обвита през материал на сърцевината, което го прави двукраен пасивен индуктор.

Когато токът тече през проводника, електромагнитното поле ще се развие през проводника и ще се генерира електромоторна сила или ЕМП в зависимост от скоростта на промяна на магнитния поток. Така че връзката на потока ще бъде Nɸ.

В индуктивност на индуктор намотка в сърцевина материал се казва, че

µN ² A / L

където N е броят на завъртанията

А е площта на напречното сечение на материала на сърцевината

L е дължината на намотката

µ е постоянната пропускливост на материала на сърцевината.

Формулата на генерираната обратна ЕМП е

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

Във веригата, ако източник на напрежение е приложен към индуктора с помощта на превключвател. Този превключвател може да бъде нещо като транзистори, MOSFET или всякакъв вид типичен превключвател, който ще осигури източника на напрежение към индуктора.

Има две състояния на веригата.

Когато ключът е отворен, в индуктора няма да настъпи токов поток, както и скоростта на промяна на тока е нула. И така, EMF също е нула.

Когато превключвателят е затворен, токът от източника на напрежение към индуктора започва да нараства, докато текущият поток достигне максималната стойност на стабилно състояние. По това време текущият поток през индуктора се увеличава и скоростта на промяна на тока зависи от стойността на индуктивността. Съгласно закона на Фарадей, индукторът генерира обратно ЕМП, който остава, докато постоянният ток влезе в стабилно състояние. По време на стационарно състояние няма промяна на тока в бобината и токът просто преминава през бобината.

През това време идеалният индуктор ще действа като късо съединение, тъй като няма съпротивление, но в практическа ситуация текущият поток през намотката и намотката има съпротивление, както и капацитета.

В другото състояние, когато ключът е затворен отново, токът на индуктора намалява бързо и отново има промяна, която допълнително води до генериране на ЕМП.

Ток и напрежение в индуктор

Горната графика показва състоянието на превключвателя, тока на индуктора и индуцираното напрежение във времевата константа.

Мощността през индуктора може да се изчисли, като се използва законът за мощността на ома, където P = напрежение x ток. Следователно, в такъв случай напрежението е –L (di / dt), а токът е i. Така че мощността в индуктор може да бъде изчислена с помощта на тази формула

P _L = L (di / dt) i

Но по време на стационарно състояние истинският индуктор просто действа като резистор. Така мощността може да се изчисли като

P = V ² R.

Също така е възможно да се изчисли запасената енергия в индуктор. Индуктор съхранява енергия, използвайки магнитното поле. Енергията, съхранявана в индуктора, може да бъде изчислена по тази формула -

W (t) = Li ² (t) / 2

Предлагат се различни видове индуктори по отношение на тяхната конструкция и размер. Индукторите в строителството могат да бъдат оформени във въздушна сърцевина, феритна сърцевина, желязна сърцевина и т.н. и по форма има различни видове индуктори, като тип сърцевина на барабана, тип дросел, тип трансформатор и т.н.

Приложения на индуктори

Индукторите се използват в широка област на приложение.

1. В RF свързано приложение.
2. SMPS и захранвания.
3. В трансформатор.
4. Защита от пренапрежение за ограничаване на пусковия ток.
5. Вътре в механичните релета и др.