Lær hvordan induktorer fungerer, hvor vi bruger dem, hvorfor vi bruger dem, de forskellige typer og hvorfor de er vigtige.
Rul til bunden for at se YouTube-vejledningen.
husk elektricitet er farlig og kan være dødelig, du skal være kvalificeret og kompetent til at udføre elektrisk arbejde.
Hvad er en induktor?
en induktor er en komponent i et elektrisk kredsløb, der lagrer energi i dets magnetfelt. Det kan frigive dette næsten øjeblikkeligt. At være i stand til at lagre og hurtigt frigive energi er en meget vigtig funktion, og det er derfor, vi bruger dem i alle mulige kredsløb.
i vores tidligere artikel kiggede vi på, hvordan kondensatorer fungerer, for at læse det Klik her.
Hvordan virker en induktor?
tænk først på vand, der strømmer gennem nogle rør. Der er en pumpe, der skubber dette vand, hvilket svarer til vores batteri. Røret opdeles i to grene, rørene svarer til vores ledninger. En gren har et rør med en reducer i Den, denne reduktion gør det lidt svært for vand at strømme igennem, så det svarer til modstand i et elektrisk kredsløb.
den anden gren har et vandhjul indbygget. Vandhjulet kan rotere, og vandet, der strømmer gennem det, får det til at rotere. Hjulet er dog meget tungt, så det tager lidt tid at komme op i fart, og vandet skal fortsætte med at skubbe mod det for at få det til at bevæge sig. Dette svarer til vores induktor.
Når vi først starter pumpen, kommer vandet til at strømme, og det ønsker at komme tilbage til pumpen, da dette er en lukket sløjfe, ligesom når elektroner forlader batteriet de flyder for at forsøge at komme tilbage til den anden side af batteriet.
bemærk – i disse animationer bruger vi elektronstrøm, som er fra negativ til positiv, men du kan være vant til at se konventionel strøm, som er fra positiv til negativ. Bare vær opmærksom på de to, og hvilken vi bruger.
via GIPHY
Når vandet strømmer; det når grenene og skal beslutte, hvilken sti der skal tages. Vandet skubber mod hjulet, men hjulet vil tage lidt tid at komme i bevægelse, og så tilføjer det meget modstand mod røret, hvilket gør det for svært for vand at strømme gennem denne sti, derfor vil vandet i stedet tage reduktionsstien, fordi det kan strømme lige igennem og komme tilbage til pumpen meget lettere.
når vandet fortsætter med at skubbe, begynder hjulet at dreje hurtigere og hurtigere, indtil det når sin maksimale hastighed. Nu giver hjulet næsten ingen modstand, så vandet kan strømme gennem denne sti meget lettere end reduktionsstien. Vandet vil stort set stoppe med at strømme gennem reduceren og vil alle strømme gennem vandhjulet.
når vi slukker for pumpen, kommer der ikke mere vand ind i systemet, men vandhjulet går så hurtigt, at det ikke bare kan stoppe, det har inerti. Da det fortsætter med at rotere, vil det nu skubbe vandet og fungere som en pumpe. Vandet vil strømme rundt om løkken tilbage på sig selv, indtil rørets modstand og reduceren sænker vandet nok til, at hjulet holder op med at spinde.
Vi kan derfor tænde og slukke for pumpen, og vandhjulet holder vandet i bevægelse i en kort varighed under afbrydelserne.
Vi får et meget lignende scenario, når vi forbinder en induktor parallelt med en resistiv belastning som en lampe.
Når vi driver kredsløbet, vil elektronerne først strømme gennem lampen og drive den, meget lidt strøm vil strømme gennem induktoren, fordi dens modstand i starten er for stor. Modstanden vil reducere og tillade mere strøm at strømme. Til sidst giver induktoren næsten ingen modstand, så elektronerne foretrækker at tage denne vej tilbage til strømkilden, og lampen slukker.
Når vi afbryder strømforsyningen, vil induktoren fortsætte med at skubbe elektroner rundt i en løkke og gennem lampen, indtil modstanden spreder energien.
Hvad sker der i induktoren for at det skal fungere som dette?
når vi sender elektrisk strøm gennem en ledning, genererer ledningen et magnetfelt omkring det. Vi kan se dette ved at placere kompasser rundt om ledningen, når vi passerer strøm gennem ledningen, bevæger kompasserne sig og justeres med magnetfeltet.
Når vi vender retningen af strømmen; magnetfeltet vender og så kompasserne også omvendt retning for at justere med dette. Jo mere strøm vi passerer gennem en ledning, jo større bliver magnetfeltet.
Når vi pakker ledningen ind i en spole, producerer hver ledning igen et magnetfelt, men nu vil de alle fusionere sammen og danne et større kraftigere magnetfelt.
Vi kan se magnetfeltet for en magnet bare ved at drysse nogle jernarkiver over en magnet, der afslører de magnetiske strømningslinjer.
via GIPHY
når elforsyningen er slukket; der findes ikke noget magnetfelt, men når vi tilslutter strømforsyningen, begynder strømmen at strømme gennem spolen, så et magnetfelt begynder at dannes og øges i størrelse op til dets maksimale størrelse.
magnetfeltet lagrer energi. Når strømmen er skåret, begynder magnetfeltet at kollapse, og magnetfeltet omdannes til elektrisk energi, og dette skubber elektronerne sammen.
via GIPHY
i virkeligheden vil det ske utroligt hurtigt, vi har lige bremset animationerne for at gøre det lettere at se og forstå.
Hvorfor gør det det?
induktorer kan ikke lide en ændring i strømmen, de ønsker, at alt skal forblive det samme. Når strømmen stiger, forsøger de at stoppe den med en modsat kraft. Når strømmen falder, forsøger de at stoppe det ved at skubbe elektroner ud for at forsøge at holde det det samme som det var.
så når kredsløbet går fra Fra Til Til, vil der være en ændring i strømmen, den er steget. Induktoren vil forsøge at stoppe dette, så det skaber en modstående kraft kendt som en back EMF eller elektromotorisk kraft, der modsætter sig den kraft, der skabte den. I dette tilfælde strømmer strømmen gennem induktoren fra batteriet. Nogle strøm vil stadig strømme igennem, og som det gør, genererer det et magnetfelt, som gradvist vil stige. Efterhånden som det øges, vil mere og mere strøm strømme gennem induktoren, og den bageste EMF vil falme væk. Magnetfeltet når sit maksimum, og strømmen stabiliseres. Induktoren modstår ikke længere strømmen og fungerer som et normalt stykke ledning. Dette skaber en meget let vej for elektronerne til at strømme tilbage til batteriet, meget lettere end at strømme gennem lampen, så elektronerne strømmer gennem induktoren, og lampen lyser ikke længere.
når vi afbryder strømmen, indser induktoren, at der har været en reduktion i strømmen. Det kan ikke lide dette og forsøger at holde det konstant, så det vil skubbe elektroner ud for at forsøge at stabilisere det, dette vil tænde lyset. Husk, at magnetfeltet har lagret energi fra elektronerne, der strømmer gennem det, og vil konvertere dette tilbage til elektrisk energi for at forsøge at stabilisere strømmen, men magnetfeltet vil kun eksistere, når strømmen passerer gennem ledningen, og så som strømmen falder fra kredsløbets modstand, falder magnetfeltet sammen, indtil det ikke længere giver nogen strøm.
Hvis vi tilsluttede en modstand og en induktor i separate kredsløb til et oscilloskop, kan vi visuelt se effekterne. Når der ikke strømmer strøm, er linjen konstant og flad ved nul. Men når vi passerer strøm gennem modstanden, får vi et øjeblikkeligt lodret plot lige op og derefter flade linjer og fortsætter med en bestemt værdi. Men når vi forbinder en induktor og sender strøm gennem den, vil den ikke straks stige op, den vil gradvist stige og danne en buet profil og til sidst fortsætte med en fast hastighed.
når vi stopper strømmen gennem modstanden, falder den igen øjeblikkeligt, og vi får denne pludselige og lodrette linje tilbage til nul. Men når vi stopper strømmen gennem induktoren, fortsætter strømmen, og vi får en anden buet profil ned til nul. Dette viser os, hvordan induktoren modstår den oprindelige stigning og også forsøger at forhindre faldet.
af den måde, vi har dækket strøm i detaljer i en tidligere artikel, skal du tjekke det her.
Hvordan ser induktorer ud?
induktorer i kredsløbskort vil se noget ud som nedenfor.
dybest set, bare nogle kobbertråd viklet rundt om en cylinder eller en ring. Vi får andre designs, der har noget hus over, dette er normalt for at beskytte dets magnetfelt og forhindre, at dette forstyrrer andre komponenter.
Vi vil se induktorer repræsenteret på tekniske tegninger med symboler som disse.
noget at huske er, at alt med en oprullet ledning fungerer som en induktor, der inkluderer motorer, transformere og relæer.
hvad bruger vi induktorer til?
- Vi bruger dem i boost-konvertere til at øge DC-udgangsspændingen, mens strømmen reduceres.
- Vi kan bruge dem til at kvæle en vekselstrømsforsyning og kun tillade DC at passere.
- Vi bruger dem til at filtrere og adskille forskellige frekvenser.
- Vi bruger dem også til transformatorer, motorer og relæer.
Sådan måles induktans
Vi måler induktansen af en induktor i enheden af Henry, jo større er antallet; jo højere induktans. Jo højere induktans; jo mere energi vi kan gemme og levere, vil det også tage længere tid for magnetfeltet at bygge, og den bageste EMF vil tage længere tid at overvinde.
Du kan ikke måle induktans med et standard multimeter, selvom du kan få nogle modeller med denne funktion indbygget, men det giver ikke det mest nøjagtige resultat, det kan være ok for dig afhænger det af, hvad du bruger det til. For at måle induktans nøjagtigt skal vi bruge en RLC-måler. Vi forbinder simpelthen induktoren til enheden, og den kører en hurtig test for at måle værdierne.
