Induktorer förklarade

lär dig hur induktorer fungerar, var vi använder dem, varför vi använder dem, de olika typerna och varför de är viktiga.

Bläddra till botten för att titta på YouTube-handledningen.

Kom ihåg att el är farligt och kan vara dödligt, du bör vara kvalificerad och kompetent att utföra elarbeten.

Vad är en induktor?

en induktor är en komponent i en elektrisk krets som lagrar energi i sitt magnetfält. Det kan släppa detta nästan omedelbart. Att kunna lagra och snabbt frigöra energi är en mycket viktig funktion och det är därför vi använder dem i alla möjliga kretsar.

i vår tidigare artikel tittade vi på hur kondensatorer fungerar, för att läsa den Klicka här.

Hur fungerar en induktor?

tänk först på att vatten strömmar genom vissa rör. Det finns en pump som driver detta vatten vilket motsvarar vårt batteri. Röret delas upp i två grenar, rören motsvarar våra ledningar. En gren har ett rör med en reducerare i den, den reduktionen gör det lite svårt för vatten att strömma igenom, så det motsvarar motstånd i en elektrisk krets.

den andra grenen har ett vattenhjul inbyggt. Vattenhjulet kan rotera och vattnet som strömmar genom det kommer att få det att rotera. Hjulet är väldigt tungt men det tar lite tid att komma igång och vattnet måste fortsätta trycka mot det för att få det att röra sig. Detta motsvarar vår induktor.

När vi först startar pumpen kommer vattnet att flöda och det vill komma tillbaka till pumpen eftersom det här är en sluten slinga, precis som när elektroner lämnar pumpen batteri de flyter för att försöka komma tillbaka till andra sidan av batteriet.

observera-i dessa animationer använder vi elektronflöde som är från negativt till positivt men du kan vara van vid att se konventionellt flöde som är från positivt till negativt. Var bara medveten om de två och vilken vi använder.

via GIPHY

När vattnet rinner; det når grenarna och måste bestämma vilken väg som ska tas. Vattnet trycker mot hjulet, men hjulet kommer att ta lite tid att komma i rörelse och så det lägger till mycket motstånd mot röret vilket gör det för svårt för vatten att strömma genom denna väg, därför kommer vattnet istället att ta reducerarens väg eftersom det kan strömma rakt igenom och komma tillbaka till pumpen mycket lättare.

När vattnet fortsätter att trycka börjar hjulet vrida snabbare och snabbare tills det når sin maximala hastighet. Nu ger hjulet inte nästan något motstånd så att vattnet kan strömma genom denna väg mycket lättare än reduktionsbanan. Vattnet kommer ganska mycket att sluta strömma genom reduceraren och kommer alla att strömma genom vattenhjulet.

När vi stänger av pumpen kommer inget mer vatten in i systemet, men vattenhjulet går så fort att det inte bara kan sluta, det har tröghet. När det fortsätter att rotera kommer det nu att trycka på vattnet och fungera som en pump. Vattnet kommer att strömma runt slingan tillbaka på sig själv tills rörens motstånd och reduceraren saktar ner vattnet tillräckligt för att hjulet slutar snurra.

Vi kan därför slå på och stänga av pumpen och vattenhjulet håller vattnet i rörelse under en kort tid under avbrotten.

vi får ett mycket liknande scenario när vi ansluter en induktor parallellt med en resistiv belastning som en lampa.

När vi driver kretsen kommer elektronerna först att strömma genom lampan och driva den, mycket liten ström kommer att strömma genom induktorn eftersom dess motstånd först är för stor. Motståndet kommer att minska och tillåta mer ström att flöda. Så småningom ger induktorn nästan inget motstånd så elektronerna föredrar att ta denna väg tillbaka till strömkällan och lampan stängs av.

När vi kopplar ur strömförsörjningen fortsätter induktorn att trycka elektroner runt i en slinga och genom lampan tills motståndet släpper ut energin.

vad händer i induktorn för att den ska fungera så här?

När vi passerar elektrisk ström genom en tråd kommer tråden att generera ett magnetfält runt den. Vi kan se detta genom att placera kompasser runt tråden, när vi passerar ström genom tråden kommer kompasserna att röra sig och anpassa sig till magnetfältet.

När vi vänder strömriktningen; magnetfältet vänder och så kompasserna vänder också riktningen för att anpassa sig till detta. Ju mer ström vi passerar genom en tråd, desto större blir magnetfältet.

När vi lindar tråden i en spole producerar varje tråd igen ett magnetfält men nu kommer de alla att sammanfoga och bilda ett större kraftfullare magnetfält.

Vi kan se magnetfältet hos en magnet bara genom att sprinkla några järnfilningar över en magnet som avslöjar magnetflödeslinjerna.

via GIPHY

när elförsörjningen är avstängd; inget magnetfält finns, men när vi ansluter strömförsörjningen börjar strömmen strömma genom spolen så att ett magnetfält börjar bildas och öka i storlek upp till sin maximala storlek.

magnetfältet lagrar energi. När strömmen skärs, kommer magnetfältet att börja kollapsa och så kommer magnetfältet att omvandlas till elektrisk energi och detta skjuter elektronerna längs.

via GIPHY

i verkligheten kommer det att hända otroligt snabbt, vi har bara saktat ner animationerna för att göra det lättare att se och förstå.

Varför gör det här?

induktorer gillar inte en förändring i strömmen, de vill att allt ska förbli detsamma. När strömmen ökar försöker de stoppa den med en motsatt kraft. När strömmen minskar försöker de stoppa den genom att trycka ut elektroner för att försöka hålla den på samma sätt som den var.

så när kretsen går från av till på kommer det att bli en förändring i strömmen, den har ökat. Induktorn kommer att försöka stoppa detta så det skapar en motsatt kraft som kallas en back EMF eller elektromotorisk kraft som motsätter sig kraften som skapade den. I detta fall strömmar strömmen genom induktorn från batteriet. En del ström kommer fortfarande att strömma igenom, och som det gör genererar det ett magnetfält som gradvis kommer att öka. När det ökar mer och mer ström kommer att strömma genom induktorn och den bakre EMF kommer att blekna bort. Magnetfältet når sitt maximala och strömmen stabiliseras. Induktorn motstår inte längre strömflödet och fungerar som en vanlig trådbit. Detta skapar en mycket enkel väg för elektronerna att strömma tillbaka till batteriet, mycket lättare än att strömma genom lampan, så elektronerna kommer att strömma genom induktorn och lampan lyser inte längre.

När vi stänger av strömmen inser induktorn att det har skett en minskning av strömmen. Det gillar inte detta och försöker hålla det konstant, så det kommer att driva elektroner ut för att försöka stabilisera det, detta kommer att driva ljuset upp. Kom ihåg att magnetfältet har lagrat energi från elektronerna som strömmar genom det och kommer att omvandla detta tillbaka till elektrisk energi för att försöka stabilisera strömflödet, men magnetfältet kommer bara att existera när strömmen passerar genom tråden och så som strömmen minskar från kretsens motstånd kollapsar magnetfältet tills det inte längre ger någon ström.

om vi kopplade ett motstånd och en induktor i separata kretsar till ett oscilloskop kan vi visuellt se effekterna. När ingen ström strömmar är linjen konstant och platt vid noll. Men när vi passerar ström genom motståndet får vi en omedelbar vertikal plot rakt upp och sedan plana linjer och fortsätter till ett visst värde. Men när vi ansluter en induktor och passerar ström genom den, kommer den inte omedelbart att stiga upp, den kommer gradvis att öka och bilda en krökt profil, så småningom fortsätter med en fast hastighet.

När vi stoppar strömmen genom motståndet sjunker den omedelbart igen och vi får denna plötsliga och vertikala linje tillbaka till noll. Men när vi stoppar strömmen genom induktorn fortsätter strömmen och vi får en annan krökt profil ner till noll. Detta visar oss hur induktorn motstår den initiala ökningen och försöker också förhindra minskningen.

förresten vi har täckt nuvarande i detalj i en tidigare artikel, kolla in det här.

Hur ser induktorer ut?

induktorer i kretskort kommer att se ut som nedan.

i grund och botten bara en koppartråd lindad runt en cylinder eller en ring. Vi får andra mönster som har lite hölje över, det här är vanligtvis att skydda sitt magnetfält och förhindra att detta stör andra komponenter.

Vi kommer att se induktorer representerade på tekniska ritningar med symboler som dessa.

något att komma ihåg är att allt med en lindad tråd kommer att fungera som en induktor som innehåller motorer, transformatorer och reläer.

Vad använder vi induktorer för?

• Vi använder dem i boost-omvandlare för att öka likspänningen samtidigt som strömmen minskar.
• Vi kan använda dem för att kväva en växelström och låta endast DC passera.
• Vi använder dem för att filtrera och separera olika frekvenser.
• vi använder dem också för transformatorer, motorer och reläer.

hur man mäter induktans

vi mäter induktansen hos en induktor i Henrys enhet, ju större antal; ju högre induktans. Ju högre induktans; ju mer energi vi kan lagra och tillhandahålla, kommer det också att ta längre tid för magnetfältet att bygga och den bakre EMF tar längre tid att övervinna.

Du kan inte mäta induktans med en standard multimeter även om du kan få några modeller med den här funktionen inbyggd, men det ger inte det mest exakta resultatet, det kan vara ok för dig beror det på vad du använder det för. För att mäta induktans exakt måste vi använda en RLC-mätare. Vi ansluter helt enkelt induktorn till enheten och det kommer att köra ett snabbt test för att mäta värdena.