Cos'è un induttore e come funziona (fatti che non devi MAI dimenticare)

Salud Prohibida, incurable era ayer por Andreas Kalcker PARTE 1 (Marzo 2019).

Anonim

Induttore, che cos'è?

Abbiamo tutti sentito il termine Induttore molte volte, ma che cos'è? Bene, è un elemento passivo progettato per immagazzinare energia nel suo campo magnetico . Gli induttori trovano numerose applicazioni nei sistemi elettronici e di alimentazione. Sono utilizzati in alimentatori, trasformatori, radio, TV, radar e motori elettrici.

Cos'è un induttore e come funziona - fatti che NON DEVI MAI dimenticare (credito fotografico: Tamara Kwan via Flickr)

Qualsiasi conduttore di corrente elettrica ha proprietà induttive e può essere considerato come un induttore.

Ma al fine di migliorare l'effetto induttivo, un induttore pratico è solitamente formato in una bobina cilindrica con molti giri di filo conduttore, come mostrato nella Figura 1.

Un induttore è costituito da una bobina di filo conduttore .

Figura 1 - Forma tipica di un induttore

Se la corrente è lasciata passare attraverso un induttore, si scopre che la tensione attraverso l'induttore è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente. Utilizzando la convenzione del segno passivo nella seguente equazione (1) :

dove L è la costante di proporzionalità chiamata induttanza dell'induttore. L'unità di induttanza è la henry (H), così chiamata in onore dell'inventore americano Joseph Henry (1797-1878) . È chiaro dall'equazione precedente che 1 Henry equivale a 1 volt / secondo per ampère .

In considerazione dell'equazione di cui sopra, affinché un induttore abbia una tensione tra i suoi terminali, la sua corrente deve variare nel tempo. Quindi, v = 0 per la corrente costante attraverso l'induttore .

L'induttanza è la proprietà per cui un induttore mostra opposizione al cambiamento della corrente che fluisce attraverso di esso, misurata in henrys (H).

L'induttanza di un induttore dipende dalla sua dimensione fisica e dalla sua costruzione. Le formule per calcolare l'induttanza di induttori di forme diverse derivano dalla teoria elettromagnetica e possono essere trovate in manuali di ingegneria elettrica standard.

Ad esempio, per l' induttore, (solenoide) mostrato in Figura 1,

dove:

  • N è il numero di giri,
  • l è la lunghezza,
  • A è l'area della sezione trasversale, e
  • m è la permeabilità del nucleo.

Possiamo vedere dall'equazione sopra che l'induttanza può essere aumentata aumentando il numero di spire della bobina, usando materiale con maggiore permeabilità come il nucleo, aumentando l'area della sezione trasversale o riducendo la lunghezza della bobina.

Figura 2 - Vari tipi di induttori: (a) induttore della ferita solenoidale, (b) induttore toroidale, (c) induttore del chip

Come i condensatori, gli induttori disponibili in commercio sono disponibili in diversi valori e tipi. Tipici induttori pratici hanno valori di induttanza che vanno da pochi microhenrys (mH), come nei sistemi di comunicazione, a decine di henry (H) come nei sistemi di alimentazione. Gli induttori possono essere fissi o variabili. Il nucleo può essere fatto di ferro, acciaio, plastica o aria.

I termini bobina e bobina sono usati anche per induttori.

Induttori comuni sono mostrati nella Figura 2 sopra. I simboli del circuito per gli induttori sono mostrati in Figura 3, seguendo la convenzione del segno passivo.

Figura 3 - Simboli circuitali per induttori: (a) nucleo d'aria, (b) nucleo di ferro, (c) nucleo di ferro variabile

L'equazione (1) è la relazione tensione-corrente per un induttore . La figura 4 mostra questa relazione graficamente per un induttore la cui induttanza è indipendente dalla corrente. Tale induttore è noto come induttore lineare.

Per un induttore non lineare, la trama di Equazione (1) non sarà una linea retta perché la sua induttanza varia con la corrente .

Assumeremo induttori lineari in questo articolo tecnico.

Figura 4 - Relazione tensione-corrente di un induttore

La relazione corrente-tensione è ottenuta dall'equazione (1) come:

L'integrazione dà:

o

dove i (t 0 ) è la corrente totale per -∞ <t <t o e i (-∞) = 0 . L'idea di rendere i (-∞) è pratica e ragionevole, perché ci deve essere un tempo nel passato in cui non c'era corrente nell'induttore.

L'induttore è progettato per immagazzinare energia nel suo campo magnetico. L'energia immagazzinata può essere ottenuta dall'equazione (1). La potenza erogata all'induttore è:

L'energia immagazzinata è:

Poiché i (-∞) = 0,

Gli appunti //

Dovremmo notare le seguenti importanti proprietà di un induttore:

NOTA 1 //

Nota dall'equazione 1 che la tensione attraverso un induttore è zero quando la corrente è costante.

Quindi, un induttore si comporta come un cortocircuito verso DC .

NOTA 2 //

Una proprietà importante dell'induttore è la sua opposizione al cambiamento di corrente che scorre attraverso di esso. La corrente attraverso un induttore non può cambiare istantaneamente.

Secondo l' equazione (1), un cambiamento discontinuo della corrente attraverso un induttore richiede una tensione infinita, che non è fisicamente possibile. Quindi, un induttore si oppone a un brusco cambiamento nella corrente attraverso di esso.

Ad esempio, la corrente attraverso un induttore può assumere la forma mostrata nella Figura 5 (a), mentre la corrente dell'induttore non può assumere la forma mostrata nella Figura 5 (b) in situazioni di vita reale a causa delle discontinuità. Tuttavia, la tensione attraverso un induttore può cambiare improvvisamente.

Figura 5 - Corrente attraverso un induttore: (a) consentito, (b) non consentito; un brusco cambiamento non è possibile

NOTA 3 //

Come il condensatore ideale, l'induttore ideale non dissipa energia . L'energia immagazzinata in esso può essere recuperata in un secondo momento. L'induttore prende energia dal circuito quando immagazzina energia e fornisce energia al circuito quando restituisce energia precedentemente immagazzinata.

NOTA 4 //

Un induttore pratico e non ideale ha un componente resistivo significativo, come mostrato in Figura 6. Ciò è dovuto al fatto che l'induttore è fatto di un materiale conduttore come il rame, che ha una certa resistenza.

Poiché un induttore è spesso costituito da un filo altamente conduttore, ha una resistenza molto piccola .

Figura 6.26 - Modello di circuito per un induttore pratico

Questa resistenza è chiamata resistenza di avvolgimento R w, e appare in serie con l'induttanza dell'induttore. La presenza di R w rende sia un dispositivo di accumulo di energia che un dispositivo di dissipazione di energia. Poiché R w è solitamente molto piccolo, nella maggior parte dei casi viene ignorato. L'induttore nonidale ha anche una capacità di avvolgimento C w dovuta all'accoppiamento capacitivo tra le bobine conduttrici.

C w è molto piccolo e può essere ignorato nella maggior parte dei casi, tranne che alle alte frequenze. Assumiamo solo induttori ideali in questo articolo.

Chi era Joseph Henry?

Joseph Henry (1797-1878), un fisico americano, scoprì l'induttanza e costruì un motore elettrico. Nato ad Albany, New York, si è laureato alla Albany Academy e ha insegnato filosofia all'Università di Princeton dal 1832 al 1846.

Joseph Henry (1797-1878), un fisico americano, scoprì l'induttanza e costruì un motore elettrico

Era il primo segretario della Smithsonian Institution. Ha condotto numerosi esperimenti sull'elettromagnetismo e sviluppato potenti elettromagneti in grado di sollevare oggetti che pesano migliaia di chili. È interessante notare che Joseph Henry scoprì l'induzione elettromagnetica prima di Faraday ma non riuscì a pubblicare le sue scoperte.

L'unità di induttanza, l'Henry, aveva il suo nome.

Riferimento // Fondamenti di circuiti elettrici di Charles K. Alexander e Matthew NO Sadiku (Acquisto cartaceo da Amazon)

Guide elettriche e articoli correlati

RICERCA: articoli, software e guide