Grundlagen der Induktivität-Induktivitäten sind in der Hobbyelektronik selten. Sie sind jedoch unverzichtbar, wenn Sie etwas mit Wechselstrom (AC) zu tun haben. Sie sind in Anwendungen, die mit Wechselstrom arbeiten, genauso beliebt wie Widerstände. Sie erzwingen Änderungen im Stromfluss. Daher eignen sie sich hervorragend zum Filtern von Signalen und zur Umwandlung zwischen verschiedenen Wechselspannungen. Aus diesem Grund werden sie häufig in variablen Stromversorgungen eingesetzt. Dies sind nur einige der Gründe, warum Sie mehr über Induktivitäten erfahren sollten. In diesem Leitfaden werden jedoch einige der Grundlagen der Induktivität erläutert.
Was ist eine Induktivität?
Ein Satz von Induktionsspulen
Eine Induktivität ist ein elektronisches Bauteil, das vorübergehend Energie speichert. Zu diesem Zweck nutzt sie ein Magnetfeld. Im Allgemeinen bestehen die meisten Induktoren aus einer Drahtspule (häufig Kupferdraht), die um einen magnetischen oder nichtmagnetischen Spulenkörper gewickelt ist. Für Spulenkörper können die folgenden Haupttypen von Kernmaterial verwendet werden:
Eisenkern
Ferrit-Kern
Luftkern
Keramische Kerndrosseln
Folglich sind Ferrit- und Eisenkerndrosseln am besten geeignet, da sie größere Magnetfelder erzeugen und somit mehr Energie speichern können.
Wie funktioniert eine Induktivität?
Eine Induktionsspule
Wie Sie vielleicht schon bemerkt haben, benötigen Induktoren nicht unbedingt einen Spulenkörper, um zu funktionieren. Die meisten Luftinduktoren bestehen aus dicht isoliertem Draht, der ohne Zentrum zusammengerollt ist. Wenn ein elektrischer Strom durch eine Spule fließt, entsteht aufgrund des Faradayschen Induktionsgesetzes ein Magnetfeld.
Wenn wir ein Bündel von Drähten wickeln, kann dies ein noch größeres Magnetfeld erzeugen. Wenn Strom durch dieses Bündel fließt, wird er zu magnetischer Energie. Wenn der Strom jedoch aufhört zu fließen, bricht das elektromagnetische Feld zusammen, und die magnetische Energie wandelt sich in elektronische Energie um. In diesem Stadium ähnelt es einem klassischen Stück Draht.
Es dauert jedoch eine Weile, bis die Spule die gesamte magnetische und elektrische Energie umwandelt und freisetzt, und das ist das Grundkonzept des Elektromagnetismus, nach dem alle Spulen funktionieren.
Zur Veranschaulichung können wir uns Induktoren als große Wasserräder vorstellen. Wenn man ein schweres, stationäres Wasserrad hat und beginnt, Wasser hindurchfließen zu lassen, braucht man eine gewisse Zeit und Energie, um das Rad in Gang zu setzen und zu drehen. Sobald es sich jedoch zu drehen beginnt und einen beträchtlichen Schwung hat, dauert es eine Weile, bis es aufhört, sich zu drehen, wenn Sie die Wasserzufuhr unterbrechen. Induktoren funktionieren nach demselben Prinzip, allerdings mit einer elektrischen Ladung.
Dieser Widerstand gegen den elektrischen Fluss wird als Induktivität bezeichnet. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen dem magnetischen Fluss und dem elektrischen Strom, der ihn induziert. Auf dem Elektronikmarkt gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Arten von Induktoren. Sie alle haben ihre eigenen grundlegenden Eigenschaften, Konstruktionen und Zwecke.
Grundlagen der Induktivität-Unterschiede zwischen Induktivitäten und Kondensatoren
Kondensatoren und Induktivitäten auf der Stromversorgungsplatine
Obwohl Induktivitäten und Kondensatoren ähnliche Funktionen erfüllen, funktionieren sie recht unterschiedlich. Beide sind passive Bauteile, die Energie aus einem Stromkreis speichern und dann entladen. Ein Kondensator speichert jedoch Energie in einem elektrischen Feld. Im Gegensatz dazu speichern Induktoren Energie in einem Magnetfeld und geben sie als elektrische Energie ab. Dieser Vorgang wird auch als elektromagnetische Induktion bezeichnet.
Daher haben Induktoren auch ihren Namen. Dennoch verwenden wir Kondensatoren im Allgemeinen in Hochspannungs-Elektrolytanwendungen wie z. B. in Stromversorgungen.
Wir können sie auch für Anwendungen mit niedrigeren Spannungen und für allgemeine Zwecke verwenden, bei denen wir große Kapazitätswerte benötigen. Dagegen verwenden wir Induktoren in Wechselstromanwendungen wie Radio und Fernsehen.
Grundlagen der Induktivität-Inductor Symbol
Wir messen die Induktivität mit der SI-Einheit der Induktivität, die wir als Henry (H) kennen. Sie wurde nach Joseph Henry benannt, einem bekannten Wissenschaftler, der die gegenseitige Induktivität entdeckte. Die verschiedenen elektronischen Symbole für Induktivitäten sehen jedoch wie folgt aus:
Elektrische/Elektronische Symbole für Induktivitäten
Wie man Induktivität misst
Bevor wir uns mit der Messung der Induktivität befassen können, müssen wir untersuchen, welche Faktoren die Induktivität beeinflussen.
Grundlagen der Induktivität-Faktoren, die die Induktivität beeinflussen
Eine Sammlung von industriellen Drosselinduktoren
Die elektromagnetische Induktivität einer Drosselspule kann durch vier Hauptfaktoren bestimmt werden:
Anzahl der Windungen der Spule (N)
Kernmaterial und Permeabilität (μ)
Die Querschnittsfläche der Spule (A)
Länge der Spule (l)
Die Induktivität ist direkt proportional zur Permeabilität. Wenn wir die Permeabilität erhöhen, steigt die Induktivität. Betrachten wir eine Induktionsspule mit Luftkern. Luft hat eine relative Permeabilität von 1 (μ = 1). Das liegt daran, dass Luft, ähnlich wie Keramik, praktisch keine magnetischen Eigenschaften hat und daher die Induktivität der Spule in keiner Weise erhöht.
Wenn Sie eine Spule mit höherer Induktivität benötigen, sollten Sie einen Kern aus magnetischem oder ferromagnetischem Material verwenden. Magnetkerndrosseln haben übrigens eine Permeabilität, die im Hunderterbereich liegt (μ = 100+).
Daher bieten sie bei gleicher Größe eine wesentlich höhere Induktivität. Aus diesem Grund neigen die Hersteller dazu, den Bau von Luftspulen zu vermeiden. Man könnte meinen, dass es eine gute Idee ist, das Kernmaterial mit der höchsten Permeabilität zu verwenden, aber das stimmt nicht, da die Art des Kernmaterials die Leistung und den thermischen Wirkungsgrad beeinflusst.
Ferrit- und Metallverbundwerkstoffe sind zwei Arten von Kernen, die Hersteller üblicherweise in Leitern verwenden. Jede Art von Material hat Stärken und Schwächen. So hat Ferritmaterial in der Regel eine sehr hohe Permeabilität und einen hohen Induktivitätswert bei einer bestimmten Gehäusegröße.
Allerdings kann die thermische Instabilität ein Faktor sein, der von der Wahl dieses Kernmaterials abhält. Wenn die Stromzufuhr über den Sättigungswert hinausgeht, kann dies zu einer Überhitzung und zum Ausfall der elektronischen Schaltung führen.
Metallverbundkerne sind aufgrund ihrer weicheren Sättigungseigenschaften eher wünschenswert. Dies könnte Ihrem idealen Induktor näher kommen. Bei der Auswahl einer Drosselspule müssen Sie jedoch diese Faktoren berücksichtigen. Sie steuern und beeinflussen die elektromagnetischen Eigenschaften des Induktors.
Grundlagen der Induktivität-Berechnung der Mikrohenrie der Spule einer Induktivität
Um die Induktivität einer Spule zu bestimmen, müssen Sie die Länge (L) und den Durchmesser (d) der Schleife messen und die Anzahl (N) der Windungen (oder Ringe in der Schleife) zählen. Anschließend müssen Sie die Anzahl der Windungen (N^2) und den Durchmesser (D^2) quadrieren. Anschließend müssen Sie die quadrierten Zahlen miteinander multiplizieren. In einer separaten Berechnung multiplizieren Sie den Durchmesser mit 18 (18D) und addieren ihn zur Länge, die Sie mit 40 (40L) multiplizieren.
Teilen Sie die erste Gleichung durch die zweite Gleichung. Ihre endgültige Gleichung sieht wie folgt aus:
μH = (N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)
Aus den obigen Berechnungen ergeben sich die Mikrohenren einer Spule. Um Mikrohenrien in Henrien umzurechnen, müssen Sie das Ergebnis der obigen Analyse durch 1.000.000 dividieren. Der Grund dafür ist:
1μH = 0,000001H
1H = 1000000μH
Sie können online Spuleninduktivitätsrechner finden oder Induktoren mit einem bekannten Wert kaufen, um es sich einfacher zu machen.
Grundlagen der Induktivität-Induktivitäten in Reihe und parallel
Genauso wie Sie Widerstände und Kondensatoren in Reihe und parallel schalten, werden Sie höchstwahrscheinlich das Gleiche mit Induktivitäten tun wollen. Aufgrund der allgemeinen Erfahrung wird die induktive elektrische Spannung auf die gleiche Weise verkettet und mit dem Widerstand verbunden. Die Gleichungen für verkettete und simultane Widerstände ähneln daher den induktiven Gleichungen.
Synästhesie ist wie ein Widerstandswert. Nehmen wir an, Sie haben zwei verkettete Sinne (L1 und L2). Die Gleichung sieht wie folgt aus:
Summe = L1 + L2
Diagramm für verkettete Sensoren
Das ergibt Sinn, denn der Strom, der durch alle induktiven Sensoren fließt, ist gleich. Wenn sich der Entwurf ändert, sind alle induktiven Unterschiede gleich. Wenn wir die Synapsen miteinander verbinden, ist die gesamte elektrische Spannung kleiner als jede andere.
Aufgrund der Stromtrennung ist der Strom, den ein Sensor empfängt, kleiner als der gesamte Strom, der durch den Schaltkreis fließt. Daher unterscheidet sich das Verhältnis des Fluidflusses von dem des Stroms. Die Gleichung sieht dann folgendermaßen aus:
Summe = 1/(1/L1+1/L2)
elektrischen und simultanen Schaltplan
Grundlagen der Induktivität-Die Energie, die der Sensor speichert
In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie elektrische Energie in einem elektrischen Sensor berechnet wird.
Nehmen wir zum Beispiel einen 15-A-Strom, der durch eine 200 mA-Spannung fließt. Die gespeicherte Energie ist ein Drittel der induktiven Energie multipliziert mit dem Quadrat des Windes.
Die Vorlage für die Gleichung sieht wie folgt aus:
U = 1/2L* I^2
Bei unserem Beispiel müssen wir zunächst mH (millihenrys) in H (henrys) umwandeln. Dazu multiplizieren Sie den mH-Wert mit 10^-3. Die Berechnung und das Ergebnis sind daher wie folgt:
200 Meilen pro Stunde* 10^-3 = 0, 2 Stunden
Sobald wir die Induktion von Henry haben, können wir die Energie des magnetischen Feldes berechnen. Die Berechnung erfolgt wie folgt:
u = 1/ 2 (0, 2)* 15^ 2
u = 22, 5 Joule
Dies ist die Standardformel zur Berechnung der im elektromagnetischen Feld gespeicherten Energie.
Grundlagen der Induktivität-Induktionsanwendungen
Der Sensor ist ein Kurzschluss im Schaltkreis.
Im vorhergehenden Abschnitt haben wir einige der Einsatzmöglichkeiten von Elektromagnetismus kurz beschrieben. Werfen wir einen genaueren Blick auf einige dieser Anwendungen und erweitern sie. Wir verwenden elektrische Impulse für:
Spannungstransformator zur Erhöhung der Gleichstrom-Ausgangsspannung bei gleichzeitiger Verringerung des Stroms
Einschalten des Wechselstroms, nur Gleichstrom (Gleichstrom) über den Schaltkreis zulassen
Unterschiedliche Frequenzen
Radioschaltkreise, analoge Schaltkreise und Abstimmungsschaltkreise
Motor, Transformatoren, Relais und verschiedene andere elektronische Geräte und Transformatoren
Dies sind die gängigsten induktiven Anwendungen, und wir können auch höherwertige Telemetrie-Anwendungen verwenden.
Fazit
Es ist wichtig zu beachten, dass man die Empfindungen nicht mit einer Standard-Messuhr messen kann. Sie finden jedoch bestimmte Modelle mit integrierten RLC-Messgeräten. Aber es wird Ihnen nicht das genaueste Ergebnis verraten. Um die elektrische Spannung richtig zu messen, benötigen Sie einen RLC-Zähler. Sie können einen Sensor an diese Einheit anschließen, der einen Schnelltest ausführt, um den Wert zu messen. Alternativ können Sie anhand einiger dieser Hinweise herausfinden, wie Sie die elektrische Spannung selbst berechnen können. Wir hoffen, dass Sie diese Texte bereits gefunden haben. Vielen Dank für Ihr Verständnis.
