Как работают индукторы?

КАТАЛОГ

I Введение

Катушки индуктивности - это элементы накопления энергии, которые преобразуют электрическую энергию в магнитную энергию для хранения. Он похож на трансформатор, но катушка индуктивности имеет только одну обмотку. Структура индуктора обычно состоит из каркаса, обмотки, экрана, упаковочного материала, железного сердечника и магнитного сердечника. Индуктор - это пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитного потока. Когда ток протекает, магнитное поле генерируется с правой стороны от направления протекания тока. В своей самой простой форме индуктор может быть таким же простым, как проволочная катушка. Сделав провода вокруг сердечника, можно удвоить значение индуктивности. Характеристики материала магнитного сердечника оказывают большое влияние на величину индуктивности, и характеристики индуктивности также могут быть оптимизированы с помощью 

формы.

Индукторы обладают важными характеристиками, которые инженеры могут использовать для управления энергией и управляющими сигналами. К основным характеристикам индуктора относятся:

1. В отличие от резистора, электрическая энергия, связанная с индуцированным током, не будет рассеиваться в виде тепла, а будет накапливаться в соответствующем магнитном поле;

2. Когда ток индуктора прерывается, он возвращается в цепь;

3. Поведение катушки индуктивности связано с частотой;

4. Когда магнитное поле накапливает энергию, которую оно может вместить, индуктор "насыщается". После этого, если произойдет увеличение тока, напряженность магнитного поля не увеличится, и избыточная электрическая энергия будет рассеиваться в виде тепла.

Используя эти характеристики, катушки индуктивности обычно используются для моделирования цепей фильтров и управления потоком энергии в приложениях коммутационного преобразования мощности.

Ⅱ Единица измерения индуктивности

Поскольку индуктивность была открыта американским ученым Джозефом Генри, единицей измерения индуктивности является "Генри". Единицей индуктивности является Генри (H). Если ток со скоростью изменения 1 ампер/сек создает обратную ЭДС (обратное напряжение) в 1 вольт, это устройство или схема имеет индуктивность 1H. Символ индуктора обозначается заглавной буквой L. Единицей индуктивности являются H, mH и µH. Их соотношение преобразования таково: 1 Ч = 103 мг/ч = 10^6 мкч.

Когда на катушку индуктивности подается напряжение, скорость нарастания тока зависит от напряжения и величины индуктивности. Потенциал 1 В на катушке индуктивности 1Н увеличит ток со скоростью 1А в секунду. Здесь применима формула V=L*di/dt. Ток 1A через катушку может создавать магнитный поток 1 Вт, поэтому эта катушка имеет индуктивность 1H.

Кроме того, существуют общие катушки индуктивности и прецизионные катушки индуктивности, как показано ниже:

Ⅲ Что делает индуктор?

1. Роль катушек индуктивности в переменном токе

Когда переменный ток течет в катушку индуктивности, а катушка индуктивности будет препятствовать его изменению. Это не делает его большим сразу, а увеличивается медленно. При отключении переменного тока индуктивность переменного тока не сразу ослабевает, а постепенно уменьшается.

Этот процесс хорошо виден по изменению яркости лампы накаливания. В цепи переменного тока катушки индуктивности, лампы накаливания, выключатели и т.д. соединены последовательно в цепи. Когда выключатель закрыт, лампа накаливания включается не мгновенно, а из темной в яркую. Когда выключатель выключен, лампа накаливания не погаснет внезапно. Он меняется от светлого к темному. Весь процесс ясно показывает, что рабочая функция индуктора заключается в стабилизации тока. Электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию, а затем магнитная энергия преобразуется в электрическую энергию. В этих двух процессах первый представляет собой лампу накаливания от темного к яркому, а второй - от яркого к темному.

2. Роль катушек индуктивности в индуктивной фильтрации

В цепи постоянного тока, когда ток протекает через катушку индуктивности, в катушке мгновенно создается индуцированное магнитное поле, и магнитное поле индуцирует ток. Направление индуцированного тока и тока, протекающего через катушку индуктивности, находится в противоположном направлении, что будет препятствовать протеканию внешнего тока. Текущий ток стабилизируется, и индуцированное магнитное поле больше не будет меняться, так что постоянный ток может протекать плавно.

Из этого процесса мы можем видеть, что индуктивность на самом деле препятствует изменению тока. При прохождении через переменный ток, поскольку переменный ток изменяется в любое время, индуктивность всегда сопротивляется этому изменению и препятствует прохождению переменного тока.

Рисунок. 1. схема фильтра π-типа

Препятствующее воздействие катушки индуктивности на переменный ток называется индуктивным реактивным сопротивлением, и оно связано с частотой переменного тока и индуктивностью. Чем выше частота переменного тока, тем больше индуктивность и тем больше индуктивное реактивное сопротивление. Пользуясь преимуществами этой функции, мы часто используем ее при фильтрации источников питания. На приведенном выше рисунке изображена схема фильтра π-типа, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности. После конденсаторной фильтрации в сигнале постоянного тока будут наблюдаться небольшие колебания. Однако катушка индуктивности может препятствовать изменению тока, так что она может подавлять эти небольшие колебания, тем самым выдавая более чистую мощность постоянного тока.

За исключением вышеуказанных эффектов блокировки и фильтрации, катушка индуктивности также выполняет функции подавления электромагнитных волновых помех, фильтрации сигналов, стабилизации тока и фильтрации шума.

Ⅳ Как работают индукторы?

Рис. 2. простая конструкция индуктора

На принципиальной схеме индуктор выглядит следующим образом:

Рисунок. 3. Символ индуктора

Когда ток протекает по проводу, вокруг провода создается концентрическое магнитное поле. В это время, если проволока согнута в "пружинящую форму", как показано на рисунке, магнитный поток внутри катушки индуктивности будет направлен в том же направлении, тем самым усиливая магнитное поле. Регулируя количество витков, можно создать магнитное поле, пропорциональное количеству витков. Таков принцип работы индуктора.

Рисунок. 4. Принцип действия индуктора

Магнитное поле генерируется, когда ток проходит через катушку индуктивности, наоборот, изменения магнитного поля приведут к возникновению тока. (Закон электромагнитной индукции)

E = L ・(d i/d t)

L: Самоиндуктивность катушки индуктивности E: Обратная ЭДС

Обратная электродвижущая сила E, генерируемая в индукторе, пропорциональна скорости изменения тока в единицу времени (di / dt), поэтому она не возникает, когда определенный ток продолжает течь в том же направлении, что и постоянный ток. Другими словами, катушка индуктивности не влияет на постоянный ток, а только на переменный ток, блокируя ток. Используя это свойство катушки индуктивности, ее можно использовать в качестве сопротивления (импеданса) в цепи переменного тока. Импеданс Z (единица измерения Ω) катушки индуктивности равен:

Z=wL=2nfL

f - частота переменного тока, а L - самоиндуктивность катушки индуктивности.

Индуктор - это пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитного потока. Обычно провод наматывается, когда проходит ток, магнитное поле генерируется с правой стороны от направления протекания тока.

Рисунок. 5. Магнитное поле индуктора

Формула расчета значения индуктивности приведена ниже. Чем больше количество рулонов, тем сильнее магнитное поле. В то же время увеличение площади поперечного сечения или изменение магнитного сердечника может усилить магнитное поле.

Рисунок. 6. Формула расчета значения индуктивности

Итак, давайте посмотрим, что происходит с катушкой индуктивности, когда через нее протекает переменный ток. Переменный ток относится к току, величина и направление которого периодически меняются со временем. Когда переменный ток проходит через катушку индуктивности, магнитное поле, создаваемое током, отключает другие обмотки, создавая таким образом обратное напряжение, которое препятствует изменению тока. Особенно, когда ток внезапно увеличивается, будет генерироваться электродвижущая сила в направлении, противоположном току, то есть в направлении уменьшения тока, чтобы препятствовать увеличению тока. И наоборот, когда ток уменьшается, он генерируется в направлении увеличения тока.

Рисунок. 7. Переменный ток протекает через катушку индуктивности

Если направление тока обратное, то также будет генерироваться обратное напряжение. Прежде чем ток будет заблокирован обратным напряжением, поток тока будет обращен вспять, так что ток не сможет протекать. С другой стороны, постоянный ток не изменяется из-за тока, поэтому нет обратного напряжения и нет опасности короткого замыкания. Другими словами, катушка индуктивности - это компонент, который пропускает постоянный ток, но не переменный ток.

Рисунок. 8. Обратный ток протекает через катушку индуктивности

Следующий рисунок поможет вам понять, как работает катушка индуктивности в цепи:

Рисунок. 9. индуктор работает в цепи

То, что вы видите здесь, - это батарейка, лампочка, катушка вокруг (желтого) железного блока и выключатель. Катушка - это катушка индуктивности. Если вы ознакомились с принципом работы электромагнита, вы будете знать, что индуктор - это электромагнит.

Если вы удалите катушку индуктивности из цепи, вы получите обычную вспышку. Закройте выключатель, и лампочка загорится. Если катушка индуктивности установлена в цепи, как показано на рисунке, ее роль будет совершенно иной.

Лампочка представляет собой резистор (сопротивление выделяет тепло и заставляет нить накаливания в лампочке светиться). Сопротивление провода в катушке намного ниже (это всего лишь провод), поэтому, когда вы включите выключатель, вы увидите тусклое свечение лампочки. Большая часть тока будет проходить через контур по пути с низким сопротивлением. Что на самом деле происходит, так это то, что когда вы закрываете выключатель, лампочка сначала горит ярко, а затем тускнеет. Когда вы включаете выключатель, лампочка становится очень яркой, а затем быстро гаснет.

Именно индуктор вызывает это странное явление. Когда ток начинает течь в катушке в первый раз, катушка образует магнитное поле. Во время формирования магнитного поля катушка препятствует протеканию тока. Как только магнитное поле сформировано, ток может нормально проходить по проводу. Когда переключатель разомкнут, магнитное поле вокруг катушки вызывает протекание тока в катушке до тех пор, пока магнитное поле не исчезнет. Этот ток может поддерживать горение лампы в течение некоторого времени, даже когда выключатель разомкнут. Другими словами, катушка индуктивности может накапливать энергию в своем магнитном поле и обычно предотвращает любое изменение величины тока, протекающего через нее.

Представьте себе поток воды...

Интуитивный способ понять принцип работы индуктора - представить себе узкую водопроводную трубу, по которой течет вода, и тяжелое водяное колесо с лопастью, погруженной в водопроводную трубу. Представьте, что вода в водопроводной трубе изначально не течет. Теперь вы пытаетесь заставить воду течь. Водяное колесо остановит поток воды до тех пор, пока оно не начнет вращаться со скоростью воды. Если вы попытаетесь остановить поток воды в водопроводной трубе, вращающееся водяное колесо будет продолжать перемещать воду до тех пор, пока скорость водяного колеса не уменьшится до скорости потока воды. Принцип работы индуктора тот же, то есть электроны текут по проводу - индуктор предотвращает изменение потока электронов.