Wie funktioniert der Induktor?

Ein Induktor ist nichts anderes als ein isolierter Draht, der eng um einen Magnetkern gewickelt ist. Der Kern kann aus ferromagnetischem Material oder Kunststoff bestehen oder in manchen Fällen hohl (Luft) sein. Dies beruht auf dem Prinzip, dass sich der magnetische Fluss um den stromdurchflossenen Leiter herum entwickelt. Wenn Sie sich mit Kondensatoren auskennen, wissen Sie, dass Kondensatoren Energie speichern, indem sie gleiche und entgegengesetzte Ladungen in ihren Platten speichern. Ebenso speichert ein Induktor Energie in Form eines Magnetfelds, das sich um ihn herum entwickelt. Induktivitäten reagieren unterschiedlich auf Wechselstrom und Gleichstrom. Aber bevor wir uns mit der Funktionsweise von Induktoren befassen. Schauen wir uns seine Struktur und Eigenschaften an.

Induktorstruktur:

Induktivitäten lassen sich sehr einfach aus allen anderen in der Elektronik verwendeten Komponenten zusammenbauen. Dies ist eine Anleitung zur Herstellung eines einfachen Induktors. Zum Umwickeln der Spule werden lediglich ein Isolierdraht und ein magnetisches Kernmaterial benötigt. Ein Magnetkern ist nichts anderes als ein Material, um das Drähte gewickelt sind, wie im Bild oben gezeigt. Abhängig vom verwendeten Kernmaterial gibt es unterschiedliche Arten von Induktoren. Einige häufig verwendete Kernmaterialien sind Eisen, Eisenmagnete usw. Zusätzlich zur Art des Kernmaterials gibt es auch verschiedene Größen und Formen, einschließlich Zylinder, Stab, Torode und Blech. Im Gegensatz dazu gibt es Induktoren ohne physischen Magnetkern. Sie werden Hohlinduktoren oder Hohlinduktoren genannt. Der Magnetkern spielt eine wichtige Rolle bei der Änderung der Induktivität des Induktors.

Wie funktioniert der Induktor?

Beginnen wir mit der Feststellung, dass „auf einem stromdurchflossenen Leiter ein magnetischer Fluss erzeugt wird“. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Induktor fließt, erzeugt er in ähnlicher Weise einen magnetischen Fluss um ihn herum. Mit anderen Worten: Die an den Induktor angelegte Energie wird in Form eines magnetischen Flusses gespeichert. Der magnetische Fluss entwickelt sich in entgegengesetzter Richtung zum Stromfluss. Der Induktor ist daher resistent gegen plötzliche Änderungen des durch ihn fließenden Stroms. Diese Fähigkeit von Induktoren wird Induktivität genannt, und jeder Induktor hat eine gewisse Induktivität. Dies wird durch das Symbol L und in Einheiten von Henry angegeben.

Die Induktivität des Induktors hängt von der Form der Spule, der Windungszahl der Magnetkernwicklung, der Fläche des Magnetkerns und der Permeabilität des Magnetkernmaterials ab. Die Induktivität des Induktors ergibt sich aus der folgenden Formel

L = μN2A/L

L – Spuleninduktivität

μ – Permeabilität des Kernmaterials

A - Spulenfläche (m2)

N – Anzahl der Windungen in einer Spule

l - Durchschnittliche Spulenlänge (m)

Induktivitäten in Wechselstromkreisen:

Wie bereits erwähnt, verhalten sich Induktivitäten bei Wechselstrom-Signalquellen anders als bei Gleichstrom-Signalquellen. Wenn ein Wechselstromsignal an einen Induktor angelegt wird, erzeugt dieser ein Magnetfeld, das sich mit der Zeit ändert, da der Strom, der das Magnetfeld selbst erzeugt, mit der Zeit variiert. Nach dem Gesetz von Faraday erzeugt dieses Phänomen eine selbstinduktive Spannung am Induktor. Die selbstinduzierte Spannung wird durch VL ausgedrückt. Tatsächlich wirken die an beiden Enden des Induktors erzeugten Spannungen in die entgegengesetzte Richtung zu den ihnen entgegenwirkenden Strömen. Die Spannung an beiden Enden des Induktors ergibt sich aus der folgenden Formel

VL =L di / dt

VL – Selbstinduzierte Spannung

di/dt – Änderung des Stroms relativ zur Zeit

Wenn ein Strom von 1 Ampere relativ zu einer Sekunde durch einen Henry-Induktor fließt, wird er auf dem Induktor erzeugt

"v. Jetzt können Sie sehen, wie sich der durch die Induktivität fließende Strom auf die an beiden Enden erzeugte Spannung auswirkt. Die resultierende Spannung ist das Gegenteil des durch die Induktivität fließenden Stroms.

VI-Eigenschaften von Induktoren:

Schauen wir uns die VI-Kennlinie des Induktors an, um die oben genannten Konzepte besser zu verstehen. Wenn ein positiver Zyklus des Wechselstromsignals durch die Induktivität fließt, erhöht sich der Strom. Wir wissen, dass der Induktor Stromänderungen hasst und daher eine induzierte Spannung gegen den Strom erzeugt, der sie verursacht. Sie können dies bei 0 Grad in der Abbildung oben beobachten, wo die induzierte Spannung das Maximum erreicht, wenn der Strom zu steigen beginnt. Sobald der Strom sein Maximum erreicht, wird die induzierte Spannung negativ, um zu verhindern, dass der Strom abnimmt.

Dieser Zyklus wiederholt sich, und aus der Abbildung oben können wir erkennen, dass die in der Induktivität erzeugte induzierte Spannung auf den variierenden Strom, der durch sie fließt, einwirkt. Hier soll die Spannung und der Strom um 90 Grad phasenverschoben sein. Somit speichert der Induktor durch Wechselstromsignale Energie in Form eines Magnetfelds und gibt sie in einem kontinuierlichen Zyklus ab.

Induktivitäten im Gleichstromkreis:

Wir verstehen jetzt, wie Induktivitäten mit Wechselstromsignalquellen funktionieren. Mal sehen, wie es reagiert, wenn es mit einer DC-Signalquelle verwendet wird. Denken Sie daran, dass die Formel für die induzierte Spannung an beiden Enden des Induktors durch die folgende Formel gegeben ist

VL =L di / dt

Bei Verwendung einer Gleichstromsignalquelle beträgt die zeitliche Änderung des Stroms Null, was zu einer induzierten Spannung von Null an beiden Enden der Induktivität führt. Einfach ausgedrückt verhält sich die Induktivität in einem Gleichstromkreis wie ein einfacher gewöhnlicher Draht, und sein Draht erzeugt einen gewissen Widerstand. Bei der Verwendung einer Induktivität mit einer Gleichstromsignalquelle in einer realen Schaltung gibt es jedoch noch mehr. In einem realen Stromkreis benötigt der Strom sehr kurze Zeit, um von Null aus sein Maximum zu erreichen. In diesem Moment entsteht an beiden Enden der Induktivität eine induzierte Spannung, die ein negatives Maximum erreicht, wenn der Strom beginnt, von Null auf sein Maximum zu steigen. Sobald der Strom einen stabilen Gleichstromzustand erreicht, fällt die induzierte Spannung stark auf Null ab und wird obsolet. Bei Verwendung mit einer Gleichstromsignalquelle weist der Induktor solche kurzzeitigen induzierten Spannungsspitzen auf.

Induktive Reaktanz:

Eine weitere wichtige Sache, die Sie über Induktivitäten wissen sollten, ist die Reaktanz. Dies ist die Widerstandscharakteristik von Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten gegenüber elektrischen Wechselstromsignalen. Der vom Induktor gezeigte Blindwiderstand wird als induktiver Blindwiderstand bezeichnet und ergibt sich aus der Formel

XL=2πFL

Aus der Formel lässt sich ableiten, dass die Reaktanz mit zunehmender Frequenz des Wechselstromsignals zunimmt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Induktor wechselnde Ströme hasst und daher gegenüber Hochfrequenzsignalen eine größere Reaktanz aufweist. Wenn die Frequenz nahe Null liegt oder das Gleichstromsignal durchläuft, wird die Reaktanz zu Null, genau wie der Leiter, durch den das Eingangssignal fließt.