- การก่อสร้างตัวเหนี่ยวนำ
- Inductor ทำงานอย่างไร?
- การสร้างตัวเหนี่ยวนำ
- กระแสและแรงดันในตัวเหนี่ยวนำ
- การประยุกต์ใช้ตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบหลักที่สำคัญอย่างหนึ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนประกอบแบบพาสซีฟพื้นฐานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับตัวเก็บประจุเนื่องจากทั้งสองใช้สนามไฟฟ้าเพื่อเก็บพลังงานและทั้งสองเป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟสองขั้ว แต่ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำมีคุณสมบัติการก่อสร้างข้อ จำกัด และการใช้งานที่แตกต่างกัน
ตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบสองขั้วที่เก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก เรียกอีกอย่างว่าขดลวดหรือโช้ก บล็อกการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของกระแสที่ไหลผ่าน
ตัวเหนี่ยวนำมีลักษณะเป็นค่าของการเหนี่ยวนำซึ่งเป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า (EMF) และการเปลี่ยนแปลงกระแสภายในขดลวด หน่วยเหนี่ยวนำคือเฮนรี่หากการไหลของกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำมีการเปลี่ยนแปลงที่อัตราหนึ่งแอมแปร์ต่อวินาทีและ 1V ของ EMF ถูกผลิตขึ้นภายในขดลวดค่าของการเหนี่ยวนำจะเท่ากับ 1 เฮนรี
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าเฮนรี่มักไม่ค่อยถูกนำมาใช้เนื่องจากมีมูลค่าสูงมากในแง่ของการใช้งาน โดยทั่วไปค่าที่ต่ำกว่ามากเช่น Milli Henry, Micro Henry หรือ Nano Henry จะถูกใช้ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่
สัญลักษณ์ | มูลค่า | ความสัมพันธ์กับ Henry |
mH | Milli Henry | 1/1000 |
เอ่อ | ไมโครเฮนรี่ | 1/1000000 |
nH | นาโนเฮนรี่ | 1/1000000000 |
สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำจะแสดงในด้านล่างอิมเมจเฉพาะบล็อก
สัญลักษณ์นี้เป็นตัวแทนของสายบิดซึ่งหมายความว่าสายไฟถูกสร้างขึ้นเพื่อให้กลายเป็นขดลวด
การก่อสร้างตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำเกิดขึ้นโดยใช้สายทองแดงหุ้มฉนวนซึ่งต่อไปเป็นขดลวด ขดลวดอาจมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันและยังสามารถห่อด้วยวัสดุประเภทอื่นได้
การเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างเช่นจำนวนรอบของเส้นลวดระยะห่างระหว่างรอบไม่มีชั้นของรอบประเภทของวัสดุหลักความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กขนาดรูปร่างเป็นต้น
มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติกับตัวเหนี่ยวนำจริงที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ตัวเหนี่ยวนำจริงไม่เพียง แต่มีความเหนี่ยวนำเท่านั้น แต่ยังมีความจุและความต้านทานอีกด้วย ขดลวดที่ห่อหุ้มอย่างใกล้ชิดจะสร้างความจุหลงทางที่วัดได้ระหว่างการหมุนของขดลวด ความจุเพิ่มเติมนี้รวมถึงความต้านทานของสายไฟจะเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมความถี่สูงของตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิดแอปพลิเคชั่น DIY ของตัวเหนี่ยวนำ ได้แก่:
- เครื่องตรวจจับโลหะ
- เครื่องตรวจจับโลหะ Arduino
- เครื่องส่ง FM
- ออสซิลเลเตอร์
Inductor ทำงานอย่างไร?
ก่อนที่จะคุยต่อไปก็เป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจความแตกต่างระหว่างสองคำศัพท์ที่สนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก
ระหว่างกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำจะมีการสร้างสนามแม่เหล็ก สองสิ่งนี้เป็นสัดส่วนเชิงเส้น ดังนั้นถ้ากระแสเพิ่มขึ้นดังนั้นสนามแม่เหล็กก็จะเพิ่มขึ้นด้วย สนามแม่เหล็กนี้วัดได้ในหน่วย SI คือTesla (T) ตอนนี้Magnetic Fluxคืออะไร? มันคือการวัดหรือปริมาณของสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ที่ระบุ ฟลักซ์แม่เหล็กนอกจากนี้ยังมีหน่วยมาตรฐาน SI ก็เป็นเวเบอร์
ดังนั้น ณ ตอนนี้มีสนามแม่เหล็กคร่อมตัวเหนี่ยวนำซึ่งเกิดจากกระแสที่ไหลผ่าน
หากต้องการทำความเข้าใจเพิ่มเติมจำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ EMF ที่สร้างขึ้นจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก
VL = N (dΦ / dt)
โดยที่ N คือจำนวนรอบและ Φ คือปริมาณของฟลักซ์
การสร้างตัวเหนี่ยวนำ
โครงสร้างและการทำงานของตัวเหนี่ยวนำมาตรฐานทั่วไปหนึ่งตัวสามารถแสดงให้เห็นได้ว่าเป็นลวดทองแดงที่พันแน่นบนวัสดุหลัก ในภาพด้านล่าง, ลวดทองแดงเป็นห่ออย่างใกล้ชิดทั่ววัสดุหลักทำให้มันเป็นสองขั้วเหนี่ยวนำเรื่อย ๆ
เมื่อกระแสไหลผ่านสายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะพัฒนาข้ามตัวนำและแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือ EMF จะสร้างขึ้นตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ดังนั้นการเชื่อมโยงของฟลักซ์จะเป็นNɸ
การเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำขดลวดพันแผลในวัสดุหลักกล่าวกันว่า
µN 2 A / L
โดยที่ N คือจำนวนรอบ
A คือพื้นที่หน้าตัดของวัสดุหลัก
L คือความยาวของขดลวด
µ คือความสามารถในการซึมผ่านของวัสดุหลักซึ่งเป็นค่าคงที่
สูตรของEMF ย้อนกลับที่สร้างขึ้นคือ
Vemf (L) = -L (ดิ / dt)
ในวงจรหากใช้แหล่งจ่ายแรงดันกับตัวเหนี่ยวนำโดยใช้สวิตช์ สวิตช์นี้อาจเป็นอะไรก็ได้เช่นทรานซิสเตอร์มอสเฟตหรือสวิตช์ทั่วไปชนิดใดก็ได้ซึ่งจะให้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังตัวเหนี่ยวนำ
มีสองสหรัฐอเมริกาวงจร
เมื่อสวิตช์เปิดอยู่จะไม่มีการไหลของกระแสเกิดขึ้นในตัวเหนี่ยวนำและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะเป็นศูนย์ ดังนั้นEMF จึงเป็นศูนย์ด้วย
เมื่อสวิตช์ปิดกระแสจากแหล่งจ่ายแรงดันไปยังตัวเหนี่ยวนำจะเริ่มเพิ่มขึ้นจนกระทั่งกระแสไฟฟ้าถึงค่าสถานะคงที่สูงสุด ในเวลานี้การไหลของกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสขึ้นอยู่กับค่าของการเหนี่ยวนำ ตามกฎหมายของฟาราเดย์ตัวเหนี่ยวนำจะสร้าง EMF กลับคืนซึ่งจะคงอยู่จนกว่า DC จะเข้าสู่สถานะเสถียร ในระหว่างสภาวะคงที่จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวด
ในช่วงเวลานี้ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติจะทำหน้าที่เป็นไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากไม่มีความต้านทาน แต่ในสถานการณ์จริงกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดและขดลวดจะมีความต้านทานเช่นเดียวกับความจุ
ในอีกสถานะหนึ่งเมื่อปิดสวิตช์อีกครั้งกระแสตัวเหนี่ยวนำจะลดลงอย่างรวดเร็วและอีกครั้งมีการเปลี่ยนแปลงเป็นกระแสซึ่งนำไปสู่การสร้าง EMF ต่อไป
กระแสและแรงดันในตัวเหนี่ยวนำ
กราฟด้านบนแสดงสถานะ Switch, Inductor Current และ Induced Voltage ในค่าคงที่ของเวลา
กำลังไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎกำลังของโอห์มโดยที่ P = แรงดัน x กระแส ดังนั้นในกรณีเช่นนี้แรงดันไฟฟ้าคือ –L (di / dt) และกระแสไฟฟ้าคือ i ดังนั้นพลังงานในตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรนี้
P L = L (ดิ / dt) i
แต่ในช่วงสภาวะคงที่ตัวเหนี่ยวนำที่แท้จริงจะทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทาน ดังนั้นจึงสามารถคำนวณกำลังได้เป็น
P = V 2 R
นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะคำนวณพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานโดยใช้สนามแม่เหล็ก พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรนี้ -
W (เสื้อ) = Li 2 (t) / 2
มีตัวเหนี่ยวนำหลายประเภทที่มีอยู่ในรูปแบบและขนาด ตัวเหนี่ยวนำที่ชาญฉลาดในการก่อสร้างสามารถเกิดขึ้นได้ในแกนอากาศแกนเฟอร์ไรต์แกนเหล็ก ฯลฯ และรูปทรงที่ชาญฉลาดมีตัวเหนี่ยวนำหลายประเภทให้เลือกเช่นประเภทแกนดรัมประเภทสำลักประเภทหม้อแปลงเป็นต้น
การประยุกต์ใช้ตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำถูกนำไปใช้ในพื้นที่กว้าง
- ในแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับ RF
- SMPS และอุปกรณ์จ่ายไฟ
- ใน Transformer.
- อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเพื่อ จำกัด กระแสไฟเข้า
- ภายใน Mechanical Relays เป็นต้น