Was ist ein Induktor und wie es funktioniert (Fakten, die Sie nie vergessen sollten)

Gewusst wie.... Leuchtstoffröhre / Starter austauschen - Wohnlicht.com (Januar 2019).

Anonim

Induktor, was ist das?

Wir haben alle schon oft den Begriff Induktor gehört, aber was ist es? Nun, es ist ein passives Element, das entwickelt wurde , um Energie in seinem Magnetfeld zu speichern . Induktivitäten finden zahlreiche Anwendungen in Elektro- und Energiesystemen. Sie werden in Stromversorgungen, Transformatoren, Radios, Fernsehern, Radaren und Elektromotoren verwendet.

Was ist ein Induktor und wie es funktioniert - Fakten, die man NIE vergessen sollte (Foto: Tamara Kwan via Flickr)

Jeder elektrische Stromleiter hat induktive Eigenschaften und kann als Induktor betrachtet werden.

Um jedoch den induktiven Effekt zu verbessern, wird ein praktischer Induktor üblicherweise zu einer zylindrischen Spule mit vielen Windungen leitender Drähte geformt, wie in 1 gezeigt.

Ein Induktor besteht aus einer Spule aus leitendem Draht .

Abbildung 1 - Typische Form eines Induktors

Wenn es dem Strom erlaubt wird, durch einen Induktor hindurchzutreten, wird festgestellt, dass die Spannung über dem Induktor direkt proportional zu der zeitlichen Änderungsrate des Stroms ist. Unter Verwendung der Vorzeichenkonvention in der folgenden Gleichung (1) :

wobei L die Proportionalitätskonstante ist, die Induktivität des Induktors genannt wird. Die Einheit der Induktivität ist der Henry ( H), benannt nach dem amerikanischen Erfinder Joseph Henry (1797-1878) . Aus der obigen Gleichung ist klar, dass 1 Henry 1 Volt-Sekunde pro Ampere entspricht .

Angesichts der obigen Gleichung muss der Strom eines Induktors mit der Zeit variieren, damit Spannung an seinen Anschlüssen anliegt. Daher ist v = 0 für konstanten Strom durch den Induktor .

Induktivität ist die Eigenschaft, bei der ein Induktor gegen die Änderung des durch ihn fließenden Stroms, gemessen in Henry (H), steht.

Die Induktivität eines Induktors hängt von seiner physikalischen Dimension und Konstruktion ab. Formeln zur Berechnung der Induktivität von Induktoren unterschiedlicher Formen sind aus der elektromagnetischen Theorie abgeleitet und können in Standard-Elektrotechnik-Handbüchern gefunden werden.

Zum Beispiel für den Induktor (Solenoid), der in 1 gezeigt ist,

woher:

  • N ist die Anzahl der Umdrehungen,
  • l ist die Länge,
  • A ist die Querschnittsfläche, und
  • m ist die Durchlässigkeit des Kerns.

Wir können aus der obigen Gleichung sehen, dass die Induktivität erhöht werden kann, indem die Anzahl der Windungen der Spule erhöht wird, Material mit höherer Permeabilität als Kern verwendet wird, die Querschnittsfläche vergrößert wird oder die Länge der Spule verringert wird.

Abbildung 2 - Verschiedene Arten von Induktoren: (a) Solenoidspule, (b) Ringkernspule, (c) Chipinduktivität

Wie Kondensatoren haben auch kommerziell erhältliche Induktoren unterschiedliche Werte und Typen. Typische praktische Induktoren haben Induktivitätswerte im Bereich von einigen Mikrohenrys (mH), wie in Kommunikationssystemen, bis zu einigen zehn Henry (H) wie in Stromversorgungssystemen. Induktoren können fest oder variabel sein. Der Kern kann aus Eisen, Stahl, Kunststoff oder Luft bestehen.

Die Begriffe Spule und Drossel werden auch für Induktoren verwendet.

Herkömmliche Induktoren sind in Abbildung 2 oben gezeigt. Die Schaltsymbole für Induktoren sind in Fig. 3 nach der Vorzeichenkonvention dargestellt.

Abbildung 3 - Schaltungssymbole für Induktoren: (a) Luftkern, (b) Eisenkern, (c) variabler Eisenkern

Gleichung (1) ist die Spannungs-Strom-Beziehung für eine Induktivität . Abbildung 4 zeigt diese Beziehung für eine Induktivität, deren Induktivität unabhängig vom Strom ist. Ein solcher Induktor ist als linearer Induktor bekannt.

Für eine nichtlineare Induktivität ist die graphische Darstellung von Gleichung (1) keine gerade Linie, da ihre Induktivität mit dem Strom variiert .

Wir werden in diesem technischen Artikel lineare Induktoren annehmen.

Abbildung 4 - Spannung-Strom-Beziehung eines Induktors

Die Strom-Spannungs-Beziehung ergibt sich aus Gleichung (1) wie folgt:

Integrieren gibt:

oder

wobei i (t 0 ) der Gesamtstrom für -∞ <t <t 0 und i (-∞) = 0 ist . Die Idee, i (-∞) zu machen, ist praktisch und vernünftig, weil es eine Zeit in der Vergangenheit geben muss, in der es keinen Strom im Induktor gab.

Der Induktor ist so ausgelegt, dass er Energie in seinem Magnetfeld speichert. Die gespeicherte Energie kann aus Gleichung (1) erhalten werden. Die an den Induktor gelieferte Energie ist:

Die gespeicherte Energie ist:

Da ich (-∞) = 0,

Anmerkungen //

Wir sollten die folgenden wichtigen Eigenschaften eines Induktors beachten:

ANMERKUNG 1 //

Beachten Sie aus Gleichung 1, dass die Spannung an einer Induktivität Null ist, wenn der Strom konstant ist.

Somit wirkt ein Induktor wie ein Kurzschluss zu Gleichstrom .

ANMERKUNG 2 //

Eine wichtige Eigenschaft des Induktors ist sein Widerstand gegen die Änderung des durch ihn fließenden Stroms. Der Strom durch einen Induktor kann sich nicht sofort ändern.

Gemäß Gleichung (1) erfordert eine diskontinuierliche Änderung des Stroms durch eine Induktivität eine unendliche Spannung, was physikalisch nicht möglich ist. Somit steht ein Induktor einer abrupten Änderung des durch ihn fließenden Stroms entgegen.

Beispielsweise kann der Strom durch einen Induktor die in 5 (a) gezeigte Form annehmen, wohingegen der Induktorstrom aufgrund von Diskontinuitäten in realen Situationen nicht die in 5 (b) gezeigte Form annehmen kann. Die Spannung an einem Induktor kann sich jedoch abrupt ändern.

Abbildung 5 - Strom durch einen Induktor: (a) erlaubt, (b) nicht zulässig; Ein abrupter Wechsel ist nicht möglich

NOTIZ 3 //

Wie der ideale Kondensator dissipiert der ideale Induktor keine Energie . Die darin gespeicherte Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden. Die Induktivität nimmt Strom von der Schaltung auf, wenn Energie gespeichert wird, und liefert Strom an die Schaltung, wenn sie zuvor gespeicherte Energie zurückgibt.

ANMERKUNG 4 //

Ein praktischer nichtidealer Induktor weist eine signifikante Widerstandskomponente auf, wie in Fig. 6 gezeigt. Dies liegt an der Tatsache, daß der Induktor aus einem leitenden Material wie Kupfer besteht, das einen gewissen Widerstand aufweist.

Da ein Induktor oft aus einem gut leitenden Draht besteht, hat er einen sehr geringen Widerstand .

Abbildung 6.26 - Schaltungsmodell für einen praktischen Induktor

Dieser Widerstand wird als Wicklungswiderstand R w bezeichnet und erscheint in Reihe mit der Induktivität des Induktors. Das Vorhandensein von R w macht es sowohl zu einer Energiespeichervorrichtung als auch zu einer Energiedissipationsvorrichtung. Da R w normalerweise sehr klein ist, wird es in den meisten Fällen ignoriert. Der nichtideale Induktor hat aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen den leitenden Spulen auch eine Wicklungskapazität C w .

C w ist sehr klein und kann in den meisten Fällen außer bei hohen Frequenzen ignoriert werden. Wir haben in diesem Artikel nur ideale Induktoren angenommen.

Wer war Joseph Henry?

Joseph Henry (1797-1878), ein amerikanischer Physiker, entdeckte die Induktivität und konstruierte einen Elektromotor. Henry wurde in Albany, New York, geboren. Er studierte an der Albany Academy und lehrte von 1832 bis 1846 Philosophie an der Princeton University.

Joseph Henry (1797-1878), ein amerikanischer Physiker, entdeckte die Induktivität und konstruierte einen Elektromotor

Er war der erste Sekretär der Smithsonian Institution. Er führte mehrere Experimente über Elektromagnetismus durch und entwickelte starke Elektromagnete, die Objekte mit einem Gewicht von mehreren Tausend Pfund heben konnten. Interessanterweise entdeckte Joseph Henry vor Faraday die elektromagnetische Induktion, konnte aber seine Ergebnisse nicht veröffentlichen.

Die Einheit der Induktivität, der Henry, wurde nach ihm benannt.

Referenz // Grundlagen der elektrischen Schaltungen von Charles K. Alexander und Matthew NO Sadiku (Kauf Hardcopy von Amazon)

Verwandte elektrische Anleitungen und Artikel

SUCHE: Artikel, Software und Anleitungen