Inleiding tot smoorspoelen

Een passieve component die altijd duister blijft, zijn de smoorspoelen. Dit zijn de spoelachtige structuren die je in de meeste vermogenselektronische schakelingen tegenkomt en het is vanwege zijn eigenschappen dat je transformatoren werken. De reden waarom veel mensen inductoren niet begrijpen, is dat ze niet alleen het elektrische veld veranderen, maar ook het magnetische veld eromheen. Laat ons in deze zelfstudie de basisprincipes van een inductor begrijpen en demystificeren zodat we weten hoe en wanneer we er een in onze toepassingen kunnen gebruiken.

Wat is een inductor?

De inductor is misschien wel de eenvoudigste van alle elektronische componenten, gebouwd net als een weerstand - een eenvoudige draad die is opgerold. Hier is echter geen weerstand waar we naar op zoek zijn. Het is iets dat gebeurt vanwege de vorm van de draad - een spoel - het creëert een magnetisch veld wanneer er een stroom doorheen wordt geleid. Dit geïnduceerde magnetische veld geeft dit stukje draad een aantal interessante elektrische eigenschappen, vooral inductie - die deze delen hun naam geven.

Verschil tussen een inductor en een condensator

We hebben in het vorige artikel al over de condensator geleerd. En nu je de basis van inductor kent, kun je de vraag krijgen: "Wat is het verschil tussen een inductor en een condensator?"

De eerste dingen slaan eerst zowel energie op als er een spanningspotentiaal overheen wordt aangelegd, maar een condensator slaat energie op in de vorm van een elektrisch veld en een inductor slaat energie op in de vorm van een magnetische felid. Oké, maar hoe beïnvloedt het zijn prestaties.

We moeten diep ingraven om dat te begrijpen, maar voor nu kun je je gewoon herinneren dat een condensator de spanning in een circuit probeert te nivelleren, dat wil zeggen dat hij niet houdt van de potentiaalverandering over elke component en daarom zal het opladen of ontladen om de spanning te verhogen. Een inductor daarentegen houdt niet van de verandering in de stroom binnen een circuit, zodat de stroom verandert die hij zal opladen of ontladen om de stroom door het circuit te egaliseren.

Onthoud ook dat een inductor de polariteit verandert tijdens het ontladen, zodat het potentieel tijdens het laden tegengesteld is aan het potentieel tijdens het ontladen.

Symbolen voor smoorspoelen

Net als veel andere elektronische componenten is het symbool voor een inductor een vereenvoudigd pictogram van hoe het er eigenlijk uitziet:

De lijnen bij het symbool vertegenwoordigen het kernmateriaal - iets dat we later zullen bespreken.

Werking van een inductor

Een inductor is, zoals reeds vermeld, slechts een draadspiraal.

Laten we, voordat we op iets anders ingaan, de vraag stellen, waarom een spoel?

Zoals we al weten, genereert elke stroomvoerende geleider op de volgende manier een magnetisch veld:

Als u echter de waarde van de stroom in de formules steekt, dan zult u zich realiseren dat het geproduceerde magnetische veld klein is - bijna te verwaarlozen, tenzij de stromen onmogelijk hoog zijn, in de volgorde van mega-versterkers.

Dus om het magnetische veld te vergroten dat wordt gecreëerd door een specifieke draadlengte, wikkelen we het in de vorm van een spoel. Dit verhoogt het magnetische veld als volgt:

Deze vorm wordt ook een solenoïde genoemd.

Wanneer een spanning wordt aangelegd over de klemmen van een inductor, creëert de stromende stroom een magnetisch veld. Dit magnetische veld creëert opnieuw een geïnduceerde stroom in de inductor van tegengestelde polariteit, volgens de wet van Lenz. De stromen heffen elkaar niet op, maar de geïnduceerde stroom probeert zich actief te verzetten tegen de binnenkomende stroom vanwege de spanning over de spoel. Het algemene resultaat van deze strijd is dat de stroom door een inductor niet snel kan veranderen - het is altijd een lineaire helling.

Een inductor meten

Het werkgedrag van een inductor stelt een interessante vraag - hoe meten we kwantitatief het gedrag van een inductor in termen die gemakkelijk meetbaar zijn?

We kunnen proberen inductoren te meten aan de hand van het magnetische veld dat ze creëren. Zodra we dat doen, stuiten we op problemen. Het magnetische veld dat door een inductor wordt gecreëerd, is afhankelijk van de stroom die er doorheen gaat, dus zelfs een kleine inductor kan een groot magnetisch veld creëren.

In plaats daarvan kunnen we dezelfde benadering gebruiken die we hebben gebruikt voor condensatoren en kunnen we de inductie van een circuit definiëren als de spanningsverandering die wordt geïnduceerd wanneer de stroom met een bepaalde snelheid verandert.

wiskundig,

V = L (dI / dt)

Waar V de spanning is, is L de inductie, I is de stroom en t is de tijdsperiode.

Inductie, 'L', wordt gemeten in Henrys, genoemd naar Joseph Henry, de Amerikaanse wetenschapper die elektromagnetische inductie ontdekte.

De formule voor het berekenen van de inductantie van een draadspiraal wordt gegeven door deze formule:

L = (µn2a) / l

Waar L de inductie in Henry is, is µ de permeabiliteitsconstante, dat wil zeggen een coëfficiënt van hoe gemakkelijk het magnetische veld kan worden gecreëerd in een bepaald medium, n is het aantal windingen, a is het gebied van de spoel en l is de lengte van de spoel.

Nogmaals, de Henry is een zeer grote eenheid, dus praktisch worden inductoren gemeten in microHenrys, uH, dat is een miljoenste van een Henry, of milliHenrys, mH, dat is een duizendste van een Henry. Af en toe vindt u zelfs zeer kleine inductanties gemeten in nanoHenrys, die een duizendste van een uH zijn.

Verschillende soorten smoorspoelen

Nu heeft de µ in de bovenstaande vergelijking enkele interessante implicaties. Het suggereert dat het magnetische veld in de inductor kan worden gemanipuleerd. Zoals hierboven vermeld, voldoet soms het magnetische veld dat zelfs door een solenoïde wordt gecreëerd soms niet aan de vereisten. Dat is de reden waarom in bijna alle gevallen smoorspoelen worden gevormd rond een kernmateriaal.

Kernen zijn materialen die het creëren van een magnetisch veld ondersteunen. Ze zijn over het algemeen gemaakt van ijzer en zijn verbindingen, zoals ferriet (wat een ijzeroxide is). Je kunt met een kern een groter magnetisch veld krijgen dan zonder.

1. LUCHTKERNINSTRUCTIES:

Zoals de naam al doet vermoeden, heeft dit soort inductor geen kern - het kernmateriaal is lucht! Omdat lucht een relatief lage permeabiliteit heeft, is de inductantie van luchtkerninductoren vrij laag - zelden boven 5uH. Omdat ze een lage inductantie hebben, is de snelheid van stroomstijging vrij snel voor een aangelegde spanning en dat maakt ze in staat om hoge frequenties te verwerken. Ze worden meestal gebruikt in RF-circuits.

2. IJZERKERN INDUCTOREN

IJzer is misschien wel het meest herkenbare magnetische materiaal, waardoor het een ideale keuze is voor smoorspoelen. Deze hebben de vorm van smoorspoelen. Ze worden meestal gebruikt voor lijnfiltering op lage frequentie, omdat ze nogal vlezig kunnen zijn en grote inductanties hebben. Ze worden ook gebruikt in audioapparatuur.

3. FERRITE KERNINDUCTOREN

Ferriet is slechts een poeder van ijzeroxiden. Dit poeder wordt gemengd met een epoxyhars en gevormd om kernen te vormen waarrond draden kunnen worden gewikkeld. Inductoren met ferrietkern zijn gemakkelijk het meest herkenbaar vanwege hun saaie grijs-zwarte kleur. Ze zijn ook erg bros en breken gemakkelijk. Ze zijn de meest gebruikte soorten inductoren, omdat de permeabiliteit nauwkeurig kan worden geregeld door de verhouding van ferriet tot epoxy in het mengsel te regelen.

Inductoren in serie en parallel

Inductoren die in serie en parallel zijn aangesloten, gedragen zich precies tegenovergesteld aan condensatoren.

Om bijvoorbeeld de inductantie van een groep inductoren in serie te berekenen, kunt u eenvoudig de waarden van de individuele inductanties samenvatten.

L = L1 + L2 + ... + Ln

Waar L de totale inductantie is en L1, L2 ... Ln de individuele inductanties zijn.

Stel dat u twee inductoren hebt, de ene meet 10uH en de andere 15uH, en door ze in serie te plaatsen, krijgt u een totale inductantie van 25uH.

Parallelle inductoren gedragen zich op dezelfde manier als parallelle weerstanden, de inductie wordt gegeven door:

1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 + ... + 1 / Ln

Waar L de totale inductantie is en L1, L2 ... Ln de individuele inductanties zijn.

Op deze manier als u twee 10uH-inductoren parallel aansluit, krijgt u een inductie van 5uH.

Handige inductorformules

1. ENERGIE OPGESLAGEN DOOR INDUCTOREN:

Inductoren kunnen energie opslaan zoals condensatoren, maar de energie is verdwenen op het moment dat u de stroom uitschakelt en het magnetische veld instort. Met andere woorden, een niet-aangedreven inductor kan zijn magnetisch veld niet onderhouden.

E = ½ * L * I2

Waar E de energie in Joules is, is L de inductie in Henries en I is de stroom in ampères.

Als u een inductor van 20uH heeft met een stroom van 5A die erdoorheen stroomt, dan is de opgeslagen energie 0,00025J. In dit aspect houden ook inductoren, zoals condensatoren, zeer weinig energie vast.

2. TARIEF VAN DE HUIDIGE STIJGING

Deze formule is al besproken, maar het is de moeite waard deze nader te bekijken.

V / L = dI / dt

Waar V de spanning is die over de inductor wordt aangelegd, is L de inductie, is I de stroom en is t de tijd.

Dit stelt dat wanneer een constante spanning over de inductor wordt aangelegd, de stroom in een lineaire helling stijgt. Dit kan nuttig zijn bij het creëren van stroomhellingen, net zoals de condensator spanningshellingen maakte bij een constante stroom.

3. IMPEDANTIE

Inductoren hebben een impedantie die gerelateerd is aan de frequentie door de formule:

XL = 2π * f * L

Waar XL de inductieve impedantie is, is f de frequentie in Hertz en is L de inductie in Henrys.

Inductorgedrag in circuits

Verrassend genoeg zijn inductoren vrijwel nutteloos in DC-circuits, omdat er een constante stroom vloeit en de inductor werkt als een beetje draad.

Ze vinden het grootste deel van hun gebruik in AC-circuits. Zoals hierboven vermeld, hebben ze een impedantie, waardoor ze nuttig zijn om de stroom in een AC-circuit te beperken, zoals voorschakelapparaten van fluorescentielampen.

Ze kunnen ook worden gebruikt om signalen te filteren.

In het eerste geval laat de spoel alle DC-stroom erdoorheen stromen naar aarde, waardoor wordt voorkomen dat alle lage frequenties de uitgang bereiken. Bij hogere frequenties neemt de impedantie van de inductor gestaag toe, zodat het signaal naar de uitgang kan gaan, vandaar dat het een hoogdoorlaatfilter wordt genoemd.

In het tweede geval laat de spoel DC en lage frequenties door, maar blokkeert alle hoge frequenties van de uitgang en daarom wordt het een laagdoorlaatfilter genoemd.

Inductoren in het echte leven

Inductoren, omdat ze zijn gemaakt van koperdraad en ferriet, zijn meestal duur en vinden het grootste deel van hun gebruik in radio's, voedingen en telecommunicatieapparatuur.

In voedingen wordt de eigenschap van een spoel gebruikt om plotselinge stroomveranderingen te voorkomen. Samen met een condensator dient deze om plotselinge veranderingen in de uitgangsspanning en stroom van de voeding te voorkomen.

RF-circuits maken gebruik van een interessant LC-circuit dat een tank wordt genoemd. De condensator wordt geladen en ontladen in de inductor, die zijn magnetisch veld opbouwt. Wanneer het magnetische veld instort, wordt een spanning gecreëerd en wordt de condensator opgeladen. Dit creëert periodieke oscillaties die kunnen worden gebruikt om hoge frequenties te genereren.

De frequentie kan worden berekend met de formule:

Waar f de frequentie is in Hertz, is L de inductie in Henrys en is C de capaciteit in Farads.

Conclusie

En dat is alle praktische kennis die u nodig hebt om met smoorspoelen te werken. Ze zijn intrinsiek eenvoudige apparaten en zijn niet zo gangbaar als hun condensator- en weerstandsverwanten, maar zijn nog steeds erg nuttig.

Neem voor meer informatie contact met ons op via sales@xfullstar.com