Inducteur

Un inducteur est un dispositif électrique passif du utilisé dans des circuits électriques pour sa propriété de l'inductance . Un inducteur peut prendre beaucoup de formes.

Physique

Vue d'ensemble

Inductance (mesurée en Henry , H) est un effet qui résulte du champ magnétique ce des formes autour d'un conducteur de courant-transport . Le courant électrique par le conducteur crée un flux magnétique proportionnel au courant. Un changement de ce courant crée un changement du flux magnétique qui, alternativement, produit d'une force électromotrice (emf) de cette des actes pour s'opposer à ce changement du courant. L'inductance est une mesure de l'emf produit pour un changement d'unité du courant. Par exemple, un inducteur avec une inductance de 1 Henry produit un emf de 1 V quand le courant par l'inducteur change au taux de 1 ampère par seconde. Le nombre de tours, le secteur de chaque boucle/tour, et ce qu'il est enroulé autour de tout l'affect l'inductance. Par exemple, le flux magnétique liant ces tours peut être augmenté en lovant le conducteur autour d'un matériel avec une perméabilité élevée à .

Énergie stockée

L'énergie (mesuré en Joules dans SI ) stockée par un inducteur est égale à la quantité de travail exigée pour établir le courant par l'inducteur, et donc le champ magnétique. Ceci est donné par : $de$

E_ \ mathrm {stocké} = {1 \ plus de 2} L I^2

là où le L est l'inductance et le I est le courant traversant l'inducteur.

Modèle hydraulique

Le courant électrique peut être modelé par l'analogie hydraulique . L'inducteur peut être modelé par l'effet du volant d'une turbine tourné par l'écoulement. Comme peut être démontré intuitivement et mathématiquement, ceci imite le comportement d'un inducteur électrique ; la tension est proportionnelle au dérivé du courant en ce qui concerne le temps. Ainsi un changement rapide du courant causera une grande pointe de tension. De même, dans les cas d'une interruption soudaine d'écoulement d'eau la turbine produiront d'une pression à travers le colmatage, etc. des interactions que magnétiques comme dans des transformateurs ne sont pas utilement modelées hydrauliquement.

Construction d'inducteur

Un inducteur est habituellement construit comme enroulement de conduisant le matériel de , fil en général de cuivre, enroulé autour d'un noyau d'air ou de matériel ferromagnétique du . Matériaux de noyau avec une perméabilité plus élevée à que des confins d'air le champ magnétique étroitement à l'inducteur, augmentant de ce fait l'inductance. Les inducteurs viennent dans beaucoup de formes. Les la plupart sont construites comme l'émail a enduit le fil enroulé autour d'une bobine du ferrite du fil exposé sur l'extérieur, alors que certains enferment le fil complètement en ferrite et s'appellent le " ; shielded" ;. Quelques inducteurs ont un noyau réglable, qui permet le changement de l'inductance. Des inducteurs utilisés pour bloquer très des fréquences sont parfois faits avec un fil passant par un cylindre ou une perle de ferrite.

De petits inducteurs peuvent être gravés à l'eau-forte directement sur une carte électronique en présentant la trace dans un modèle de la spirale . De petits inducteurs de valeur peuvent également être construits sur les circuits intégrés using les mêmes processus qui sont employés pour faire les transistors dans ces cas, l'interconnexion en aluminium est typiquement employés comme matériel de conduite. Cependant, les contraintes pratiques le rendent bien plus commun pour utiliser un circuit appelé un " ; Gyrator " ce qui emploie un condensateur et les composants actifs pour se comporter pareillement à un inducteur.

Dans des circuits électriques

Tandis qu'un condensateur s'oppose à des changements de tension, un inducteur s'oppose à des changements du courant. Un inducteur idéal n'offrirait aucune résistance à un courant continu constant ; cependant, seulement les inducteurs supraconducteurs du ont la résistance électrique véritablement nul.

Généralement le rapport entre le variable dans le temps de tension v ( t ) à travers un inducteur avec le L d'inductance et le courant variable dans le temps i ( t ) passant par lui est décrit par l'équation : $v\; de$

(t) = L \ frac {Di} {décollement}.

Quand il y a un courant alternatif sinusoïdal (C.) de du par un inducteur, une tension sinusoïdale est induite. L'amplitude de la tension est proportionnelle au produit de l'amplitude ($I\_P$) du courant et de la fréquence ( f ) du courant. $i\; de$

(t) = I_P \ péché (2 \ pi f t) \, $de$

\ frac {Di (t)} {décollement} = 2 \ pi f I_P \ cos (2 \ pi f t) $v\; de$

(t) = 2 \ pi f L I_P \ cos (2 \ pi f t) \,

Dans cette situation, la phase du courant traîne cela de la tension par 90 degrés.

Analyse de circuit de Laplace (s-domaine)

En employant le Laplace transformer dans l'analyse de circuit, l'impédance de transfert d'un inducteur idéal sans le courant initial est représenté dans le domaine du s par :

Si l'inducteur a le courant initial, il peut être représenté par :
ajoutant une source de tension en série avec l'inducteur, ayant la valeur : $L\; I\_0\; \backslash ,\; de$ (note de que la source devrait avoir une polarité qui s'oppose au courant initial )
ou en ajoutant une source courante parallèlement à l'inducteur, ayant la valeur : le $de\; \backslash \; le$
du frac {I_0} {s} où le L de est l'inductance, et le $I\_0$ de
est le courant initial dans l'inducteur.

Réseaux d'inducteur

voient également :

série de et de circuits parallèles

Les inducteurs dans une configuration du parallèle chacun ont la même différence potentielle (tension). Pour trouver leur inductance équivalente totale ( L _eq) :

$de$

\ frac {1} {L_ \ mathrm {eq}} = \ + du frac {1} {L_1} \ frac {1} {L_2} + \ + de cdots \ frac {1} {L_n}

Le courant par des inducteurs des séries reste la même chose, mais la tension à travers chaque inducteur peut être différente. La somme des différences potentielles (tension) est égale à toute la tension. Pour trouver leur inductance totale :

$de$

L_ \ mathrm {eq} = L_1 + L_2 + \ cdots + L_n \, \ !

Ces rapports simples jugent vrai seulement quand il n'y a aucun à couplage mutuel des champs magnétiques entre différents inducteurs.

Facteur du Q

Un inducteur idéal sera sans perte indépendamment de la quantité de courant traversant l'enroulement. Cependant, typiquement les inducteurs ont la résistance d'enroulement de en métal guide les enroulements. Puisque la résistance d'enroulement apparaît comme résistance en série avec l'inducteur, ce s'appelle souvent la résistance de série de . La résistance de série de l'inducteur convertit le courant électrique traversant les enroulements en chaleur, de ce fait entraînant une perte de qualité inductive. Le facteur de qualité (ou Q ) d'un inducteur est le rapport de sa réactance inductive à sa résistance à une fréquence donnée, et est une mesure de son efficacité. Plus le facteur de Q de l'inducteur est haut, plus il approche le comportement d'un idéal étroitement, sans perte, inducteur.

Le facteur de Q d'un inducteur peut être trouvé par la formule suivante, où le R est sa résistance électrique interne : = de $Q\; de$

\ frac {\ Omega {} L} {R}

Par l'utilisation un noyau ferromagnétique du que l'inductance est augmentée pour le même montant de cuivre, soulevant le Q. creuse cependant présentent également les pertes qui augmentent avec la fréquence. Une catégorie de matériel de noyau est choisie pour les meilleurs résultats pour la bande de fréquence. À VHF ou plus hautes fréquences de un noyau d'air est susceptible d'être employé. La blessure d'inducteurs autour d'un noyau ferromagnétique peut saturer aux courants élevés, causant une diminution dramatique en l'inductance (et le Q). Ce phénomène peut être évité en utilisant l'inducteur de noyau d'air d'a (physiquement plus grand). Un inducteur bien projeté de noyau d'air peut avoir un Q de plusieurs centaines.

Un inducteur presque idéal (infini de approche de Q) peut être créé en immergeant un enroulement fait à partir d'un alliage supraconducteur du dans l'hélium liquide ou l'azote liquide . Ce supercools le fil, faisant disparaître sa résistance d'enroulement. Puisqu'un inducteur supraconducteur est pratiquement sans perte, il peut stocker un grand nombre d'énergie électrique dans le champ magnétique environnant (voir le stockage de l'énergie magnétique supraconducteur ).

Formules

La table au-dessous des listes quelques formules communes pour calculer l'inductance théorique de plusieurs constructions d'inducteur.

Applications

Des inducteurs sont utilisés intensivement dans les circuits d'analogue de et le traitement des signaux. Les inducteurs en même temps que les condensateurs et d'autres composants forment les circuits accordés qui peuvent souligner ou des fréquences spécifiques de signal du filtre dehors. Ceci peut s'étendre de l'utilisation de grands inducteurs en tant que bobines dans les alimentations d'énergie, qu'en même temps que des condensateurs de de filtre enlèvent le fredonnement résiduel ou d'autres fluctuations du rendement à courant continu, sur de petites inductances telles que produites par un tore de perle ou de du ferrite autour d'un câble pour empêcher l'interférence de radiofréquence de d'être transmise en bas du fil. De plus petites combinaisons d'inducteur/condensateur fournissent les circuits accordés par utilisés dans la réception et la radiodiffusion par radio, par exemple.

Deux (ou plus) inducteurs qui ont couplé la forme de flux magnétique un transformateur , qui est un composant fondamental de chaque grille de puissance de service du électrique . L'efficacité d'un transformateur diminue pendant que les augmentations mais la taille de fréquence peuvent être aussi bien diminuées ; pour cette raison, les avions ont employé 400 hertz de courant alternatif plutôt que les 50 ou 60 hertz habituels, laisser la grande épargne dans le poids de l'utilisation de plus petits transformateurs.

Un inducteur est utilisé comme dispositif de stockage de l'énergie dans quelques alimentations d'énergie de switchmode . L'inducteur active pour une fraction spécifique de la fréquence de la commutation du régulateur, et est désactivé pour le reste du cycle. Ce rapport de transfert d'énergie détermine l'entrée-tension au rapport de rendement-tension. Ce X _L est employé dans le complément avec un dispositif de semi-conducteur actif pour maintenir la commande très précise de tension.

Des inducteurs sont également utilisés dans les systèmes de transmission électriques, où ils sont employés pour diminuer intentionnellement les tensions de système ou le courant de défaut de de limite . Dans ce domaine, ils désigné généralement sous le nom des réacteurs.

Pendant que les inducteurs tendent à être plus grands et plus lourds que d'autres composants, leur utilisation a été réduite dans l'équipement moderne ; les alimentations d'énergie à semi-conducteur de commutation éliminent de grands transformateurs, par exemple, et des circuits sont conçus pour utiliser seulement de petits inducteurs, le cas échéant ; de plus grandes valeurs sont simulées au moyen des circuits de Gyrator .

Voir également

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Synonymes

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Enroulement
Bobine de (l'électronique)
Réacteur

.

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