Jak funguje induktor?

Induktor není nic jiného než izolovaný drát těsně navinutý kolem magnetického jádra. Jádro může být feromagnetický materiál nebo plast, nebo v některých případech duté (vzduch). To se opírá o princip, že magnetický tok se vyvíjí kolem vodiče přenášejícího proud. Pokud víte o kondenzátorech, budete obeznámeni se skutečností, že kondenzátory ukládají energii ukládáním stejných a opačných nábojů ve svých deskách. Podobně induktor ukládá energii ve formě magnetického pole, které se kolem něj vyvíjí. Induktory reagují odlišně na AC a DC. Ale než se ponoříme do "jak fungují induktory." Podívejme se na jeho strukturu a vlastnosti.

Struktura induktoru:

Induktory jsou velmi jednoduché na sestavení ze všech ostatních součástek používaných v elektronice. Toto je návod, jak vyrobit jednoduchý induktor. K obalení cívky je potřeba pouze izolační drát a materiál magnetického jádra. Magnetické jádro není nic jiného než materiál, který se dráty ovinou, jak je znázorněno na obrázku výše. Existují různé typy induktorů v závislosti na použitém materiálu jádra. Některé běžné materiály jádra jsou železo, železné magnety atd. Kromě typu materiálu jádra se také dodává v různých velikostech a tvarech, včetně válce, tyče, torody a plechu. Naproti tomu existují induktory bez jakéhokoli fyzického magnetického jádra. Říká se jim duté induktory nebo duté induktory. Magnetické jádro hraje důležitou roli při změně indukčnosti induktoru.

Jak funguje induktor

Začněme konstatováním skutečnosti, že "magnetický tok bude produkován na vodiči s proudem." Podobně, když elektrický proud prochází induktorem, vytváří kolem něj magnetický tok. Jinými slovy, energie aplikovaná na induktor je uložena ve formě magnetického toku. Magnetický tok se bude vyvíjet v opačném směru toku proudu. Induktor je tedy odolný vůči náhlým změnám proudu, který jím protéká. Tato schopnost induktorů se nazývá indukčnost a každý induktor bude mít určitou indukčnost. To je dáno symbolem L a v jednotkách Henry.

Indukčnost induktoru závisí na tvaru cívky, počtu závitů vinutí magnetického jádra, ploše magnetického jádra a permeabilitě materiálu magnetického jádra. Indukčnost induktoru je dána následujícím vzorcem

L = μN2A/L

L - Indukčnost cívky

μ - Propustnost materiálu jádra

A – Plocha svitku (m2)

N - Počet závitů cívky

l - Průměrná délka cívky (m)

Tlumivky ve střídavých obvodech:

Jak již bylo zmíněno dříve, induktory působí odlišně od zdrojů střídavého než stejnosměrného signálu. Když je střídavý signál přiveden na induktor, vytváří magnetické pole, které se mění s časem, protože proud, který vytváří samotné magnetické pole, se v čase mění. Podle Faradayova zákona tento jev vytváří samoindukční napětí na induktoru. Samoindukované napětí je vyjádřeno VL. Ve skutečnosti napětí generovaná na obou koncích induktoru působí v opačném směru než proudy, které jim odolávají. Napětí na obou koncích induktoru je dáno následujícím vzorcem

VL =L di / dt

VL - Samoindukované napětí

di/dt - Změna proudu vzhledem k času

Pokud Henryho induktorem protéká proud 1 ampér vzhledem k 1 sekundě, bude generován na induktoru

"v. Nyní můžete vidět, jak proud protékající induktorem ovlivňuje napětí generované na obou koncích. Výsledné napětí je opakem proudu procházejícího induktorem."

VI charakteristiky induktorů:

Pro lepší pochopení výše uvedených pojmů se podívejme na charakteristiku VI induktoru. Když kladný cyklus střídavého signálu prochází induktorem, proud se zvyšuje. Víme, že induktor nesnáší změny proudu, takže vytváří indukované napětí proti proudu, který to způsobuje. Můžete to pozorovat při 0 stupních na obrázku výše, kde bude indukované napětí maximální, když proud začne stoupat. Jakmile proud dosáhne svého maxima, indukované napětí se stane záporným ve snaze zabránit poklesu proudu.

Tento cyklus se opakuje a z obrázku výše můžeme pozorovat, že indukované napětí generované v induktoru bude působit na měnící se proud, který jím protéká. Zde se říká, že napětí a proud jsou mimo fázi o 90 stupňů. Prostřednictvím signálů střídavého proudu tedy induktor ukládá a uvolňuje energii ve formě magnetického pole v nepřetržitém cyklu.

Induktory v obvodu stejnosměrného proudu:

Nyní rozumíme tomu, jak induktory pracují se zdroji střídavého signálu. Podívejme se, jak reaguje při použití se zdrojem stejnosměrného signálu. Připomeňme, že vzorec pro indukované napětí na obou koncích induktoru je dán následujícím vzorcem

VL =L di / dt

Při použití zdroje stejnosměrného signálu bude změna proudu vzhledem k času nulová, což má za následek nulové indukované napětí na obou koncích induktoru. Jednoduše řečeno, v obvodu stejnosměrného proudu se induktor chová jako jednoduchý obyčejný drát a jeho drát vytváří určitý odpor. Při použití induktoru se zdrojem stejnosměrného signálu v reálném obvodu je toho však více. Ve skutečném obvodu trvá proudu velmi krátkou dobu, než dosáhne svého maxima z nuly. V tomto okamžiku bude na obou koncích induktoru indukované napětí, které bude záporné maximum, když se proud začne pohybovat z nuly na maximum. Jakmile proud dosáhne stabilního stejnosměrného stavu, indukované napětí prudce klesne na nulu a zastará. Při použití se zdrojem stejnosměrného signálu bude induktor vykazovat takové krátkodobě indukované napěťové špičky.

Indukční reaktance:

Další důležitou věcí, kterou byste měli vědět o induktorech, je reaktance. Jedná se o odporovou charakteristiku součástek, jako jsou kondenzátory a induktory, vůči střídavým elektrickým signálům. Reaktance znázorněná induktorem se nazývá indukční reaktance a je dána vzorcem

XL=2πFL

Ze vzorce lze odvodit, že reaktance se zvyšuje se zvyšující se frekvencí střídavého signálu, přičemž je třeba mít na paměti, že induktor nesnáší měnící se proudy, takže vykazuje větší reaktanci vůči vysokofrekvenčním signálům. Když je frekvence blízká nule nebo stejnosměrný signál prochází skrz, reaktance se stane nulovou, stejně jako vodič, kterým prochází vstupní signál.