İndüktörlere Giriş

Bobin Serisi
Bobinlere GirişSeri Bağlı BobinlerEndüktif Reaktans
Bobinin EndüktansıParalel Bağlı Bobinler
Karşılıklı EndüktansSeri LR Devreleri

Daha önce indüktörler hakkın bir içerik oluşturmuştuk, fakat bu içerik seri devamlılığı için daha detaylı bir şekilde oluşturulmuştur. İndüktör, bobinden geçen bir elektrik akımının sonucu olarak manyetizma ve elektrik arasındaki ilişkiden yararlanmak için tasarlanmış bir tel bobinden oluşan pasif bir elektrik bileşenidir.

Elektromanyetizma hakkındaki eğitimlerimizde, bir tel iletkenden bir elektrik akımı geçtiğinde, o iletkenin etrafında bir manyetik akı oluştuğunu gördük. Bu etki, iletken çevresinde dolaşan manyetik akının yönü ile aynı iletkenden geçen akımın yönü arasında bir ilişki üretir. Bu, “Fleming’in Sağ El Kuralı” olarak adlandırılan akım ve manyetik akı yönü arasında bir ilişki ile sonuçlanır.

indüktör

Ancak, sargılı bir bobinle ilgili bir başka önemli özellik de vardır; o da, manyetik akının hareketiyle, akan elektrik akımındaki herhangi bir değişikliğe karşı veya buna direndiği için aynı bobine ikincil bir voltajın indüklenmesidir.

indüktör
İndüktör

En temel biçiminde, bir indüktör, merkezi bir çekirdeğin etrafına sarılmış bir tel bobinden başka bir şey değildir. Çoğu bobin için, bobinden akan akım ( i ), çevresinde bu elektrik akımı akışıyla orantılı bir manyetik akı ( NΦ ) üretir. Bobin olarak da adlandırılan bir indüktör, tel bobinden geçen akımın bir sonucu olarak kendi içinde veya çekirdeğinde bir manyetik alan indükleyerek bu ilişkiden yararlanmak için tasarlanmış bir tel bobinden oluşan başka bir pasif tip elektrik bileşenidir.

İndüktörler, manyetik akılarını yoğunlaştırmak için düz silindirik bir çubuk veya sürekli bir döngü veya halka olabilen katı bir merkezi çekirdeğin etrafına sıkıca sarılmış tel ile oluşturulur.

Bir indüktörün şematik sembolü kabaca tel bobindir bu nedenle bir tel bobinine indüktör de denilebilir. İndüktörler genellikle etrafına sarıldıkları iç çekirdek tipine göre, örneğin içi boş çekirdek (serbest hava), katı demir çekirdek veya yumuşak ferrit çekirdek gibi kategorilere ayrılır ve farklı çekirdek türleri, yanına sürekli veya noktalı paralel çizgiler eklenerek ayırt edilir.

indüktör
Bobin çeşitleri

Bir indüktörden geçen akım, onunla orantılı bir manyetik akı üretir. Ancak, plakaları boyunca voltaj değişimine karşı çıkan bir kapasitörden farklı olarak, bir indüktör, manyetik alanı içinde kendiliğinden indüklenen enerjinin birikmesi nedeniyle içinden akan akımın değişim hızına karşı çıkar.

Başka bir deyişle, indüktörler akım değişikliklerine direnir veya karşı çıkar, ancak sabit bir DC akımını kolayca geçebilir. Akımı, i ile manyetik akı NΦ ile gösterilir. Joseph Henry’den sonra Henry birimleriyle (H) L sembolü verilen Endüktans olarak adlandırılır.

Henry, kendi başına nispeten büyük bir endüktans birimi olduğundan, Henry’nin daha küçük indüktörler için alt birimleri, değerini belirtmek için kullanılır. Örneğin:

ÖnekSembolÇarpanOnluk Kuvveti
milim1/1,00010-3
mikroµ1/1,000,00010-6
nanon1/1,000,000,00010-9
Endüktans Önekleri

1mH = 1 mili-Henry = bir Henry’nin binde birine (1/1000) eşittir.
100μH = 100 mikro Henry = bir Henry’nin 100 milyonda birine (1/1.000.000) eşittir.


İndüktörler veya bobinler elektrik devrelerinde çok yaygındır ve bobinin şekli, yalıtılmış telin sarım sayısı, tel katman sayısı, sarımlar arasındaki boşluk gibi bir bobinin endüktansını belirleyen birçok faktör vardır; Çekirdek malzemesinin geçirgenliği, çekirdeğin boyutu veya kesit alanı vb.

Bir indüktör bobini, birim uzunluk başına sabit sayıda tel sarımı (l) olan bir merkezi çekirdek alanına (A) sahiptir. Dolayısıyla, N dönüşlü bir bobin bir miktar manyetik akı ile bağlanırsa, Φ o zaman bobinin akı bağlantısı NΦ’dir ve bobinden akan herhangi bir akım, ( i ) bobinin tersi yönde indüklenmiş bir manyetik akı üretecektir. O zaman Faraday Yasasına göre, bu manyetik akı bağlantısındaki herhangi bir değişiklik, tek bobinde kendi kendine indüklenen bir voltaj üretir.

indüktör

N dönüş sayısıdır
A, m2 cinsinden kesit alanıdır
Φ Weber’deki akı miktarıdır
μ çekirdek malzemenin geçirgenliğidir
l, bobinin metre cinsinden uzunluğu
di/dt, amper/saniye cinsinden akım değişim oranıdır

Zamanla değişen bir manyetik alan, onu üreten akımın değişim hızıyla orantılı olan bir voltajı indükler ve bu emk’de bir artışı gösteren pozitif bir değer ve emk’de bir azalmayı gösteren negatif bir değerdir. Bu kendi kendine indüklenen voltaj, akım ve endüktansla ilgili denklem, μN2A /l nin bobinin Endüktansı adı verilen orantı sabitini gösteren L ile değiştirilmesiyle bulunabilir.

İndüktördeki akı ile indüktörden geçen akım arasındaki ilişki şu şekilde verilir: NΦ = Li. Bir indüktör iletken telden oluşan bir bobinden oluştuğu için bu, yukarıdaki denklemi, bazen bobinde indüklenen geri emk olarak da adlandırılan kendi kendine indüklenen emk’yi verecek şekilde azaltır:

indüktör
Geri emk.
Burada: L öz endüktanstır ve akım değişim oranını di/dt dir.

Dolayısıyla bu denklemden “kendinden indüklenen emk = endüktans X akım değişim hızı” diyebiliriz ve bir devrenin endüktansı bir Henry devrede akım indüklendiğinde devrede indüklenen bir voltluk bir emf olacaktır.

Yukarıdaki denklem hakkında dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta. Sadece indüktör boyunca üretilen emk’yi akımdaki değişikliklerle ilişkilendirir, çünkü indüktör akımının akışı sabitse ve sabit bir DC akımında olduğu gibi değişmiyorsa, o zaman indüklenen emk voltajı sıfır olacaktır çünkü anlık akım değişim oranı sıfırdır, di/dt = 0.

İndüktörden akan sabit bir DC akımı ve dolayısıyla sıfır indüklenmiş voltaj ile indüktör, bir tel parçasına eşit bir kısa devre veya en azından çok düşük değerli bir direnç gibi davranır. Başka bir deyişle, bir indüktör tarafından sunulan akımın akışına karşıtlık, AC ve DC devreleri arasında çok farklıdır.

İndüktör Zaman Sabiti

Artık bir indüktörde akımın anında değişemeyeceğini biliyoruz, çünkü bunun olması için akımın sıfır zamanda sonlu bir miktarda değişmesi gerekir, bu da akım değişim oranının sonsuz olmasına neden olur, di/dt = ∞, indüklenen emk’yi de sonsuz kılmak ve sonsuz kabul etmekte mümkün değildir. Bununla birlikte, bir indüktörden akan akım, hızlı anahtarlama gibi çok hızlı bir şekilde değişirse, indüktör bobini boyunca yüksek voltajlar indüklenebilir.

indüktör

Soldaki saf bir indüktör devresi olarak düşünün. Anahtar (S1) açıkken, indüktör bobininden akım geçmez. İndüktörden akım geçmediği için bobindeki akımın değişim oranı (di/dt) sıfır olacaktır. Akımın değişim hızı sıfır ise, indüktör bobini içinde kendiliğinden indüklenen geri emk (VL = 0) yoktur.

Eğer anahtarı kapatırsak (t = 0) devreden bir akım akacak ve indüktörün endüktansı tarafından belirlenen bir oranda yavaşça maksimum değerine yükselecektir. İndüktörden akan bu akım hızı, Henry’deki indüktörlerin endüktansı ile çarpılır, yukarıdaki Faraday denklemi, VL = -Ldi/dt ile belirlendiği gibi bobin boyunca bazı sabit değerde kendinden indüklenen emf üretilmesiyle sonuçlanır.

İndüktör bobini boyunca kendi kendine indüklenen bu emk, (VL), akım maksimum değerine ulaşana ve sabit durum durumuna ulaşılana kadar uygulanan gerilime karşı savaşır. Şimdi bobinden akan akım, yalnızca bobin sargılarının DC veya “saf” direnci ile belirlenir, çünkü bobinin reaktans değeri sıfıra düşer, çünkü akımın değişim hızı (di/dt) sıfırdır. kararlı durum durumu. Başka bir deyişle, gerçek bir bobinde, akımın kendi içinden akışına karşı koymak için yalnızca bobinlerin DC direnci vardır.

Aynı şekilde (S1) anahtarı açılırsa bobinden geçen akım düşmeye başlayacak ancak indüktör yine bu değişime karşı savaşacak ve diğer yönde bir gerilim daha indükleyerek akımı eski değerinde tutmaya çalışacaktır. Düşüşün eğimi negatif olacak ve aşağıda gösterildiği gibi bobinin endüktansı ile ilgili olacaktır.

İndüktörde Akım ve Gerilim

indüktör

İndüktör tarafından ne kadar indüklenen voltaj üretileceği, akım değişim hızına bağlıdır. Elektromanyetik İndüksiyonla ilgili öğreticimizde Lenz Yasası şunları bize aktardı: “indüklenmiş bir emfin yönü, kendisine neden olan değişime her zaman karşı çıkacak şekildedir”. Başka bir deyişle, indüklenmiş bir emk, ilk etapta indüklenen emk’yi başlatan harekete veya değişikliğe her zaman ters yönde olacaktır.

Böylece azalan bir akımla gerilim polaritesi bir kaynak olarak hareket edecek ve artan bir akımla gerilim polaritesi bir yük olarak hareket edecektir. Dolayısıyla, bobin boyunca aynı akım değişimi oranı için, indüklenen emk’nin büyüklüğünü arttırmak veya azaltmak aynı olacaktır.

İndüktör Soru Örneği

indüktör

Dört amperlik sabit bir doğru akım, 0,5H’lik bir solenoid bobinden geçer. Soldaki devredeki anahtar 10mS açılsa ve bobinden geçen akım sıfır amper değerine düşse bobinde indüklenen ortalama geri emk gerilimi ne olur?

indüktör

İndüktörde Güç

Bir devredeki bir indüktörün akımın akışına karşı olduğunu biliyoruz, ( i ) çünkü bu akımın akışı ona karşı çıkan bir emf indükler. Daha sonra, akımın bu indüklenen emk’ye karşı akmasını sağlamak için harici pil kaynağı tarafından iş yapılmalıdır. Akımı zorlamada kullanılan anlık güç, ( i ) bu kendi kendine indüklenen emk’ye ( VL ) karşı yukarıdan şu şekilde verilir:

indüktör

Bir devredeki güç, P = V*I olarak verilir, bu nedenle:

indüktör

İdeal bir indüktörün direnci yoktur, yalnızca endüktansı vardır, bu nedenle R = 0 Ω ve bu nedenle bobin içinde güç harcanmaz, bu nedenle ideal bir indüktörün sıfır güç kaybı olduğunu söyleyebiliriz.

İndüktörde Depolanan Enerji

Güç bir indüktöre aktığında, enerji manyetik alanında depolanır. İndüktörden geçen akım arttığında ve di/dt sıfırdan büyük olduğunda, devredeki anlık gücün de sıfırdan büyük olması gerekir ( P > 0 ) yani indüktörde enerji depolanıyor demektir.

Benzer şekilde, indüktörden geçen akım azalıyorsa ve di/dt sıfırdan küçükse, o zaman anlık güç de sıfırdan küçük olmalıdır, ( P < 0 ) yani negatif, bu da indüktörün enerjiyi devreye geri döndürdüğü anlamına gelir. Daha sonra, yukarıdaki güç denklemini entegre ederek, indüktörde depolanan her zaman pozitif olan toplam manyetik enerji şu şekilde verilir:

indüktör
İndüktör tarafından depolanan enerji

W joule cinsindendir, L Henry cinsindendir ve i Amper cinsindendir

Enerji aslında, içinden akan akım tarafından indüktörü çevreleyen manyetik alan içinde depolanıyor. Direnci veya kapasitansı olmayan ideal bir indüktörde, akım indüktöre akan enerji arttıkça ve orada manyetik alanı içinde kayıpsız olarak depolandığından, akım azalana ve manyetik alan çökene kadar serbest bırakılmaz.

Daha sonra alternatif bir akımda, AC devresinde bir indüktör, her döngüde sürekli olarak enerji depolar ve iletir. İndüktörden geçen akım bir DC devresinde olduğu gibi sabitse, depolanan enerjide P = Li(di/dt) = 0 olarak bir değişiklik olmaz.

Dolayısıyla indüktörler, hem depolayabildikleri hem de devreye enerji verebildikleri için pasif bileşenler olarak tanımlanabilirler, ancak enerji üretemezler. İdeal bir indüktör kayıp daha az olarak sınıflandırılır, yani enerji kaybı olmadığı için süresiz olarak enerji depolayabilir.

Bununla birlikte, gerçek indüktörler her zaman bobinin sargılarıyla ilişkili bir dirence sahip olacaktır ve akım bir dirençten aktığında, akımın alternatif olup olmadığına bakılmaksızın ( P = I2 R ) Ohm Yasası nedeniyle ısı şeklinde enerji kaybedilir. sabit.

Daha sonra indüktörler için birincil kullanım, filtreleme devrelerinde, rezonans devrelerinde ve akım sınırlamasındadır. Alternatif akımı veya bir dizi sinüsoidal frekansı bloke etmek veya yeniden şekillendirmek için devrelerde bir indüktör kullanılabilir ve bu rolde bir indüktör, basit bir radyo alıcısını veya çeşitli osilatör türlerini “ayarlamak” için kullanılabilir. Ayrıca hassas ekipmanı yıkıcı voltaj yükselmelerinden ve yüksek ani akımlardan koruyabilir.

İndüktörler hakkında bir sonraki derste, bir bobinin etkin direncinin Endüktans olarak adlandırıldığını ve şimdi bildiğimiz gibi “akımdaki bir değişikliğe karşı çıkan” bir elektrik iletkeninin özelliği olan bu endüktansın dahili olarak olabileceğini göreceğiz. indüklenmiş, kendi kendine indüktans veya harici olarak indüklenmiş, karşılıklı indüktans olarak adlandırılır.

Bobin Serisi
Bobinlere GirişSeri Bağlı BobinlerEndüktif Reaktans
Bobinin EndüktansıParalel Bağlı Bobinler
Karşılıklı EndüktansSeri LR Devreleri