Förstå en induktor och den fungerar

Induktorn är en av de viktigaste passiva komponenterna inom elektronik. De grundläggande passiva komponenterna i elektronik är motstånd, kondensatorer och induktorer. Induktorer är nära besläktade med kondensatorerna eftersom de båda använder ett elektriskt fält för att lagra energi och båda är två terminala passiva komponenter. Men kondensatorer och induktorer har olika konstruktionsegenskaper, begränsningar och användning.

Induktor är en tvåterminal komponent som lagrar energi i sina magnetfält. Det kallas också spole eller choke. Det blockerar alla förändringar i strömmen som strömmar genom den.

Induktorn kännetecknas av induktansvärdet som är förhållandet mellan spänning (EMF) och strömförändring inuti spolen. Den enhet av induktansen är Henry. Om strömflödet genom en induktor ändras med en hastighet av en ampere per sekund och 1V EMF produceras inuti spolen, kommer induktansvärdet att vara 1 Henry.

Inom elektronik används sällan induktorn med ett värde på Henry sällan eftersom det är ett mycket högt värde när det gäller applikationen. Normalt används mycket lägre värden som Milli Henry, Micro Henry eller Nano Henry i de flesta applikationer.

Symbol	Värde	Förhållande med Henry
mH	Milli Henry	1/1000
uh	Micro Henry	1/1000000
nH	Nano Henry	1/1000000000

En induktors symbol visas i bilden nedan-

Symbolen är en representation av tvinnade ledningar vilket innebär att ledningar är konstruerade för att bli en spole.

Konstruktion av induktor

Induktorer bildas med hjälp av isolerade koppartrådar som vidare bildas som en spole. Spolen kan ha olika former och storlekar och kan också förpackas i en annan typ av material.

Induktansen hos en induktor är mycket beroende av flera faktorer, såsom antal trådvarv, avståndet mellan varv, antal varvslag, typ av kärnmaterial, dess magnetiska permeabilitet, storlek, form etc.

Det finns en enorm skillnad mellan Ideal Induktor och de faktiska riktiga induktorerna som används i elektroniska kretsar. Verklig induktor har inte bara induktans utan har också kapacitans och motstånd. De tätt lindade spolarna producerar en mätbar mängd avvikande kapacitans mellan spolvarv. Denna ytterligare kapacitans, såväl som trådmotstånd, förändrar en induktors högfrekventa beteende.

Induktorer används i nästan alla elektroniska produkter, vissa DIY-applikationer av induktorer är:

• Metalldetektor
• Arduino metalldetektor
• FM-sändare
• Oscillatorer

Hur fungerar en induktor?

Innan vi diskuterar vidare är det viktigt att förstå skillnaden mellan två terminologier, magnetfält och magnetflöde.

Under strömflödet genom ledaren genereras ett magnetfält. Dessa två saker är linjärt proportionella. Därför, om strömmen ökar, så kommer magnetfältet också att öka. Detta magnetfält mäts i SI-enheten, Tesla (T). Nu, vad är Magnetic Flux ? Tja, det är mätningen eller mängden av magnetfältet som passerar genom ett specifikt område. Magnetic Flux har också en enhet i SI-standard, det är Weber.

Så nu finns det ett magnetfält över induktorer som produceras av strömmen som strömmar genom den.

För att förstå ytterligare krävs förståelse av Faradays induktanslag. Enligt Faradays induktanslag är den genererade EMF proportionell mot förändringshastigheten för magnetflödet.

VL = N (dl / dt)

Där N är antalet varv och Φ är mängden flöde.

Konstruktion av en induktor

En generisk, standard induktorkonstruktion och bearbetning kan visas som en koppartråd lindad tätt över ett kärnmaterial. I bilden nedan är koppartråden tätt lindat över ett kärnmaterial, vilket gör det till en tvåterminal passiv induktor.

När strömmen flödar genom ledningen kommer det elektromagnetiska fältet att utvecklas över ledaren och den elektromotoriska kraften eller EMF kommer att genereras beroende på magnetflödets förändringshastighet. Så flödesbindningen kommer att vara Nɸ.

Den induktans lindad spole induktor i ett kärnmaterial sägs vara

μN ² A / L

där N är antalet varv

A är tvärsnittsarean för kärnmaterialet

L är längden på spolen

^ är permeabiliteten för kärnmaterialet som är en konstant.

Formeln för EMF som genereras tillbaka är

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

I kretsen, om en spänningskälla appliceras på induktorn med hjälp av en omkopplare. Denna omkopplare kan vara allt som transistorer, MOSFET eller någon typ av typisk omkopplare som kommer att ge spänningskällan till induktorn.

Det finns två tillstånd i kretsloppet.

När omkopplaren är öppen inträffar inget strömflöde i induktorn såväl som strömförändringshastigheten är noll. Så EMF är också noll.

När omkopplaren är stängd börjar strömmen från spänningskällan till induktorn stiga tills strömflödet når det maximala steady state-värdet. Under denna tid ökar strömflödet genom induktorn och strömförändringshastigheten beror på induktansvärdet. Enligt Faradays lag genererar induktorn tillbaka EMF som stannar tills DC kommer i stabilt tillstånd. Under steady state sker ingen strömförändring i spolen och strömmen går helt enkelt genom spolen.

Under denna tid kommer en ideal induktor att fungera som en kortslutning eftersom den inte har något motstånd, men i en praktisk situation strömmar strömmen genom spolen och spolen har ett motstånd såväl som kapacitansen.

I det andra tillståndet när omkopplaren stängs igen, sjunker induktorströmmen snabbt och återigen finns det en förändring är ström som ytterligare leder till EMF-generering.

Ström och spänning i en induktor

Ovanstående diagram visar omkopplarstatus, induktorström och inducerad spänning i tidskonstanten.

Effekt genom induktorn kan beräknas med Ohms effektlag där P = Spänning x Ström. I ett sådant fall är därför spänningen –L (di / dt) och strömmen är i. Så kraften i en induktor kan beräknas med den här formeln

P _L = L (di / dt) i

Men under steady state fungerar den riktiga induktorn bara som ett motstånd. Så effekten kan beräknas som

P = V ² R

Det är också möjligt att beräkna den lagrade energin i en induktor. En induktor lagrar energi med hjälp av magnetfältet. Energin som lagras i induktorn kan beräknas med denna formel-

W (t) = Li ² (t) / 2

Det finns olika typer av induktorer när det gäller konstruktion och storlek. Konstruktionsmässiga induktorer kan bildas i luftkärna, ferritkärna, järnkärna etc och formmässigt finns det olika typer av induktorer tillgängliga, som trumkärnatyp, choke-typ, transformatortyp etc.

Tillämpningar av induktorer

Induktorer används i ett brett användningsområde.

1. I RF-relaterad applikation.
2. SMPS och strömförsörjning.
3. I Transformer.
4. Överspänningsskydd för att begränsa startströmmen.
5. Inuti de mekaniska reläerna etc.