ตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างไร?

ตัวเหนี่ยวนำนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าลวดหุ้มฉนวนที่พันแน่นรอบแกนแม่เหล็ก แกนอาจเป็นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกหรือพลาสติก หรือในบางกรณีกลวง (อากาศ) ขึ้นอยู่กับหลักการที่ฟลักซ์แม่เหล็กพัฒนารอบๆ ตัวนำกระแสไฟ ถ้าคุณรู้เกี่ยวกับตัวเก็บประจุ คุณจะคุ้นเคยกับข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเก็บประจุเก็บพลังงานโดยการจัดเก็บประจุที่เท่ากันและตรงกันข้ามไว้ในจานของพวกมัน ในทำนองเดียวกัน ตัวเหนี่ยวนำจะเก็บพลังงานไว้ในรูปแบบของสนามแม่เหล็กที่พัฒนาขึ้นรอบๆ ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำตอบสนองต่อ AC และ DC แตกต่างกัน แต่ก่อนที่จะเจาะลึกถึง "วิธีการทำงานของตัวเหนี่ยวนำ" มาดูโครงสร้างและคุณลักษณะของมันกัน

โครงสร้างตัวเหนี่ยวนำ:

ตัวเหนี่ยวนำนั้นง่ายมากที่จะสร้างจากส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นี่คือแนวทางการสร้างตัวเหนี่ยวนำอย่างง่าย ต้องใช้ลวดฉนวนและวัสดุแกนแม่เหล็กเท่านั้นในการพันขดลวด แกนแม่เหล็กเป็นเพียงวัสดุที่พันสายไฟไว้รอบๆ ดังที่แสดงในภาพด้านบน ตัวเหนี่ยวนำมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับวัสดุแกนที่ใช้ วัสดุแกนกลางทั่วไปบางชนิดที่ใช้ ได้แก่ เหล็ก แม่เหล็กเหล็ก ฯลฯ นอกจากประเภทของวัสดุแกนกลางแล้ว ยังมีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกัน เช่น ทรงกระบอก ก้าน Torode และแผ่น ในทางตรงกันข้าม มีตัวเหนี่ยวนำที่ไม่มีแกนแม่เหล็กทางกายภาพ พวกมันเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำกลวงหรือตัวเหนี่ยวนำกลวง แกนแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างไร

ให้เราเริ่มต้นด้วยการระบุข้อเท็จจริงที่ว่า "ฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า" ในทำนองเดียวกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำ มันจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กรอบๆ ตัวเหนี่ยวนำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานที่ใช้กับตัวเหนี่ยวนำจะถูกเก็บไว้ในรูปของฟลักซ์แม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กจะพัฒนาไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลของกระแส ตัวเหนี่ยวนำจึงสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของกระแสที่ไหลผ่านได้ ความสามารถของตัวเหนี่ยวนำนี้เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ และตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวจะมีการเหนี่ยวนำอยู่บ้าง นี่ได้รับจากสัญลักษณ์ L และในหน่วยของเฮนรี่

ความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับรูปร่างของขดลวด จำนวนรอบของขดลวดแกนแม่เหล็ก พื้นที่ของแกนแม่เหล็ก และความสามารถในการซึมผ่านของวัสดุแกนแม่เหล็ก ความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำได้มาจากสูตรต่อไปนี้

L = μN2A/L

L - ตัวเหนี่ยวนำคอยล์

μ - การซึมผ่านของวัสดุแกนกลาง

เอ - พื้นที่คอยล์ (m2)

N - จำนวนรอบในขดลวด

ล. - ความยาวเฉลี่ยของคอยล์ (ม.)

ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ:

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่แตกต่างจาก AC มากกว่าแหล่งสัญญาณ DC เมื่อส่งสัญญาณ AC ไปที่ตัวเหนี่ยวนำ มันจะสร้างสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา เนื่องจากกระแสที่สร้างสนามแม่เหล็กนั้นแปรผันตามเวลา ตามกฎของฟาราเดย์ ปรากฏการณ์นี้จะสร้างแรงดันไฟฟ้าอุปนัยในตัวเหนี่ยวนำ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองแสดงโดย VL ในความเป็นจริงแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นที่ปลายทั้งสองของตัวเหนี่ยวนำจะกระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสที่ต้านทาน แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของตัวเหนี่ยวนำได้มาจากสูตรต่อไปนี้

VL =L ได / dt

VL - แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง

di/dt - การเปลี่ยนแปลงของกระแสสัมพันธ์กับเวลา

ถ้ากระแสไฟฟ้า 1 แอมป์ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำเฮนรี่สัมพันธ์กับ 1 วินาที กระแสนั้นจะถูกสร้างขึ้นบนตัวเหนี่ยวนำ

"v. ตอนนี้คุณจะเห็นแล้วว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าที่สร้างที่ปลายทั้งสองอย่างไร แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะตรงข้ามกับกระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ

ลักษณะ VI ของตัวเหนี่ยวนำ:

ลองดูเส้นโค้งคุณลักษณะ VI ของตัวเหนี่ยวนำเพื่อทำความเข้าใจแนวคิดข้างต้นให้ดียิ่งขึ้น เมื่อวงจรบวกของสัญญาณ AC ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ กระแสจะเพิ่มขึ้น เรารู้ว่าตัวเหนี่ยวนำเกลียดการเปลี่ยนแปลงของกระแส ดังนั้นจึงสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเทียบกับกระแสที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า คุณสามารถสังเกตสิ่งนี้ได้ที่ 0 องศาในรูปด้านบน โดยที่แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเป็นค่าสูงสุดเมื่อกระแสไฟฟ้าเริ่มสูงขึ้น เมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะกลายเป็นลบเพื่อพยายามป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าลดลง

วงจรนี้จะเกิดซ้ำ และจากรูปด้านบน เราสามารถสังเกตได้ว่าแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นในตัวเหนี่ยวนำจะกระทำกับกระแสที่เปลี่ยนแปลงไปซึ่งไหลผ่าน ที่นี่บอกว่าแรงดันและกระแสจะออกจากเฟส 90 องศา ดังนั้นตัวเหนี่ยวนำจะเก็บและปล่อยพลังงานในรูปของสนามแม่เหล็กในวงจรต่อเนื่องผ่านสัญญาณกระแสสลับ

ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง:

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างไรกับแหล่งสัญญาณ AC เรามาดูกันว่ามันจะตอบสนองอย่างไรเมื่อใช้กับแหล่งสัญญาณ DC โปรดจำไว้ว่าสูตรสำหรับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ปลายทั้งสองของตัวเหนี่ยวนำได้มาจากสูตรต่อไปนี้

VL =L ได / dt

เมื่อใช้แหล่งสัญญาณ DC การเปลี่ยนแปลงของกระแสสัมพันธ์กับเวลาจะเป็นศูนย์ ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นศูนย์ที่ปลายทั้งสองของตัวเหนี่ยวนำ พูดง่ายๆ ก็คือในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ตัวเหนี่ยวนำจะมีพฤติกรรมเหมือนกับลวดธรรมดาทั่วไป และลวดของมันจะทำให้เกิดความต้านทานอยู่บ้าง อย่างไรก็ตาม ยังมีอะไรอีกมากมายเมื่อใช้ตัวเหนี่ยวนำกับแหล่งสัญญาณ DC ในวงจรจริง ในวงจรจริง กระแสไฟฟ้าใช้เวลาสั้นมากในการเข้าถึงค่าสูงสุดจากศูนย์ ในขณะนี้ จะมีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ปลายทั้งสองด้านของตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งจะเป็นค่าสูงสุดที่เป็นลบเมื่อกระแสเริ่มเคลื่อนที่จากศูนย์ไปยังค่าสูงสุด เมื่อกระแสไฟฟ้าถึงสถานะ DC ที่เสถียร แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือศูนย์และล้าสมัย เมื่อใช้กับแหล่งสัญญาณ DC ตัวเหนี่ยวนำจะแสดงแรงดันไฟกระชากเหนี่ยวนำช่วงสั้นดังกล่าว

ปฏิกิริยาอุปนัย:

สิ่งสำคัญอีกประการที่ต้องรู้เกี่ยวกับตัวเหนี่ยวนำคือรีแอกแตนซ์ นี่คือลักษณะความต้านทานของส่วนประกอบต่างๆ เช่น ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำต่อสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ รีแอกแตนซ์ที่แสดงโดยตัวเหนี่ยวนำเรียกว่ารีแอคแตนซ์แบบอุปนัยและกำหนดโดยสูตร

XL=2πFL

จากสูตรสามารถอนุมานได้ว่าค่ารีแอกแตนซ์เพิ่มขึ้นเมื่อความถี่ของสัญญาณ AC เพิ่มขึ้น โปรดจำไว้ว่าตัวเหนี่ยวนำเกลียดกระแสที่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงแสดงค่ารีแอกแตนซ์มากขึ้นกับสัญญาณความถี่สูง เมื่อความถี่ใกล้ศูนย์หรือสัญญาณ DC ผ่าน ค่ารีแอกแตนซ์จะกลายเป็นศูนย์ เช่นเดียวกับตัวนำที่สัญญาณอินพุตผ่าน