Inductor, ce este?
Am auzit cu toții termenul Inductor de multe ori, dar ce este? Ei bine, este un element pasiv conceput pentru a stoca energie în câmpul său magnetic. Inductorii își găsesc numeroase aplicații în sistemele electronice și de putere. Ei sunt utilizați în sursele de alimentare, transformatoare, radiouri, televizoare, radare și motoare electrice.
Dar, pentru a spori efectul inductiv, un inductor practic este de obicei format într-o bobină cilindrică cu multe spire de sârmă conductoare, așa cum se arată în figura 1.
Un inductor constă dintr-o bobină de sârmă conductoare.
Dacă se lasă curentul să treacă printr-un inductor, se constată că tensiunea prin inductor este direct proporțională cu viteza de variație în timp a curentului. Utilizând convenția semnului pasiv în următoarea ecuație (1):
unde L este constanta de proporționalitate numită inductanța inductorului. Unitatea de măsură a inductanței este henry (H), numită astfel în onoarea inventatorului american Joseph Henry (1797-1878). Din ecuația de mai sus reiese clar că 1 henry este egal cu 1 volt-secundă pe amper.
Având în vedere ecuația de mai sus, pentru ca un inductor să aibă tensiune la bornele sale, curentul său trebuie să varieze cu timpul. Prin urmare, v=0 pentru un curent constant prin inductor.
Inductanța unui inductor depinde de dimensiunea fizică și de construcția sa. Formulele pentru calcularea inductanței unor inductori de diferite forme sunt derivate din teoria electromagnetică și pot fi găsite în manualele standard de inginerie electrică.
De exemplu, pentru inductorul, (solenoid) prezentat în figura 1,
unde:
:
- N este numărul de spire,
- l este lungimea,
- A este aria secțiunii transversale, și
- m este permeabilitatea miezului.
Se poate observa din ecuația de mai sus că inductanța poate fi mărită prin creșterea numărului de spire ale bobinei, prin utilizarea unui material cu o permeabilitate mai mare ca miez, prin creșterea ariei secțiunii transversale sau prin reducerea lungimii bobinei.
Ca și condensatorii, inductorii disponibili în comerț vin în diferite valori și tipuri. Inductoarele practice tipice au valori ale inductanței care variază de la câteva microhenri (mH), ca în sistemele de comunicații, până la zeci de henri (H), ca în sistemele de putere. Inductoarele pot fi fixe sau variabile. Miezul poate fi fabricat din fier, oțel, plastic sau aer.
Inductoarele comune sunt prezentate în figura 2 de mai sus. Simbolurile de circuit pentru inductori sunt prezentate în figura 3, urmând convenția semnelor pasive.
Equația (1) este relația tensiune-curent pentru un inductor. Figura 4 prezintă grafic această relație pentru un inductor a cărui inductanță este independentă de curent. Un astfel de inductor este cunoscut sub numele de inductor liniar.
În acest articol tehnic vom presupune inductanțe liniare.
Relația curent-tensiune se obține din Ecuația (1) sub forma:
Integrarea dă:
sau
unde i(t0) este curentul total pentru -∞ < t < la și i(-∞) = 0. Ideea de a face i(-∞) este practică și rezonabilă, deoarece trebuie să existe un moment în trecut când nu a existat curent în inductor.
Inductorul este proiectat pentru a stoca energie în câmpul său magnetic. Energia stocată poate fi obținută din ecuația (1). Puterea furnizată inductorului este:
Energia stocată este:
Din moment ce i(-∞) = 0,
Note //
Ar trebui să notăm următoarele proprietăți importante ale unui inductor:
NOTA 1 //
Rețineți din ecuația 1 că tensiunea pe un inductor este zero atunci când curentul este constant.
NOTA 2 //
O proprietate importantă a inductorului este opoziția sa la modificarea curentului care trece prin el. Curentul care trece printr-un inductor nu se poate schimba instantaneu.
De exemplu, curentul printr-un inductor poate lua forma prezentată în figura 5(a), în timp ce curentul inductorului nu poate lua forma prezentată în figura 5(b) în situații reale din cauza discontinuităților. Cu toate acestea, tensiunea pe un inductor se poate schimba brusc.
NOTA 3 //
Ca și condensatorul ideal, inductorul ideal nu disipează energie. Energia stocată în el poate fi recuperată la un moment dat. Inductorul preia energie de la circuit atunci când stochează energie și livrează energie circuitului atunci când returnează energia stocată anterior.
NOTA 4 //
Un inductor practic, neideal, are o componentă rezistivă semnificativă, așa cum se arată în figura 6. Acest lucru se datorează faptului că inductorul este realizat dintr-un material conductor, cum ar fi cuprul, care are o anumită rezistență.
Această rezistență se numește rezistența de înfășurare Rw, și apare în serie cu inductanța inductorului. Prezența lui Rw face ca acesta să fie atât un dispozitiv de stocare a energiei, cât și un dispozitiv de disipare a energiei. Deoarece Rw este de obicei foarte mică, ea este ignorată în majoritatea cazurilor. Inductorul neideal are, de asemenea, o capacitate de înfășurare Cw datorată cuplajului capacitiv dintre bobinele conductoare.
Cw este foarte mică și poate fi ignorată în majoritatea cazurilor, cu excepția frecvențelor înalte. În acest articol am presupus doar inductoare ideale.
Cine a fost Joseph Henry?
Joseph Henry (1797-1878), un fizician american, a descoperit inductanța și a construit un motor electric. Născut în Albany, New York, Henry a absolvit Academia Albany și a predat filosofia la Universitatea Princeton din 1832 până în 1846.
A fost primul secretar al Smithsonian Institution. A efectuat mai multe experimente privind electromagnetismul și a dezvoltat electromagneți puternici care puteau ridica obiecte care cântăreau mii de kilograme. Interesant este că Joseph Henry a descoperit inducția electromagnetică înaintea lui Faraday, dar nu a reușit să își publice descoperirile.
Unitatea de inductanță, henry, a fost numită după el.
.