Πώς λειτουργεί το Inductor;

Ένας επαγωγέας δεν είναι τίποτα άλλο από ένα μονωμένο σύρμα που τυλίγεται σφιχτά γύρω από έναν μαγνητικό πυρήνα. Ο πυρήνας μπορεί να είναι σιδηρομαγνητικό υλικό ή πλαστικό, ή σε ορισμένες περιπτώσεις κοίλος (αέρας). Αυτό βασίζεται στην αρχή ότι η μαγνητική ροή αναπτύσσεται γύρω από τον αγωγό μεταφοράς ρεύματος. Εάν γνωρίζετε για τους πυκνωτές, θα είστε εξοικειωμένοι με το γεγονός ότι οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια αποθηκεύοντας ίσα και αντίθετα φορτία στις πλάκες τους. Ομοίως, ένας επαγωγέας αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή ενός μαγνητικού πεδίου που αναπτύσσεται γύρω του. Οι επαγωγείς ανταποκρίνονται διαφορετικά σε AC και DC. Πριν όμως εμβαθύνουμε στο «πώς λειτουργούν οι επαγωγείς». Ας δούμε τη δομή και τα χαρακτηριστικά του.

Δομή επαγωγέα:

Τα πηνία κατασκευάζονται πολύ απλά από όλα τα άλλα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά. Αυτός είναι ένας οδηγός για την κατασκευή ενός απλού επαγωγέα. Μόνο ένα μονωτικό σύρμα και ένα υλικό μαγνητικού πυρήνα χρειάζονται για να τυλίξουν το πηνίο. Ένας μαγνητικός πυρήνας δεν είναι τίποτα άλλο από ένα υλικό που τυλίγονται γύρω του σύρματα, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πηνίων ανάλογα με το υλικό πυρήνα που χρησιμοποιείται. Μερικά κοινά υλικά πυρήνα που χρησιμοποιούνται είναι ο σίδηρος, οι μαγνήτες σιδήρου κ.λπ. Εκτός από τον τύπο του υλικού πυρήνα, διατίθεται επίσης σε διαφορετικά μεγέθη και σχήματα, όπως κύλινδρο, ράβδο, Torode και φύλλο. Αντίθετα, υπάρχουν επαγωγείς χωρίς φυσικό μαγνητικό πυρήνα. Ονομάζονται κοίλοι επαγωγείς ή κοίλοι επαγωγείς. Ο μαγνητικός πυρήνας παίζει σημαντικό ρόλο στην αλλαγή της επαγωγής του επαγωγέα.

Πώς λειτουργεί ο επαγωγέας

Ας ξεκινήσουμε δηλώνοντας το γεγονός ότι «μαγνητική ροή θα παραχθεί σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα». Ομοίως, όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από έναν επαγωγέα, δημιουργεί μια μαγνητική ροή γύρω του. Με άλλα λόγια, η ενέργεια που εφαρμόζεται στον επαγωγέα αποθηκεύεται με τη μορφή μαγνητικής ροής. Η μαγνητική ροή θα αναπτυχθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση της ροής του ρεύματος. Το πηνίο είναι επομένως ανθεκτικό σε ξαφνικές αλλαγές στο ρεύμα που διαρρέει. Αυτή η ικανότητα των επαγωγέων ονομάζεται επαγωγή και κάθε επαγωγέας θα έχει κάποια επαγωγή. Αυτό δίνεται από το σύμβολο L και σε μονάδες Henry.

Η επαγωγή του επαγωγέα εξαρτάται από το σχήμα του πηνίου, τον αριθμό των στροφών της περιέλιξης του μαγνητικού πυρήνα, την περιοχή του μαγνητικού πυρήνα και τη διαπερατότητα του υλικού του μαγνητικού πυρήνα. Η επαγωγή του επαγωγέα δίνεται από τον ακόλουθο τύπο

L = μN2A/L

L - αυτεπαγωγή πηνίου

μ - Διαπερατότητα του υλικού πυρήνα

A - Επιφάνεια πηνίου (m2)

N - Αριθμός στροφών σε ένα πηνίο

l - Μέσο μήκος πηνίου (m)

Επαγωγείς σε κυκλώματα AC:

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι επαγωγείς δρουν διαφορετικά από τις πηγές σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος από ότι οι πηγές σήματος συνεχούς ρεύματος. Όταν ένα σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος εφαρμόζεται σε έναν επαγωγέα, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που μεταβάλλεται με το χρόνο, επειδή το ρεύμα που παράγει το ίδιο το μαγνητικό πεδίο ποικίλλει χρονικά. Σύμφωνα με το νόμο του Faraday, αυτό το φαινόμενο δημιουργεί μια αυτοεπαγωγική τάση στο πηνίο. Η αυτο-επαγόμενη τάση εκφράζεται με VL. Στην πραγματικότητα, οι τάσεις που παράγονται και στα δύο άκρα του επαγωγέα ενεργούν προς την αντίθετη κατεύθυνση από τα ρεύματα που τους αντιστέκονται. Η τάση και στα δύο άκρα του επαγωγέα δίνεται από τον ακόλουθο τύπο

VL =L di / dt

VL - Αυτοεπαγόμενη τάση

di/dt - Αλλαγή του ρεύματος σε σχέση με το χρόνο

Εάν ένα ρεύμα 1 amp διαρρέει έναν επαγωγέα Henry σε σχέση με 1 δευτερόλεπτο, θα δημιουργηθεί στον επαγωγέα

"v. Τώρα μπορείτε να δείτε πώς το ρεύμα που ρέει μέσω του επαγωγέα επηρεάζει την τάση που παράγεται και στα δύο άκρα. Η τάση που προκύπτει είναι το αντίθετο από το ρεύμα που ρέει μέσω του πηνίου.

VI χαρακτηριστικά των επαγωγέων:

Ας αναφερθούμε στη χαρακτηριστική καμπύλη VI του επαγωγέα για να κατανοήσουμε καλύτερα τις παραπάνω έννοιες. Καθώς ένας θετικός κύκλος του σήματος AC διέρχεται από τον επαγωγέα, το ρεύμα αυξάνεται. Γνωρίζουμε ότι ο επαγωγέας μισεί τις αλλαγές στο ρεύμα, επομένως παράγει μια επαγόμενη τάση έναντι του ρεύματος που το προκαλεί. Μπορείτε να το παρατηρήσετε σε 0 μοίρες στο παραπάνω σχήμα, όπου η επαγόμενη τάση θα είναι η μέγιστη όταν το ρεύμα αρχίσει να αυξάνεται. Μόλις το ρεύμα φτάσει στο μέγιστο, η επαγόμενη τάση γίνεται αρνητική σε μια προσπάθεια να αποτραπεί η μείωση του ρεύματος.

Αυτός ο κύκλος επαναλαμβάνεται και από το παραπάνω σχήμα μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η επαγόμενη τάση που δημιουργείται στον επαγωγέα θα ενεργήσει στο μεταβαλλόμενο ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό. Εδώ, η τάση και το ρεύμα λέγεται ότι είναι εκτός φάσης κατά 90 μοίρες. Έτσι, μέσω σημάτων εναλλασσόμενου ρεύματος, ο επαγωγέας αποθηκεύει και απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή μαγνητικού πεδίου σε έναν συνεχή κύκλο.

Επαγωγείς σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος:

Τώρα καταλαβαίνουμε πώς λειτουργούν οι επαγωγείς με πηγές σήματος AC. Ας δούμε πώς αντιδρά όταν χρησιμοποιείται με πηγή σήματος DC. Θυμηθείτε ότι ο τύπος για την επαγόμενη τάση και στα δύο άκρα του επαγωγέα δίνεται από τον ακόλουθο τύπο

VL =L di / dt

Όταν χρησιμοποιείτε μια πηγή σήματος DC, η μεταβολή του ρεύματος σε σχέση με το χρόνο θα είναι μηδέν, με αποτέλεσμα μηδενική επαγόμενη τάση και στα δύο άκρα του επαγωγέα. Με απλά λόγια, σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, ο επαγωγέας συμπεριφέρεται σαν ένα απλό συνηθισμένο καλώδιο και το σύρμα του δημιουργεί κάποια αντίσταση. Ωστόσο, υπάρχουν περισσότερα όταν χρησιμοποιείτε επαγωγέα με πηγή σήματος DC σε πραγματικό κύκλωμα. Σε ένα πραγματικό κύκλωμα, το ρεύμα χρειάζεται πολύ μικρό χρόνο για να φτάσει στο μέγιστο από το μηδέν. Αυτή τη στιγμή, θα υπάρχει μια επαγόμενη τάση και στα δύο άκρα του επαγωγέα, η οποία θα είναι αρνητική μέγιστη όταν το ρεύμα αρχίσει να μετακινείται από το μηδέν στο μέγιστο. Μόλις το ρεύμα φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση συνεχούς ρεύματος, η επαγόμενη τάση πέφτει απότομα στο μηδέν και γίνεται παρωχημένη. Όταν χρησιμοποιείται με πηγή σήματος συνεχούς ρεύματος, ο επαγωγέας θα εμφανίζει τέτοιες αιχμές επαγόμενης τάσης μικρού διαστήματος.

Επαγωγική Αντίδραση:

Ένα άλλο σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε για τους επαγωγείς είναι η αντίδραση. Αυτό είναι το χαρακτηριστικό αντίστασης εξαρτημάτων όπως πυκνωτές και επαγωγείς σε ηλεκτρικά σήματα AC. Η αντίδραση που δείχνει ο επαγωγέας ονομάζεται επαγωγική αντίδραση και δίνεται από τον τύπο

XL=2πFL

Από τον τύπο μπορεί να συναχθεί ότι η αντίδραση αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα του σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος, λαμβάνοντας υπόψη ότι ο επαγωγέας μισεί τα μεταβαλλόμενα ρεύματα, επομένως εμφανίζει μεγαλύτερη αντίδραση σε σήματα υψηλής συχνότητας. Όταν η συχνότητα είναι κοντά στο μηδέν ή το σήμα συνεχούς ρεύματος διέρχεται, η αντίσταση γίνεται μηδέν, ακριβώς όπως ο αγωγός από τον οποίο διέρχεται το σήμα εισόδου.