nyheter

Hur induktorer fungerar

Av: Marshall Brain

induktor

En stor användning av induktorer är att kombinera dem med kondensatorer för att skapa oscillatorer. HUNTSTOCK / GETTY IMAGES

En induktor är ungefär så enkel som en elektronisk komponent kan bli - det är helt enkelt en trådspole. Det visar sig dock att en trådspole kan göra mycket intressanta saker på grund av en spoles magnetiska egenskaper.

I den här artikeln kommer vi att lära oss allt om induktorer och vad de används till.

Innehåll

Grunderna för induktor

Henries

Induktortillämpning: Trafikljussensorer

Grunderna för induktor

I ett kretsschema visas en induktor så här:

För att förstå hur en induktor kan fungera i en krets är den här figuren användbar:

Det du ser här är ett batteri, en glödlampa, en trådspole runt en bit järn (gul) och en strömbrytare. Trådspolen är en induktor. Om du har läst Hur elektromagneter fungerar kanske du känner igen att induktorn är en elektromagnet.

Om du skulle ta ut induktorn ur den här kretsen, skulle du ha en vanlig ficklampa. Du stänger strömbrytaren och glödlampan tänds. Med induktorn i kretsen som visas är beteendet helt annorlunda.

Glödlampan är ett motstånd (motståndet skapar värme för att få glödtråden i glödlampan att lysa - se Hur glödlampor fungerar för detaljer). Tråden i spolen har mycket lägre motstånd (det är bara tråd), så vad du kan förvänta dig när du slår på strömbrytaren är att glödlampan lyser väldigt svagt. Det mesta av strömmen bör följa den låga resistansvägen genom slingan. Det som istället händer är att när man stänger strömbrytaren brinner glödlampan starkt och blir sedan svagare. När du öppnar strömbrytaren brinner glödlampan väldigt starkt och slocknar sedan snabbt.

Anledningen till detta konstiga beteende är induktorn. När ström först börjar flyta i spolen vill spolen bygga upp ett magnetfält. Medan fältet byggs hämmar spolen strömflödet. När fältet väl är byggt kan ström flyta normalt genom tråden. När omkopplaren öppnas håller magnetfältet runt spolen ström i spolen tills fältet kollapsar. Denna ström håller lampan tänd under en tid trots att strömbrytaren är öppen. Med andra ord kan en induktor lagra energi i sitt magnetfält, och en induktor tenderar att motstå alla förändringar i mängden ström som flyter genom den.

Tänk på vatten...

Ett sätt att visualisera verkan av en induktor är att föreställa sig en smal kanal med vatten som strömmar genom den, och ett tungt vattenhjul som har sina paddlar nedsänkta i kanalen. Föreställ dig att vattnet i kanalen inte rinner initialt.

Nu försöker du få igång vattnet att rinna. Skovelhjulet kommer att tendera att hindra vattnet från att rinna tills det har kommit upp i fart med vattnet. Om du sedan försöker stoppa vattenflödet i kanalen, kommer det snurrande vattenhjulet att försöka hålla vattnet i rörelse tills dess rotationshastighet saktar ner till vattnets hastighet. En induktor gör samma sak med flödet av elektroner i en tråd - en induktor motstår en förändring i flödet av elektroner.

LÄS MER

Henries

Kapaciteten hos en induktor styrs av fyra faktorer:

Antalet spolar – Fler spolar betyder mer induktans.

Materialet som spolarna lindas runt (kärnan)

Spolens tvärsnittsarea – Mer area betyder mer induktans.

Längden på spolen – En kort spole betyder smalare (eller överlappande) spolar, vilket betyder mer induktans.

Att sätta järn i kärnan av en induktor ger den mycket mer induktans än vad luft eller någon icke-magnetisk kärna skulle göra.

Standardenheten för induktans är Henry. Ekvationen för att beräkna antalet henries i en induktor är:

H = (4 * Pi * #Vrid * #Vrid * spolarea * mu) / (spolens längd * 10 000 000)

Spolens area och längd är i meter. Termen mu är kärnans permeabilitet. Luft har en permeabilitet på 1, medan stål kan ha en permeabilitet på 2 000.

Induktortillämpning: Trafikljussensorer

Låt oss säga att du tar en trådspiral kanske 2 meter i diameter, som innehåller fem eller sex öglor med tråd. Man skär några spår i en väg och placerar spolen i spåren. Man fäster en induktansmätare på spolen och ser vad spolens induktans har.

Nu parkerar du en bil över spolen och kollar induktansen igen. Induktansen blir mycket större på grund av det stora stålföremålet placerat i slingans magnetfält. Bilen som är parkerad över spolen fungerar som kärnan i induktorn, och dess närvaro ändrar spolens induktans. De flesta trafikljussensorer använder slingan på detta sätt. Sensorn testar hela tiden induktansen för slingan i vägen, och när induktansen stiger vet den att det finns en bil som väntar!

Vanligtvis använder man en mycket mindre spole. En stor användning av induktorer är att kombinera dem med kondensatorer för att skapa oscillatorer. Se Hur oscillatorer fungerar för detaljer.