인덕터 기초

소개

인덕터는 에어 갭을 포함하는 페라이트 재료의 코어에 감긴 와이어로 구성됩니다. 인덕터는 자기장의 형태로 에너지를 저장합니다. 인덕터는 자기장을받을 때 많은 전기적 특성을 갖습니다.

이 인덕터의 중요한 특성 중 하나는 전류가 와이어를 통해 흐를 때마다 주변에 자기장을 생성한다는 것입니다. 와이어를 감 으면 자기장이 더 강해집니다. 전류가 코일을 통해 흐르면 자속이 기하 급수적으로 증가하고 특정 지점에서 안정화 된 다음 전기 에너지를 자기 에너지의 형태로 저장합니다. 전기 공급이 중단되면 자기 에너지가 기하 급수적으로 감소하고 다시 전기 에너지로 바뀝니다. 이것으로 우리는 그것이 일시적으로 에너지를 저장할 것이라고 말할 수 있습니다. 자기장의 변화가 빠를수록 유도 된 EMF 또는 전압이 더 커집니다. 전류 및 자속 관계에 대해 알고 싶으면 Lenz의 법칙을 알려주십시오.

Lenz의 법칙

Lenz의 법칙에 들어가기 전에 먼저 패러데이의 귀납 법칙에 대해 알아야합니다. 코일에서 유도되는 EMF의 크기는 코일과 연결된 플럭스의 변화율과 같습니다. 이것은 아래와 같다

ᶓ α dΦ / dt

코일의 권선 수와 코일과 관련된 자속의 곱은 우리에게 자속 연결을 제공합니다.

Lenz의 법칙은 패러데이 법칙에 명시된 바와 같이 자속의 변화에 ​​의해 emf가 생성된다고 말합니다. 이 유도 된 EMF의 극성은 자기장이 그것을 생성하는 변화에 반대하는 전류를 생성하는 것과 같습니다.

ԑ = -N (∂PHB / ∂t)

여기서 ∂ΦB = 자속의 변화

ԑ = 유도 된 EMF

N = 아니오. 턴의

A = 코일 면적

u = 코어의 투자율.

L = 코일 길이

di / dt = 코일의 전류 변화율.

인덕터의 작동

전류가 코일에 흐르면 코일이 주변에 자기장을 형성합니다. 자기장을 구축 할 때 코일은 전류의 흐름에 거주하며 자기장이 구축되면 전류가 와이어를 통해 정상적으로 흐를 수 있습니다. 이러한 이유 때문에 정상 상태에 도달하기 전에 자기 흐름이 기하 급수적으로 증가합니다. 전류가 꺼지면 코일 주변의 자기장은 자기장이 붕괴 될 때까지 코일의 전류 흐름을 유지합니다. 이것은 전류가 실제 상태에 도달하기 전에 기하 급수적으로 감소합니다.

와이어가 일련의 연속 루프로 감기면 솔레노이드라고합니다. 이 유형에서 자기장 강도는 각각 전류가 증가하고 감소함에 따라 증가하거나 감소합니다. 막대 자석의 효과와 유사하지만 전계 강도가 가변적입니다.

인덕터 기호

에어 코일(에어 인덕터)의 상징

 

철심 코어(철심 인덕터)의 상징

페라이트 코어(페라이트 인덕터)의 상징

가변 코어(가변 인덕터)의 상징

인덕터의 인덕턴스

인덕턴스는 인덕터의 특성으로, 자기장에 의해 인덕터에서 발생하는 전류는 자기장의 변화율에 비례하여 인덕턴스라고합니다. 인덕턴스 값이 높을수록 인덕터는 급격한 전류 변화에 더 많이 저항합니다.

인덕턴스는 L = µN 2 A / l로 지정됩니다.

어디

L – 코일의 인덕턴스.

µ – 코어의 투자율.

코일의 N- 턴 수

코일의 A 영역.

l-인덕터의 길이.

자기 인덕턴스

전류의 변화는 전류 흐름에 의해 생성 된 자속으로 인해 해당 회로의 전압을 변화시킵니다. 코일 내의 인덕턴스는 우리에게 자체 인덕턴스를 제공합니다. 초크는 자기 인덕턴스 효과의 가장 좋은 예입니다.

상호 인덕턴스

한 회로의 전류 변화는 다음 회로의 전압 변화를 일으키며 두 회로 사이의 자기장의 연결은 상호 인덕턴스로 이어집니다. 변압기는 상호 인덕턴스 효과의 가장 좋은 예입니다.

직렬 인덕터

'n'개의 인덕터가 직렬로 연결된 경우 총 인덕턴스 값은 모든 개별 인덕턴스의 합계입니다.

Ltotal = L1 + L2 +… + Ln

병렬 인덕터

'n'개의 인덕터가 병렬로 연결되면 총 인덕턴스 값이 낮고 다음과 같습니다.

Ltotal = 1 / ((1 / L1) + (1 / L2) + ... + (1 / Ln))

이 두 방정식을 관찰하면 직렬 및 병렬로 연결된 저항과 매우 유사합니다.

인덕턴스 단위

인덕턴스의 SI 단위는 Henry입니다. 그것은 미국 물리학 자 Joseph Henry의 이름을 따서 명명되었습니다. 이것은 'H'로 표시됩니다.

하나의 Henry는 회로의 전류 변화율이 초당 1 암페어이고 결과적인 emf는 1 볼트입니다. 이것은 다음과 같습니다.

H = (Vs) / A = Wb / A.

여기서 V = 볼트, s = 초, Wb = Weber, A = 암페어입니다.

인덕턴스 접두사

1mH = 1 밀리-헨리 = 10-3H

1μH = 1 마이크로 헨리 = 10-6H

1nH = 1 나노-헨리 = 10-9H

인덕턴스에 영향을 미치는 요인

1. 코어의 재질

인덕턴스 값에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나는 투자율입니다. 코어의 투자율이 높으면 인덕턴스가 많고 코어의 투자율이 낮 으면 인덕턴스도 적습니다. 투자율이 높은 코어는 주어진 양의 필드 힘에 대해 더 많은 양의 자속을 생성하기 때문입니다.

2. 인덕터의 회전 수

인덕터의 권수가 증가하면 인덕턴스도 증가합니다. 주어진 전류량에 대해 인덕터가 더 많은 수의 권선으로 구성되면 생성 된 자속의 양이 항상 더 큽니다.

3. 코일의 길이

코일 길이가 증가하면 인덕턴스가 감소합니다. 길이가 감소하면 인덕턴스가 증가합니다. 주어진 전류의 양에 관계없이 코일 길이가 길면 생성 된 자속이 해당 자속의 생성에 더 많은 반대를 초래합니다.

4. 코일의 면적

코일의 단면적을 취함으로써 면적이 증가하면 인덕턴스가 증가하고 면적이 감소하면 인덕턴스 값이 상대적으로 감소합니다. 면적이 증가함에 따라 더 많은 플럭스가 유도되고 인덕턴스가 더 많아집니다.

인덕턴스 값은 인덕터가 회로에 조립 된 후 근처에있는 다른 와이어 및 구성 요소로 인한 외부 효과의 영향을받을 수도 있습니다. 정확한 인덕턴스 값을 얻으려면 대략적인 인덕턴스 값을 계산해야합니다.

와이어의 일부 직경을 가진 단일 층의 권선으로 된 솔레노이드 권선을 고려하고 권선이 고르게 배치되면 인덕턴스 값을 근사하는 일반적인 공식은 다음과 같습니다.

L = (d 2 N 2 ) / (L + 0.45d)

어디

d = 코일의 직경 (미터).

n = 아니오. 코일의 회전 수.

L = 헨리의 인덕턴스.

l = 미터 단위의 와이어 길이.

전류, 전압 및 전력 계산

인덕터의 전압은 인덕터를 통과하는 전류의 변화율에 따라 달라집니다. 변경이 생성 될 때마다 초기 변경은 유도 된 EMF에 의해 반대됩니다. 코일에 유도 된 EMF는 동일하지만 전압은 전류가 증가하는 소스처럼 작동하고 전압은 전류가 감소하는 부하처럼 작동합니다.

유도 EMF에 대해 코일을 통해 흐르는 전류를 유지하기 위해 소스가 수행하는 작업은 전력입니다. 그것은 다음과 같이 주어집니다

P = d / dt (½ (L x I 2 )).

테슬라 단위로 측정되는 자기장 밀도 B (t)는 자기장 강도 H (t)에 자기 코어 투자율 'μ'를 곱한 값과 같습니다.

이것은 다음과 같이 주어진다.

B (t) = μ x H (t).

웨버에서 측정되는 자속으로, 자속 밀도 B (t)에 코어 'Ac'의 단면적을 곱한 값입니다.

이것은 다음과 같이 주어진다.

Φ (t) = A c x B (t).

인덕터에 저장된 에너지는 인덕터를 통한 전류 흐름을 설정하고 자속을 생성하기 위해 수행 된 작업의 양과 같습니다.

이것은 주어진

E = ½ (L x I 2 )

어디

L = 인덕턴스,

I = 인덕터를 통한 전류 흐름 및

E = 저장된 에너지.

예

코일을 통해 흐르는 전류가 5A 인 다음 회로를 고려해 보겠습니다.

스위치가 15 밀리 초 동안 열리면 코일에 유도 된 EMF는 다음과 같이 주어집니다.

V L = L di / dt = 0.5 (5 / 0.015) = 166 볼트

품질 요인

인덕터는 전기 전도성 금속 와이어로 형성되기 때문에 직렬 저항을 갖습니다. 이 직렬 저항은 코일을 통해 흐르는 전류를 변환하여 열을 생성합니다. 이 열로 인해 인덕터의 감도가 감소합니다. 따라서 품질 계수는 저항에 대한 인덕턴스의 비율에 불과합니다. 이것은 다음과 같이 주어진다.

Q = ω L / R

어디

Q = 품질 계수

ω = 각 주파수 (Hz)

L = 인덕턴스 (H)

R = 저항 (Ω)

인덕터에서 생성 된 역기전력 : 인덕터에서 생성 된 EMF는 전류가 AC 또는 DC 인 소스 전류에 따라 달라집니다.

자체 유도 emf VL = – L di / dt는 di / dt가 0과 같지 않은 전류의 변화율이 있기 때문에 AC 전류에만 적용됩니다. 인덕터 전류의 흐름이 일정하다면, 즉 DC 전류에서 di / dt는 0입니다. 이 단계에서 인덕터는 와이어처럼 작동합니다.

인덕터의 시정 수 : 인덕터와 개방 스위치가있는 아래 그림과 같은 회로를 고려해 보겠습니다.

스위치가 열려 있기 때문에 회로에 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 전류 di / dt의 변화율은이 조건에서 0입니다. di / dt가 0 일 때 회로에 자체 유도 EMF가 없다는 것을 알고 있습니다.

스위치를 닫으면 전류가 회로를 통해 흐르고 인덕터의 인덕턴스에 의해 결정된 속도로 천천히 최대 값으로 상승합니다. 인덕터를 통해 흐르는 전류 속도에 인덕턴스를 곱하면 VL이됩니다. 따라서 회로에는 자체 유도 EMF (VL)가 있으며이 값은 회로에서 인덕터의 인덕턴스 값에 따라 달라집니다 VL = L di / dt.이 VL은 전류가 최대 값에 도달 할 때까지인가 된 전압과 싸우게됩니다. 정상 상태에 도달합니다. 이 단계에서는 코일 DC 저항 만 존재하여 전류 흐름에 반대합니다. DC 인덕터에서 전류 변화는 0에서 최대로, 최대에서 0으로 전환되는 상태에서만 발생하기 때문입니다. DC는 제로 주파수 구성 요소이기 때문에 정상 상태에서 회로가 제공하는 리액턴스가 없습니다.

다시 스위치가 열리면 회로를 통해 흐르는 전류가 떨어지지 만 인덕터는 다시이 변화에 맞서 싸우고 다른 방향으로 전압을 유도하여 전류가 이전 값으로 흐르도록합니다.

인덕터 애플리케이션

1. 나노-헨리 범위의 인덕턴스를 가진 인덕터는 100MHz 이상의 매우 높은 주파수 만 필터링하므로 1980 년대의 오래된 붐 박스와 같은 무선 주파수 회로에서 주로 사용됩니다.
2. 마이크로 헨리 범위의 인덕터는 약 50KHz에서 수 MHz의 주파수를 필터링합니다. 이들은 일반적으로 전압을 평활화하기 위해 DC 전원 공급 장치에 사용됩니다.
3. 밀리-헨리 범위의 인덕터는 매우 효과적이며 이들은 저주파 및 고주파 사운드를 분리하기 위해 오디오 크로스 오버 회로에 사용됩니다.
4. 인덕터는 신호의 주파수가 증가함에 따라 인덕터의 임피던스가 증가하기 때문에 이상적으로 저역 통과 필터처럼 작동합니다.
5. 인덕터는 멀리서 자기장을 감지하므로 유도 형 센서에 사용됩니다. 이러한 유도 형 센서는 트래픽 양을 감지하기 위해 트래픽 신호에 사용됩니다.
6. 자기장을 공유하는 두 개의 인덕터를 결합하면 변압기처럼 작동합니다. 이러한 유도 성 기반 변압기는 낮은 주파수에서만 적용 할 수 있습니다.
7. 고정 속도 애플리케이션에서는 유도 모터가 사용됩니다.