Basisprincipes van inductor:alles wat u moet weten

Inductoren zijn zeldzaam voor hobby-elektronica. Ze zijn echter essentieel om te weten of u iets doet waarbij wisselstroom (AC) wordt gebruikt. Ze zijn net zo populair als weerstanden in toepassingen die AC gebruiken. Ze leggen veranderingen in de stroom van stroom op. Als gevolg hiervan zijn ze geweldig voor het filteren van signalen en het transformeren tussen verschillende AC-spanningen. Daarom gebruiken we ze vaak in variabele voedingen. Dit zijn slechts enkele van de redenen waarom u meer over inductoren zou moeten leren. Desalniettemin zal deze gids enkele van de basisprincipes van de inductor onderzoeken.

Wat is een inductor?

Een set inductiespoelen

Een inductor is een elektronische component die tijdelijk energie opslaat. Daarom gebruikt het een magnetisch veld om dit te bereiken. Over het algemeen verschijnen de meeste inductoren als een draadspoel (vaak koperdraad) rond een magnetische of niet-magnetische vormer. Vormers kunnen de volgende hoofdtypen kernmateriaal gebruiken:

• IJzeren kern
• Ferrietkern
• Luchtkern
• Inductoren met keramische kern

Bijgevolg kunnen ferriet- en ijzerkerninductoren de meeste voorkeur hebben omdat ze grotere magnetische velden kunnen genereren en dus meer energie kunnen opslaan.

Hoe werkt een spoel?

Een spoel

Zoals je misschien hebt gemerkt, hebben inductoren niet per se vormers nodig om te functioneren. De meeste luchtinductoren zijn strak geïsoleerde draad die zonder een centrum aan elkaar is gewikkeld. Vanwege de inductiewet van Faraday, wanneer een elektrische stroom door een spoel gaat, creëert deze een magnetisch veld.

Wanneer we een cluster van draden oprollen, kan dit een nog groter magnetisch veld creëren. Terwijl stroom door dit cluster stroomt, wordt het magnetische energie. Wanneer de stroom echter stopt met stromen, breekt het elektromagnetische veld af en wordt de magnetische energie omgezet in elektronische energie. In deze fase bootst het een klassiek stuk draad na.

Het duurt echter een tijdje voordat de inductor alle magnetische en elektrische energie transformeert en vrijgeeft, en dit is het basisconcept van elektromagnetisme waarop alle inductoren werken.

Ter illustratie:we kunnen inductoren zien als grote waterraderen. Wanneer je een zwaar stilstaand waterrad hebt en er water doorheen begint te stromen, zal het enige tijd en energie kosten om het rad op te tillen en te laten draaien. Zodra het echter begint te draaien en een aanzienlijk momentum heeft, zal het enige tijd duren om te stoppen met draaien wanneer u de watertoevoer afsluit. Inductoren werken volgens hetzelfde principe, maar met een elektrische lading.

Deze weerstand tegen elektrische stroming is wat we kennen als inductantie. Het beschrijft de verhouding tussen magnetische flux en de elektrische stroom die deze induceert. Er is een grote verscheidenheid aan verschillende soorten inductoren op de elektronicamarkt. Ze hebben allemaal hun eigen unieke basiseigenschappen, constructies en doeleinden.

Verschillen tussen smoorspoelen en condensatoren

Voedingskaart condensatoren en inductoren

Hoewel inductoren en condensatoren vergelijkbare functies hebben, werken ze behoorlijk anders. Het zijn beide passieve componenten die energie van een circuit opslaan en vervolgens ontladen. Een condensator slaat echter energie op in een elektrisch veld. Inductoren daarentegen slaan energie op in een magnetisch veld en geven het af als elektrische energie. Dit is dus een proces dat we kennen als elektromagnetische inductie.

Dit is met name waar inductoren hun naam vandaan halen. Desalniettemin gebruiken we over het algemeen condensatoren in elektrolytische toepassingen met hoog voltage, zoals voedingen.

We kunnen ze ook gebruiken in toepassingen met een lagere spanning en algemene doeleinden waar we grote capaciteitswaarden nodig hebben. Aan de andere kant gebruiken we smoorspoelen in en AC-toepassingen zoals radio-tv.

Spiraalsymbool

We meten inductantie met behulp van de SI-eenheid van inductantie, die we kennen als de Henry (H). Het dankt zijn naam aan Joseph Henry, een vooraanstaand wetenschapper die wederzijdse inductie ontdekte. Desalniettemin zien de verschillende elektronische symbolen voor inductoren er als volgt uit:

Elektrische/elektronische symbolen voor smoorspoelen

Hoe inductie te meten

Voordat we kunnen onderzoeken hoe we inductie kunnen meten, moeten we onderzoeken welke factoren de inductie beïnvloeden.

Factoren die de inductie beïnvloeden

Een verzameling industriële smoorspoelen

We kunnen de elektromagnetische inductantie van een inductor bepalen aan de hand van vier hoofdfactoren:

• Aantal windingen van de spoel (N )
• Kernmateriaal en doorlaatbaarheid (μ)
• De dwarsdoorsnede van de spoel (A)
• Lengte van de spoel (l )

Inductantie is recht evenredig met permeabiliteit. Als we de permeabiliteit verhogen, verhogen we de inductantie. Laten we eens kijken naar de luchtkerninductor. Lucht heeft een relatieve permeabiliteit van 1 (μ =1). Dit komt omdat lucht, net als keramiek, vrijwel geen magnetische eigenschappen heeft en dus op geen enkele manier de inductantie van de spoel verbetert.

Als u een inductor met een hogere inductantie nodig heeft, kunt u overwegen een kern met magnetisch materiaal of ferromagnetisch materiaal te gebruiken. Overigens hebben magnetische kerninductoren een permeabiliteit die varieert in de honderden (μ =100+).

Als zodanig bieden ze een aanzienlijk hogere inductantie voor inductoren van dezelfde grootte. Dit is de reden waarom fabrikanten de neiging hebben om luchtkerninductoren te vermijden. Hoewel je misschien denkt dat het een goed idee is om kernmateriaal met de hoogste permeabiliteit te gebruiken, is dat niet omdat het type kernmateriaal het vermogen en de thermische efficiëntie beïnvloedt.

Ferriet- en metaalcomposietmaterialen zijn twee soorten kernen die fabrikanten vaak in geleiders gebruiken. Elk type materiaal heeft sterke en zwakke punten. Ferrietmateriaal heeft bijvoorbeeld de neiging om een ​​zeer hoge permeabiliteit en een hoge inductantiewaarde te hebben voor een bepaalde verpakkingsgrootte.

Thermische instabiliteit kan echter een factor zijn die mensen ervan weerhoudt om voor dit kernmateriaal te kiezen. Werkende inkomende stroom boven het verzadigingsniveau kan leiden tot oververhitting en uitval van het elektronische circuit.

Metaalcomposietkernen hebben de neiging om meer wenselijk te zijn vanwege hun zachtere verzadigingseigenschappen. Dit kan dichter bij uw ideale inductor zijn. Desalniettemin zijn dit de factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een inductor. Ze controleren en beïnvloeden de elektromagnetische eigenschappen van de inductor.

Hoe de microhenries van een spoel van een inductor te berekenen

Om de inductantie van een spoel te bepalen, moet je de lengte (L) en diameter (d) van de lus meten, en het aantal (N) windingen (of ringen in de lus) tellen. Vervolgens moet u zowel het aantal windingen (N ^ 2) als de diameter (D ^ 2) kwadrateren. Vervolgens moet u de gekwadrateerde cijfers met elkaar vermenigvuldigen. In een aparte berekening vermenigvuldig je de diameter met 18 (18D) en tel je deze op bij de lengte, die je vermenigvuldigt met 40 (40L).

Deel de eerste vergelijking door de tweede vergelijking. Je uiteindelijke vergelijking ziet er als volgt uit:

μH =(N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)

De bovenstaande berekeningen zullen de microhenries van een spoel onthullen. Om microhenries om te zetten in henries, moet je het resultaat van de bovenstaande analyse nemen en delen door 1.000.000. Dit komt omdat:

• 1μH =0,000001H
• 1H =1000000μH

U kunt online rekenmachines voor spoelinductie vinden of inductoren met een bekende waarde kopen om het uzelf gemakkelijker te maken.

Smoorspoelen in serie en parallel

Net zoals het plaatsen van weerstanden en condensatoren in serie en parallel, wil je waarschijnlijk hetzelfde doen met inductoren. Als algemene vuistregel geldt dat inductoren strings toevoegen en parallel lopen op dezelfde manier als weerstanden doen. De vergelijking voor weerstanden in serie en parallel is dus vergelijkbaar voor inductoren.

Inductoren in serie tellen bij elkaar op, net als weerstanden. Laten we zeggen dat je twee inductoren in serie hebt (L1 en L2). De vergelijking ziet er als volgt uit:

Totaal =L1 + L2

Schakelschema van inductoren in een reeks

Dit is logisch omdat het dezelfde stroom is die door alle inductoren gaat. Dus als er een verandering in de diepgang is, is het verschil in alle inductoren hetzelfde. Wanneer we inductoren parallel aansluiten, zal de totale inductantie kleiner zijn dan elke inductor.

Dienovereenkomstig ervaart elke inductor minder dan de totale hoeveelheid elektrische stroom die door het elektrische circuit gaat, omdat de elektrische stroom zich opsplitst. Als zodanig is de verhouding van de magnetische flux tot elektrische stroom anders. De vergelijking ziet er dus als volgt uit:

Totaal =1/(1/L1+1/L2)

Circuitdiagram Als inductoren parallel geschakeld

Energie opgeslagen door een inductor

In deze sectie zullen we onderzoeken hoe we de hoeveelheid elektrische energie in een inductor kunnen berekenen.

Laten we een voorbeeld nemen waarbij een stroom van 15A (Amperes) door een inductor van 200mH stroomt. De opgeslagen energie is de helft van de inductantie vermenigvuldigd met het kwadraat van de wind.

Het sjabloon voor onze vergelijking ziet er als volgt uit:

U =1/2L * I^2

Als we ons voorbeeld gebruiken, is de eerste stap die we moeten nemen om mH (millihenrys) om te zetten in H (henrys). Om dit te doen, moet u de mH-inductantiewaarde vermenigvuldigen met 10 ^ -3. De berekening en het resultaat zien er dus als volgt uit:

200mh * 10^-3 =0.2H

Zodra we onze inductantie in Henrys hebben, kunnen we de energie van het magnetische veld berekenen. De berekening ziet er als volgt uit:

U =1/2(0,2) * 15^2

U =22,5 Joule

Dit is de standaardvergelijking om opgeslagen energie in het magnetische veld van een inductor te berekenen.

Inductor-toepassingen

De spoel als smoorspoel op een circuit

We hebben in het bovenstaande gedeelte kort enkele toepassingen van inductoren besproken. Laten we desalniettemin enkele van deze toepassingen nader bekijken en uitbreiden. We gebruiken smoorspoelen voor:

• Boost-converters waar ze helpen de gelijkstroom (DC) uitgangsspanning te verhogen terwijl de stroom wordt verlaagd
• Om wisselstroom te smooren en alleen gelijkstroom (DC) door een circuit te laten gaan
• Scheiding van verschillende frequenties
• RF-circuits, analoge circuits en afgestemde circuits
• Motoren, transformatoren, relais en een breed scala aan andere elektronica en omvormers

Dit zijn de meest voorkomende inductortoepassingen en we kunnen ook hogerfrequente inductoren gebruiken in radiotoepassingen.

Samenvatting

Het is belangrijk om te onthouden dat u inductantie niet kunt meten met een standaard multimeter. U kunt echter specifieke modellen vinden met een ingebouwde RLC-meter. Het zal u echter niet het meest nauwkeurige resultaat onthullen. Om de inductie correct te meten, moet u een RLC-meter gebruiken. U kunt de inductor op het apparaat aansluiten en deze zal een snelle test uitvoeren om de waarden te meten. Als alternatief kunt u een deel van de informatie in de bovenstaande gids gebruiken om erachter te komen hoe u zelf de inductie kunt berekenen. Desalniettemin hopen we dat u de bovenstaande tekst nuttig vond. Zoals altijd, bedankt voor het lezen.