новости

Как работают индукторы

Автор: Маршалл Брэйн

индуктор

Одним из основных применений катушек индуктивности является объединение их с конденсаторами для создания генераторов. ХАНСТСТОК / GETTY IMAGES

Индуктор настолько прост, насколько это вообще возможно в электронном компоненте — это просто катушка с проводом. Однако оказывается, что катушка с проводом может делать очень интересные вещи благодаря магнитным свойствам катушки.

В этой статье мы узнаем все об индукторах и для чего они используются.

Содержание

Основы индуктора

Генрис

Применение индуктора: Датчики светофора

Основы индуктора

На принципиальной схеме дроссель изображается так:

Чтобы понять, как катушка индуктивности может работать в цепи, полезен этот рисунок:

Здесь вы видите батарейку, лампочку, моток провода вокруг куска железа (желтого цвета) и выключатель. Катушка с проводом является индуктором. Если вы читали «Как работают электромагниты», вы, возможно, поняли, что индуктор — это электромагнит.

Если бы вы вынули катушку индуктивности из этой цепи, у вас получился бы обычный фонарик. Вы замыкаете выключатель и лампочка загорается. С индуктором в схеме, как показано, поведение совершенно иное.

Лампочка представляет собой резистор (сопротивление создает тепло, заставляющее нить накаливания светиться — подробности см. в разделе «Как работают лампочки»). Провод в катушке имеет гораздо меньшее сопротивление (это просто провод), поэтому при включении выключателя можно ожидать, что лампочка будет светиться очень тускло. Большая часть тока должна проходить по пути с низким сопротивлением через петлю. Вместо этого происходит следующее: когда вы замыкаете выключатель, лампочка горит ярко, а затем тускнеет. При размыкании выключателя лампочка горит очень ярко, а затем быстро гаснет.

Причиной такого странного поведения является дроссель. Когда ток впервые начинает течь в катушке, катушка пытается создать магнитное поле. Пока поле создается, катушка препятствует прохождению тока. Как только поле создано, ток может нормально течь по проводу. Когда переключатель размыкается, магнитное поле вокруг катушки поддерживает ток в катушке до тех пор, пока поле не исчезнет. Этот ток поддерживает горение лампочки в течение определенного периода времени, даже если переключатель разомкнут. Другими словами, индуктор может хранить энергию в своем магнитном поле, и он имеет тенденцию сопротивляться любому изменению силы тока, протекающего через него.

Подумайте о воде…

Один из способов визуализировать действие индуктора — представить себе узкий канал, по которому течет вода, и тяжелое водяное колесо, лопасти которого погружаются в канал. Представьте, что вода в канале изначально не течет.

Теперь попробуйте запустить воду. Лопастное колесо будет препятствовать течению воды до тех пор, пока оно не достигнет скорости воды. Если затем вы попытаетесь остановить поток воды в канале, вращающееся водяное колесо будет пытаться поддерживать движение воды до тех пор, пока его скорость вращения не снизится до скорости воды. Индуктор делает то же самое с потоком электронов в проводе — индуктор сопротивляется изменению потока электронов.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Генрис

Емкость индуктора контролируется четырьмя факторами:

Количество катушек. Больше катушек означает большую индуктивность.

Материал, вокруг которого намотаны катушки (сердечник).

Площадь поперечного сечения катушки. Чем больше площадь, тем больше индуктивность.

Длина катушки. Короткая катушка означает более узкие (или перекрывающиеся) катушки, что означает большую индуктивность.

Помещение железа в сердечник индуктора придает ему гораздо большую индуктивность, чем воздух или любой немагнитный сердечник.

Стандартной единицей индуктивности является генри. Уравнение для расчета количества генри в индукторе:

H = (4 * Пи * #Витков * #Витков * Площадь катушки * мю) / (Длина катушки * 10 000 000)

Площадь и длина катушки указаны в метрах. Термин мю обозначает проницаемость ядра. Воздух имеет проницаемость 1, а сталь может иметь проницаемость 2000.

Применение индуктора: Датчики светофора

Допустим, вы берете моток проволоки диаметром около 6 футов (2 метра), содержащий пять или шесть витков проволоки. Вы вырезаете в дороге несколько канавок и помещаете в них катушку. Прикрепляете к катушке измеритель индуктивности и смотрите, какова индуктивность катушки.

Теперь вы паркуете машину над катушкой и снова проверяете индуктивность. Индуктивность будет намного больше из-за того, что в магнитном поле контура находится большой стальной предмет. Автомобиль, припаркованный над катушкой, действует как сердечник индуктора, и его присутствие изменяет индуктивность катушки. Большинство датчиков светофора используют петлю таким образом. Датчик постоянно проверяет индуктивность контура на дороге, и когда индуктивность возрастает, он знает, что вас ждет машина!

Обычно вы используете катушку гораздо меньшего размера. Одним из основных применений катушек индуктивности является объединение их с конденсаторами для создания генераторов. Подробности см. в разделе «Как работают осцилляторы».