- Konstrukcija induktorja
- Kako deluje induktor?
- Konstrukcija induktorja
- Tok in napetost v induktorju
- Uporaba induktorjev
Induktor je ena glavnih pasivnih komponent v elektroniki. Osnovne pasivne komponente v elektroniki so upori, kondenzatorji in induktorji. Induktorji so tesno povezani s kondenzatorji, saj oba uporabljata električno polje za shranjevanje energije, oba pa sta dve pasivni komponenti. Toda kondenzatorji in induktorji imajo različne konstrukcijske lastnosti, omejitve in uporabo.
Induktor je dva končna dela, ki shranjuje energijo v svojih magnetnih poljih. Imenuje se tudi kot tuljava ali dušilka. Blokira vse spremembe toka, ki teče skozi to.
Za induktor je značilna vrednost induktivnosti, ki je razmerje med napetostjo (EMF) in spremembo toka znotraj tuljave. Enota induktivnosti je Henry. Če se tok toka skozi induktor spremeni s hitrostjo enega ampera na sekundo in v tuljavi nastane 1V EMF, potem bo vrednost induktivnosti 1 Henry.
V Elektroniki se induktor z vrednostjo Henryja redko uporablja, saj je glede na uporabo zelo visok. Običajno se v večini aplikacij uporabljajo veliko nižje vrednosti, kot so Milli Henry, Micro Henry ali Nano Henry.
Simbol | Vrednost | Razmerje s Henryjem |
mH | Milli Henry | 1/1000 |
uH | Mikro Henry | 1/1000000 |
nH | Nano Henry | 1/1000000000 |
Simbol tuljavo je prikazana v spodnji image-
Simbol je prikaz zvitih žic, kar pomeni, da so žice izdelane tako, da postanejo tuljava.
Konstrukcija induktorja
Induktorji so oblikovani z uporabo izoliranih bakrenih žic, ki so nadalje oblikovane kot tuljava. Tuljava je lahko različnih oblik in velikosti, prav tako pa je lahko ovita v različne vrste materialov.
Induktivnost induktorja je zelo odvisna od več dejavnikov, kot so število zavojev žice, razmik med zavoji, število slojev zavojev, vrsta materialov jedra, njegova magnetna prepustnost, velikost, oblika itd.
Obstaja velika razlika med Ideal Inductor in dejanskimi realnimi induktorji, ki se uporabljajo v elektronskih vezjih. Pravi induktor nima samo induktivnosti, temveč ima tudi kapacitivnost in upor. Tesno ovite tuljave proizvajajo merljivo količino zapuščene kapacitivnosti med zavoji tuljave. Ta dodatna kapacitivnost, kot tudi odpornost žice, spreminja visokofrekvenčno vedenje induktorja.
Induktorji se uporabljajo v skoraj vseh elektronskih izdelkih, nekatere aplikacije induktorja, ki jih naredim sam, so:
- Detektor kovin
- Detektor kovin Arduino
- FM oddajnik
- Oscilatorji
Kako deluje induktor?
Pred nadaljnjo razpravo je pomembno razumeti razliko med dvema terminologijama, magnetnim poljem in magnetnim tokom.
Med tokom toka skozi vodnik nastane magnetno polje. Ti dve stvari sta linearno sorazmerni. Če se torej poveča tok, se bo povečalo tudi magnetno polje. To magnetno polje se meri v enoti SI, Tesla (T). Zdaj, kaj je magnetni tok ? No, to je meritev ali količina magnetnega polja, ki gre skozi določeno območje. Magnetic Flux ima tudi enoto v standardu SI, to je Weber.
Od zdaj naprej obstaja magnetno polje med induktorji, ki ga ustvarja tok, ki teče skozi njega.
Za nadaljnje razumevanje je potrebno razumevanje Faradayevega zakona induktivnosti. Po Faradayevem zakonu induktivnosti je ustvarjeni EMF sorazmeren s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka.
VL = N (dΦ / dt)
Kjer je N število zavojev in Φ količina pretoka.
Konstrukcija induktorja
Eno generično, standardno konstrukcijo in delovanje induktorja je mogoče prikazati kot bakreno žico, tesno ovito čez material jedra. Na spodnji sliki je bakrena žica tesno ovita skozi material jedra, zaradi česar je dvokončna pasivna induktivnost.
Ko tok teče skozi žico, se bo elektromagnetno polje razvilo čez vodnik in elektromotorna sila ali EMF bo ustvarila odvisno od hitrosti spremembe magnetnega pretoka. Torej, pretočna povezava bo Nɸ.
Induktivnost rane coil Induktor v jedrni material naj bi bil
µN 2 A / L
kjer je N število zavojev
A je površina preseka materiala jedra
L je dolžina tuljave
µ je konstantna prepustnost materiala jedra.
Formula ustvarjenega EMF nazaj je
Vemf (L) = -L (di / dt)
V vezju, če je na induktor s pomočjo stikala priključen vir napetosti. To stikalo je lahko karkoli podobnega tranzistorjem, MOSFET-u ali kateremu koli tipičnemu stikalu, ki bo vir napetosti dovajalo do induktorja.
Obstajata dve državi vezja.
Ko je stikalo odprto, v induktorju ne bo pretoka toka, hitrost spremembe toka pa je enaka nič. Torej, EMF je tudi nič.
Ko je stikalo zaprto, začne tok od napetostnega vira do induktorja naraščati, dokler trenutni tok ne doseže največje vrednosti v stanju dinamičnega ravnovesja. V tem času se tok toka skozi induktor poveča in hitrost spremembe toka je odvisna od vrednosti induktivnosti. Po Faradayevem zakonu induktor generira nazaj EMF, ki ostane, dokler enosmerni tok ne pride v stabilno stanje. V stanju dinamičnega ravnovesja v tuljavi ni sprememb in tok preprosto prehaja skozi tuljavo.
V tem času bo idealen induktor deloval kot kratek stik, saj nima upora, toda v praktični situaciji ima tok toka skozi tuljavo in tuljavo upor in kapacitivnost.
V drugem stanju, ko je stikalo ponovno zaprto, se tok induktorja hitro zniža in spet pride do spremembe toka, kar vodi do generacije EMF.
Tok in napetost v induktorju
Zgornji graf prikazuje stanje stikala, tok induktorja in inducirano napetost v časovni konstanti.
Moč skozi induktor lahko izračunamo z uporabo ohmskega zakona moči, kjer je P = napetost x tok. Zato je v takem primeru napetost –L (di / dt), tok pa i. Torej, moč v induktorju lahko izračunamo po tej formuli
P L = L (di / dt) i
Toda v stanju dinamičnega ravnovesja pravi induktor deluje le kot upor. Torej moč lahko izračunamo kot
P = V 2 R.
Prav tako je mogoče izračunati shranjeno energijo v induktorju. Induktor shranjuje energijo z uporabo magnetnega polja. Energijo, shranjeno v induktorju, lahko izračunamo po tej formuli -
W (t) = Li 2 (t) / 2
Na voljo so različne vrste induktorjev glede na njihovo konstrukcijo in velikost. Konstrukcijski induktorji se lahko tvorijo v zračnem jedru, feritnem jedru, železnem jedru itd. Po obliki obstajajo različne vrste induktorjev, kot so bobnasto jedro, dušilka, transformator itd.
Uporaba induktorjev
Induktorji se uporabljajo na širokem področju uporabe.
- V RF povezani aplikaciji.
- SMPS in napajalniki.
- V transformatorju.
- Prenapetostna zaščita za omejitev vklopnega toka.
- Znotraj mehanskih relejev itd.