Come funziona l'induttore?

Un induttore non è altro che un filo isolato avvolto strettamente attorno a un nucleo magnetico. Il nucleo può essere un materiale ferromagnetico o plastico, o in alcuni casi cavo (aria). Ciò si basa sul principio che il flusso magnetico si sviluppa attorno al conduttore percorso da corrente. Se conosci i condensatori, avrai familiarità con il fatto che i condensatori immagazzinano energia immagazzinando cariche uguali e opposte nelle loro piastre. Allo stesso modo, un induttore immagazzina energia sotto forma di campo magnetico che si sviluppa attorno ad esso. Gli induttori rispondono in modo diverso alla corrente alternata e alla corrente continua. Ma prima di approfondire "come funzionano gli induttori". Vediamone la struttura e le caratteristiche.

Struttura dell'induttore:

Gli induttori sono molto semplici da costruire partendo da tutti gli altri componenti utilizzati nell'elettronica. Questa è una guida per realizzare un semplice induttore. Per avvolgere la bobina sono necessari solo un filo isolante e un materiale del nucleo magnetico. Un nucleo magnetico non è altro che un materiale attorno al quale si avvolgono dei fili, come mostrato nell'immagine sopra. Esistono diversi tipi di induttori a seconda del materiale del nucleo utilizzato. Alcuni materiali di base comunemente utilizzati sono ferro, magneti di ferro, ecc. Oltre al tipo di materiale di base, è disponibile anche in diverse dimensioni e forme, inclusi cilindro, asta, torodo e lamiera. Al contrario, ci sono induttori senza nucleo magnetico fisico. Sono chiamati induttori cavi o induttori cavi. Il nucleo magnetico svolge un ruolo importante nel modificare l'induttanza dell'induttore.

Come funziona l'induttore

Cominciamo con l'affermare che "il flusso magnetico verrà prodotto su un conduttore percorso da corrente". Allo stesso modo, quando una corrente elettrica passa attraverso un induttore, crea un flusso magnetico attorno ad esso. In altre parole, l'energia applicata all'induttore viene immagazzinata sotto forma di flusso magnetico. Il flusso magnetico si svilupperà nella direzione opposta al flusso di corrente. L'induttore è quindi resistente agli sbalzi di corrente che lo attraversano. Questa capacità degli induttori è chiamata induttanza e ciascun induttore avrà una certa induttanza. Questo è dato dal simbolo L e in unità di Henry.

L'induttanza dell'induttore dipende dalla forma della bobina, dal numero di spire dell'avvolgimento del nucleo magnetico, dall'area del nucleo magnetico e dalla permeabilità del materiale del nucleo magnetico. L'induttanza dell'induttore è data dalla seguente formula

L = μN2A/L

L - Induttanza della bobina

μ - Permeabilità del materiale del nucleo

A - Superficie della bobina (m2)

N - Numero di spire in una bobina

l - Lunghezza media della bobina (m)

Induttori nei circuiti CA:

Come accennato in precedenza, gli induttori agiscono in modo diverso dalle sorgenti di segnale CA rispetto a quelle CC. Quando un segnale AC viene applicato ad un induttore, crea un campo magnetico che varia nel tempo perché la corrente che produce il campo magnetico stesso varia nel tempo. Secondo la legge di Faraday, questo fenomeno crea una tensione autoinduttiva sull'induttore. La tensione autoindotta è espressa da VL. Infatti, le tensioni generate ad entrambe le estremità dell'induttore agiscono in direzione opposta alle correnti che le resistono. La tensione su entrambe le estremità dell'induttore è data dalla seguente formula

VL =L di / dt

VL - Tensione autoindotta

di/dt - Variazione della corrente rispetto al tempo

Se una corrente di 1 A scorre attraverso un induttore Henry rispetto a 1 secondo, verrà generata sull'induttore

"v. Ora puoi vedere come la corrente che scorre attraverso l'induttore influenza la tensione generata su entrambe le estremità. La tensione risultante è l'opposto della corrente che scorre attraverso l'induttore.

VI caratteristiche degli induttori:

Facciamo riferimento alla curva caratteristica VI dell'induttore per comprendere meglio i concetti sopra esposti. Quando un ciclo positivo del segnale CA passa attraverso l'induttore, la corrente aumenta. Sappiamo che l'induttore odia i cambiamenti di corrente, quindi produce una tensione indotta contro la corrente che la provoca. Puoi osservarlo a 0 gradi nella figura sopra, dove la tensione indotta sarà massima quando la corrente inizia a salire. Una volta che la corrente raggiunge il suo massimo, la tensione indotta diventa negativa nel tentativo di impedire che la corrente diminuisca.

Questo ciclo si ripete e dalla figura sopra possiamo osservare che la tensione indotta generata nell'induttore agirà sulla corrente variabile che lo attraversa. In questo caso, si dice che la tensione e la corrente siano sfasate di 90 gradi. Pertanto, attraverso segnali di corrente alternata, l'induttore immagazzina e rilascia energia sotto forma di campo magnetico in un ciclo continuo.

Induttori in un circuito a corrente continua:

Ora comprendiamo come funzionano gli induttori con le sorgenti di segnale CA. Vediamo come reagisce se utilizzato con una sorgente di segnale DC. Ricordiamo che la formula per la tensione indotta su entrambe le estremità dell'induttore è data dalla seguente formula

VL =L di / dt

Quando si utilizza una sorgente di segnale CC, la variazione della corrente rispetto al tempo sarà pari a zero, con conseguente tensione indotta pari a zero su entrambe le estremità dell'induttore. In poche parole, in un circuito a corrente continua, l'induttore si comporta come un semplice filo ordinario e il suo filo genera una certa resistenza. Tuttavia, c'è di più quando si utilizza un induttore con una sorgente di segnale CC in un circuito reale. In un circuito reale, la corrente impiega pochissimo tempo per raggiungere il suo massimo partendo da zero. In questo momento ci sarà una tensione indotta su entrambe le estremità dell'induttore, che sarà un massimo negativo quando la corrente inizierà a spostarsi da zero al suo massimo. Una volta che la corrente raggiunge uno stato DC stabile, la tensione indotta scende bruscamente fino a zero e diventa obsoleta. Se utilizzato con una sorgente di segnale CC, l'induttore presenterà picchi di tensione indotti di breve durata.

Reattanza induttiva:

Un'altra cosa importante da sapere sugli induttori è la reattanza. Questa è la resistenza caratteristica di componenti come condensatori e induttori ai segnali elettrici CA. La reattanza mostrata dall'induttore è chiamata reattanza induttiva ed è data dalla formula

XL=2πFL

Dalla formula si può dedurre che la reattanza aumenta all'aumentare della frequenza del segnale AC, tenendo presente che l'induttore odia i cambiamenti di corrente, quindi presenta una maggiore reattanza ai segnali ad alta frequenza. Quando la frequenza è vicina allo zero o passa il segnale CC, la reattanza diventa zero, proprio come il conduttore attraverso il quale passa il segnale di ingresso.