- Κατασκευή πηνίου
- Πώς λειτουργεί ένας επαγωγέας;
- Κατασκευή ενός πηνίου
- Ρεύμα και τάση σε έναν επαγωγέα
- Εφαρμογές επαγωγέων
Ο επαγωγέας είναι ένα από τα κύρια παθητικά εξαρτήματα στα ηλεκτρονικά. Τα βασικά παθητικά εξαρτήματα στα ηλεκτρονικά είναι αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς. Οι επαγωγείς συνδέονται στενά με τους πυκνωτές καθώς και οι δύο χρησιμοποιούν ηλεκτρικό πεδίο για την αποθήκευση ενέργειας και και οι δύο είναι δύο τερματικά παθητικά εξαρτήματα. Ωστόσο, οι πυκνωτές και οι επαγωγείς έχουν διαφορετικές ιδιότητες κατασκευής, περιορισμούς και χρήση.
Το Inductor είναι ένα δύο τερματικό συστατικό που αποθηκεύει ενέργεια στα μαγνητικά του πεδία. Αναφέρεται επίσης ως πηνίο ή πνιγμός. Αποκλείει τυχόν αλλαγές στο ρεύμα που διατρέχει.
Ο επαγωγέας χαρακτηρίζεται από την τιμή της επαγωγής που είναι ο λόγος τάσης (EMF) και η αλλαγή ρεύματος μέσα στο πηνίο. Η μονάδα επαγωγής είναι ο Χένρι. Εάν η ροή ρεύματος μέσω ενός επαγωγέα αλλάξει με ρυθμό ενός αμπέρ ανά δευτερόλεπτο και 1V EMF παράγεται μέσα στο πηνίο, τότε η τιμή της επαγωγής θα είναι 1 Henry.
Στην Ηλεκτρονική συσκευή, ο επαγωγέας με τιμή Henry σπάνια χρησιμοποιείται καθώς είναι πολύ υψηλή τιμή όσον αφορά την εφαρμογή. Συνήθως, στις περισσότερες εφαρμογές χρησιμοποιούνται πολύ χαμηλότερες τιμές όπως οι Milli Henry, Micro Henry ή Nano Henry.
Σύμβολο | αξία | Σχέση με τον Χένρι |
mH | Μίλι Χένρι | 1/1000 |
εε | Μικρο Χένρι | 1/1000000 |
ηΗ | Νάνο Χένρι | 1/1000000000 |
Το σύμβολο ενός επαγωγέα εμφανίζεται στην παρακάτω εικόνα-
Το σύμβολο είναι μια αναπαράσταση στριμμένων συρμάτων που σημαίνει ότι τα σύρματα κατασκευάζονται για να γίνουν ένα πηνίο.
Κατασκευή πηνίου
Οι επαγωγείς σχηματίζονται χρησιμοποιώντας μονωμένα σύρματα χαλκού που σχηματίζονται περαιτέρω ως πηνίο. Το πηνίο μπορεί να είναι διαφορετικό σε σχήματα και μεγέθη και μπορεί επίσης να τυλίγεται σε διαφορετικό τύπο υλικών.
Η επαγωγή ενός επαγωγέα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλούς παράγοντες, όπως ο αριθμός των στροφών του σύρματος, η απόσταση μεταξύ των στροφών, όχι τα στρώματα των στροφών, ο τύπος των υλικών πυρήνα, η μαγνητική διαπερατότητά του, το μέγεθος, το σχήμα κ.λπ.
Υπάρχει μια τεράστια διαφορά μεταξύ του Ideal Inductor και των πραγματικών πραγματικών επαγωγέων που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Ο πραγματικός επαγωγέας όχι μόνο έχει αυτεπαγωγή, αλλά έχει επίσης χωρητικότητα και αντίσταση. Τα στενά περιτυλιγμένα πηνία παράγουν μετρήσιμη ποσότητα αδέσποτης χωρητικότητας μεταξύ των σπειρών. Αυτή η πρόσθετη χωρητικότητα, καθώς και η αντίσταση του καλωδίου, αλλάζει τις συμπεριφορές υψηλής συχνότητας ενός επαγωγέα.
Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται σε σχεδόν κάθε ηλεκτρονικό προϊόν, ορισμένες εφαρμογές DIY του επαγωγέα είναι:
- Ανιχνευτή μετάλλων
- Ανιχνευτής μετάλλων Arduino
- Πομπός FM
- Ταλαντωτές
Πώς λειτουργεί ένας επαγωγέας;
Πριν συζητήσετε περαιτέρω, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ δύο ορολογιών, Magnetic Field και Magnetic Flux.
Κατά τη ροή ρεύματος μέσω του αγωγού, δημιουργείται μαγνητικό πεδίο. Αυτά τα δύο πράγματα είναι γραμμικά αναλογικά. Επομένως, εάν το ρεύμα είναι αυξημένο, το μαγνητικό πεδίο θα αυξηθεί επίσης. Αυτό το μαγνητικό πεδίο μετράται στη μονάδα SI, Tesla (T). Τώρα, τι είναι το Magnetic Flux; Λοιπόν, είναι η μέτρηση ή η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου που διέρχεται από μια καθορισμένη περιοχή. Το Magnetic Flux έχει επίσης μια μονάδα στο πρότυπο SI, είναι Weber.
Έτσι, από τώρα, υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο μεταξύ των επαγωγέων, που παράγεται από το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό.
Για να κατανοήσουμε περαιτέρω, απαιτείται κατανόηση του νόμου περί αυτεπαγωγής του Faraday. Σύμφωνα με το νόμο περί επαγωγής του Faraday, το παραγόμενο EMF είναι ανάλογο με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής.
VL = N (dΦ / dt)
Όπου N είναι ο αριθμός στροφών και Φ είναι η ποσότητα ροής.
Κατασκευή ενός πηνίου
Μία γενική, τυπική κατασκευή και λειτουργία επαγωγέα μπορεί να αποδειχθεί ως ένα χαλκό σύρμα τυλιγμένο σφιχτά σε ένα υλικό πυρήνα. Στην παρακάτω εικόνα, το χαλκό σύρμα τυλίγεται στενά πάνω σε ένα υλικό πυρήνα, καθιστώντας το ένα δύο ακροδέκτες παθητικό επαγωγέα.
Όταν η ροή ρεύματος μέσω του σύρματος, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο θα αναπτυχθεί κατά μήκος του αγωγού και η ηλεκτροκινητική δύναμη ή το EMF θα παράγει ανάλογα με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής. Έτσι, η σύνδεση ροής θα είναι Nɸ.
Λέγεται ότι η επαγωγή του επαγωγέα πηνίου πληγής σε ένα υλικό πυρήνα
μN 2 A / L
όπου Ν είναι ο αριθμός στροφών
Το Α είναι η περιοχή διατομής του υλικού πυρήνα
Το L είναι το μήκος του πηνίου
μ είναι η διαπερατότητα του υλικού πυρήνα που είναι σταθερά.
Ο τύπος του EMF που δημιουργείται πίσω είναι
Vemf (L) = -L (di / dt)
Στο κύκλωμα, εάν μια πηγή τάσης εφαρμόζεται στον επαγωγέα χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη. Αυτός ο διακόπτης μπορεί να είναι οτιδήποτε όπως τρανζίστορ, MOSFET ή οποιοδήποτε είδος τυπικού διακόπτη που θα παρέχει την πηγή τάσης στον επαγωγέα.
Υπάρχουν δύο καταστάσεις του κυκλώματος.
Όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, δεν θα υπάρξει ροή ρεύματος στον επαγωγέα, καθώς και ο ρυθμός αλλαγής ρεύματος είναι μηδέν. Έτσι, το EMF είναι επίσης μηδέν.
Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το ρεύμα από την πηγή τάσης στον επαγωγέα αρχίζει να αυξάνεται έως ότου η ροή ρεύματος φτάσει στη μέγιστη τιμή σταθερής κατάστασης. Σε αυτό το διάστημα η τρέχουσα ροή μέσω του επαγωγέα αυξάνεται και ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος εξαρτάται από την τιμή της επαγωγής. Σύμφωνα με το νόμο του Faraday, ο επαγωγέας δημιουργεί πίσω EMF το οποίο παραμένει έως ότου το DC εισέλθει στη σταθερή κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της σταθερής κατάστασης δεν υπάρχει καμία αλλαγή ρεύματος στο πηνίο και το ρεύμα απλά διέρχεται από το πηνίο.
Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένας ιδανικός επαγωγέας θα λειτουργεί ως βραχυκύκλωμα καθώς δεν έχει αντίσταση, αλλά σε πρακτική κατάσταση, η ροή ρεύματος μέσω του πηνίου και του πηνίου έχει αντίσταση καθώς και την χωρητικότητα.
Στην άλλη κατάσταση όταν ο διακόπτης κλείνει και πάλι, το ρεύμα επαγωγής κατεβαίνει γρήγορα και πάλι υπάρχει αλλαγή ρεύματος που οδηγεί περαιτέρω στην παραγωγή EMF.
Ρεύμα και τάση σε έναν επαγωγέα
Το παραπάνω γράφημα δείχνει την κατάσταση διακόπτη, το ρεύμα επαγωγής και την επαγόμενη τάση στη σταθερά χρόνου.
Η ισχύς μέσω του πηνίου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο ισχύος Ohms όπου P = Τάση x Ρεύμα. Επομένως, σε μια τέτοια περίπτωση, η τάση είναι –L (di / dt) και το ρεύμα είναι i. Έτσι, η ισχύς ενός επαγωγέα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο
P L = L (di / dt) i
Αλλά κατά τη διάρκεια της σταθερής κατάστασης, ο πραγματικός επαγωγέας ενεργεί ακριβώς σαν αντίσταση. Έτσι, η ισχύς μπορεί να υπολογιστεί ως
P = V 2 R
Είναι επίσης δυνατό να υπολογιστεί η αποθηκευμένη ενέργεια σε έναν Επαγωγέα. Ένας επαγωγέας αποθηκεύει ενέργεια χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στον επαγωγέα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο-
W (t) = Li 2 (t) / 2
Υπάρχουν διάφοροι τύποι επαγωγέων από την άποψη της κατασκευής και του μεγέθους τους. Οι κατασκευαστικοί κατασκευαστές μπορούν να διαμορφωθούν σε πυρήνα αέρα, πυρήνα φερρίτη, πυρήνα σιδήρου κ.λπ.
Εφαρμογές επαγωγέων
Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία περιοχή εφαρμογής.
- Σε εφαρμογή που σχετίζεται με RF.
- SMPS και τροφοδοτικά.
- Στο μετασχηματιστή.
- Προστατευτικό κύματος για τον περιορισμό του ρεύματος εισόδου.
- Μέσα στα Μηχανικά Ρελέ κ.λπ.