Что такое индуктор: символ, применение и типы

Начав наши исследования в 2022 году, мы будем вместе работать над расшифровкой индуктивности уже сегодня. Что такое индуктор? Что позволяет ему нормально работать? Ответ заключается в существовании этого индуцированного тока.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. Кто изобрел индуктор?

Ⅱ. Как использовать индуктор?

Ⅲ. Символ цепи индуктора

Ⅳ. Типы индуктора

Начав наши исследования в 2022 году, мы будем вместе работать над расшифровкой индуктивности уже сегодня.

Мы можем ясно вывести функцию сопротивления и емкости из их названий — блокирование тока и сохранение заряда соответственно, — но индуктивность кажется неудовлетворительной. В данном случае смыслом является наведенный ток. Индуктивность может нормально функционировать благодаря наведенному току.

Ⅰ. Кто изобрел индуктор?

Открытие индуцированного тока является весьма выдающимся достижением. Поскольку ученые были первыми, кто открыл, что электричество вызывает магнетизм, датский ученый Ганс Кристиан Редд заметил, что в результате непреднамеренного эксперимента небольшая магнитная стрелка отклонилась вокруг линии тока. То есть вокруг линии тока существует магнитное поле. Сегодняшние учёные сходятся во мнении, что электромагнетизм — лучшая теория. Андре-Мари Ампер, знаменитый закон Ампера, который является законом правой спирали, дал дальнейшее объяснение этому открытию. Направление магнитного поля определяется правой рукой.

После того, как электричество порождает магнетизм, еще одним ключевым открытием является то, что магнетизм порождает электричество. В истории электромагнетизма был блестящий учёный по имени Фарадей. Самым важным вкладом Фарадея было открытие электромагнитной индукции, которое в конечном итоге послужило Максвеллу прочной экспериментальной основой для разработки уравнений Максвелла и прогнозирования электромагнитных волн . Фарадей считается изобретателем электричества, а также изобретателем переменного тока.

Явление электромагнитной индукции возникает, когда часть проводника замкнутой цепи перерезает магнитную линию индукции в магнитном поле, вызывая протекание тока через нее. Когда магнитное поле проходит через катушку, генерируемый индуцированный ток заставляет стрелку амперметра вращаться, как показано на диаграмме ниже.

Генераторы построены на явлении электромагнитной индукции. Подшипники и торцевая крышка соединяют статор и ротор генератора, позволяя ротору вращаться в статоре и перерезать магнитные силовые линии, генерируя индуцированный электрический потенциал, который проходит через клемму и подключается в петлю для генерации тока. Как мы обсуждали в недавнем посте, открытие этого генератора положило начало второй промышленной революции: энергетической революции.

В то же время в США жил известный учёный по имени Джозеф Генри. На самом деле Генри работал над аналогичным проектом одновременно с Фарадеем: в 1829 году он усовершенствовал электромагнит, заменив изоляцию железного сердечника проводами. Вокруг железного сердечника можно накрутить огромное количество проводов, что значительно увеличивает мощность магнита и в результате получается электромагнит, способный выдерживать 2063 фунта, что на тот момент было мировым рекордом. Генри работал над суперэлектромагнитом в 1931 году, когда Фарадей предлагал закон электромагнитной индукции. Он узнал об успехе эксперимента Фарадея, еще выбирая подходящее место для эксперимента. Генри, с другой стороны, не оставил своих исследований связи между электричеством и магнетизмом. В этом эксперименте Генри обнаружил явление самоиндукции: при изменении тока в проводнике меняется магнитное поле вокруг него, а также меняется магнитный поток. В результате в проводнике возникает наведенная электродвижущая сила. Эта электродвижущая сила всегда препятствует изменению первоначального тока в проводнике. Самоиндуцированная электродвижущая сила и есть эта электродвижущая сила. Теоретической основой индуктивности является самоиндукция: изменения тока блокируются.

Мы называем единицу индуктивности Генри (Гн) в честь значительного открытия Генри: Индуктивность цепи равна 1 Генри, что приводит к возникновению электродвижущей силы в 1 вольт, если скорость изменения тока в цепи составляет 1 ампер в секунду. .

Ⅱ. Как использовать индуктор?

Самоиндукция и взаимная индуктивность — два наиболее распространенных применения индукторов.

Использование вышеупомянутых явлений самоиндукции известно как самоиндукция. Самоиндукция — это свойство цепи (обычно катушки). Напряжение в цепи будет колебаться по мере изменения тока из-за магнитного эффекта, вызванного током. Самоиндукция — это индуктивность, применимая к одной цепи, или, другими словами, это индуктивность, возникающая в одной катушке. Этот эффект используется для одиночных катушек или дросселей.

Формула самоиндукции:

Количество витков катушки, умноженное на изменение магнитного потока в единицу времени, равно величине наведенного напряжения VL.

Взаимная индуктивность — это теория электромагнитной индукции, в которой изменение тока в одной цепи вызывает изменение напряжения во второй цепи из-за действия магнитного поля, соединяющего две цепи. Трансформаторы используют этот эффект.

Только переменный ток может работать, независимо от самоиндукции или взаимной индуктивности, и только изменяющееся магнитное поле, создаваемое изменяющимся током, может вызвать индуцированный ток. Индуктивность постоянного тока аналогична удлиненному проводу.

Индуктивность провода

Индуктивность существует для переменного тока независимо от того, является ли провод прямой линией или катушкой. В индукторах обычно используются катушки, поскольку связь магнитного поля между несколькими витками катушки улучшает индуктивность и позволяет заключить провод в меньший объем. Индуктивность прямых проводов можно игнорировать в большинстве низкочастотных приложений, но когда частота повышается до диапазона УКВ и выше, индуктивность проводов становится весьма значительной, и соединения необходимо поддерживать короткими, чтобы уменьшить влияние.

Индуктивность провода можно довольно точно рассчитать с помощью вычислений, но индуктивность катушки значительно сложнее и зависит от множества параметров, включая форму катушки и константы материалов внутри и вокруг нее. В общем, понимание уравнений Максвелла можно использовать для расчета индуктивности. С другой стороны, математика не обязательно может быть простой. В дополнение к этому высокочастотному сигналу необходимо учитывать скин-эффект и другие аспекты, поскольку он влияет на плотность поверхностного тока и магнитные поля, что может вызвать необходимость использования уравнений Лапласа. В результате можно использовать различные практические упрощения, чтобы сделать вычисления и уравнения индуктивности более доступными. Например, при использовании «тонких» проводов принято считать, что распределение тока по проводу постоянно по диаметру провода, что существенно упрощает расчет индуктивности провода.

Вы можете использовать следующую формулу для расчета индуктивности прямого провода и получить приблизительную оценку индуктивности.

Провода и катушки имеют большую индуктивность. Индуктивность — важное свойство, которое может играть значительную роль в различных цепях.

Ⅲ. Символ цепи индуктора

Спиральная природа индуктора представлена символом цепи индуктора. Воздушный сердечник или магнитный сердечник индуктора или трансформатора могут обозначаться различными способами.

Несмотря на широкое использование простых индукторов во многих цепях, трансформаторы также используются в различных приложениях.

Ⅳ. Типы индуктора

Проволочная индуктивность имеет относительно простую конструкцию и низкую стоимость, но имеет плохие частотные характеристики; второй — проволочная индуктивность, при которой намотана полая проволока. Индуктивности, используемые в реальных схемах, можно разделить на несколько типов в зависимости от различных методов реализации: один из них — проволочная индуктивность, которая имеет относительно простую структуру и низкую стоимость, но имеет плохие частотные характеристики. Индуктор имеет наименьшие потери, а также наименьшую паразитную емкость. Характеристики индуктора с керамической обмоткой аналогичны характеристикам индуктора с полой обмоткой, но прочность его конструкции выше; дроссель обмотки с ферритовым сердечником имеет крошечные размеры, но имеет большое значение индуктивности, а потери зависят от частоты; печать Стоимость ламинированных индукторов с проволочной обмоткой невысока, но значение добротности также оставляет желать лучшего. Спиральные индукторы относятся к третьему типу. В MMIC часто используются прямоугольные микрополосковые спиральные индукторы, хотя круглые спиральные индукторы обеспечивают лучшие высокочастотные свойства.

Индукторы обычно используются в качестве радиочастотных дросселей в схемах смещения при проектировании радиочастотных схем. Радиочастотное реактивное сопротивление велико, но сопротивление постоянному току низкое, что позволяет проходить радиочастотным сигналам. Индукторы также можно использовать для настройки фильтров и резонаторов, а также схем согласования импедансов. В реальной конструкции следует учитывать стабильность индуктивности, характеристики потерь, точность реактивного сопротивления и частоту собственного резонанса. Учитывайте паразитную емкость индуктора, значение добротности и допуск по току.

Frequently Asked Questions

1. Какова единица индуктивности?

Единица индуктивности — Генри (Гн). Если ток со скоростью изменения 1 ампер в секунду создает обратную электродвижущую силу (обратное напряжение) величиной 1 вольт, то это устройство или цепь имеет индуктивность 1 Генри.

2. Какова формула определения индуктивности?

Формула определения индуктивности: L=phi/i. То есть частное напряжения, деленного на производную тока по времени. Индуктивность — это отношение магнитного потока провода к току, который создает этот магнитный поток при пропускании по проводу переменного тока.

3. Какова добротность катушки индуктивности?

Значение Q является основным параметром для измерения индуктивности устройства. Это отношение индуктивного реактивного сопротивления, создаваемого индуктором, к его эквивалентному сопротивлению потерь, когда он работает при определенной частоте переменного напряжения. Чем выше значение добротности дросселя, тем меньше его потери и выше КПД.