Индукторы — это простые по конструкции компоненты, состоящие из катушек с изолированным медным проводом, намотанного вокруг катушки, в центре которой будет находиться сердечник определенного типа. Этот сердечник может быть из металла, такого как железо, которое можно легко намагнитить; или в высокочастотных индукторах, в которых будет просто воздух.
Индукторы зависят по своему действию от магнитного поля, которое присутствует вокруг любого проводника, когда по нему проходит ток. Если проволочная катушка намотана на сердечник, изготовленный из материала, который легко намагничивается, такого как железо, то магнитное поле вокруг катушки концентрируется внутри сердечника; это значительно повышает эффективность индуктора.
| Серия статей по индукторам |
Катушки индуктивности в цепях переменного тока
Катушки индуктивности широко используются в системах переменного тока (AC), таких как радио, телевидение и оборудование связи, и в этих системах очень важно то, как катушки индуктивности реагируют на сигналы переменного тока разных частот.
Дроссели
Другое название, используемое для индуктора, — «Дроссель». Индукторы, являющиеся просто катушками из медной проволоки, позволяют легко пропускать постоянный ток, но при подаче переменного тока индукторы создают противодействие протеканию тока, которое увеличивается с увеличением частоты переменного тока.
Таким образом, поток переменного тока предотвращается или «отключается», в то время как пропускается постоянный ток. Этот эффект используется в цепях электропитания, где сеть переменного тока общего пользования (линейная) должна быть преобразована в источник постоянного тока, подходящий для питания электронных схем.
Накопление энергии в цепи постоянного тока
Когда постоянное напряжение подключено к индуктору, ток проходит через него. Поскольку этот ток увеличивается при включении, вокруг катушек проволоки создается возрастающее магнитное поле. Таким образом, электрическая энергия, используемая для создания магнитного поля, хранится в виде магнитной энергии. Кроме того, когда энергия в магнитном поле изменяется, это индуцирует напряжение в тех же самых катушках, которые создают магнитное поле.
Однако индуцированное напряжение, называемое «электромагнитной силой самоиндукции», будет иметь полярность, противоположную приложенному напряжению, которое создает магнитное поле; поэтому эту ЭДС индукции также обычно называют «обратной ЭДС», и ее эффект заключается в замедлении быстрого изменения тока, которое происходит при включении.
По мере того, как ток через индуктор нарастает, скорость изменения тока уменьшается из-за обратной ЭДС, а также уменьшается обратная ЭДС из-за уменьшения скорости изменения тока. Электрическая энергия, подаваемая на индуктор, теперь преобразуется в магнитную энергию и хранится в магнитном поле, созданном вокруг индуктора.
Если напряжение, приложенное к индуктору, теперь отключено, энергия, накопленная в магнитном поле, высвобождается обратно в катушки индуктора, на этот раз нет приложенного противоположного напряжения питания, поэтому все магнитное поле мгновенно разрушается, и накопленная энергия, теперь в виде напряжения на индукторе, но с полярностью, противоположной исходному приложенному напряжению.
Однако это напряжение теперь будет намного больше исходного напряжения питания; это связано с тем, что амплитуда напряжения, индуцированного в проводнике, пропорциональна (среди прочего) скорости изменения магнитного поля. При включении из-за изменения двух противоположных напряжений, увеличения питания и уменьшения обратной ЭДС, скорость изменения замедлялась. Однако при выключении напряжения питания нет, поэтому магнитное поле чрезвычайно быстро разрушается, вызывая очень высокую скорость изменения и, следовательно, создавая очень большой импульс напряжения.
Этот импульс может иметь амплитуду в десятки, сотни или тысячи вольт, что может быть очень полезным, например, для создания искры зажигания в бензиновом двигателе, или очень опасным, например, нежелательным для прикосновения! Он также может очень легко разрушить другие компоненты, такие как полупроводники, и может стать источником серьезных радиопомех.
Итог
Физический размер индукторов сильно различается в зависимости от обрабатываемой мощности и частоты используемого переменного тока; от огромных силовых трансформаторов на электростанциях и в сетях электроснабжения до крошечных катушек индуктивности в радиооборудовании, состоящих из нескольких витков провода и всего несколько миллиметров в поперечнике.
В следующей статье мы с вами поговорим об электромагнитной индукции.
С Уважением, МониторБанк