La struttura di base di un induttore è quella di avvolgere i fili a forma di bobina, che può convertire l'energia elettrica in energia magnetica e immagazzinarla all'interno dell'induttore. L'energia magnetica accumulata è determinata dal valore di induttanza dell'induttore e l'unità del valore di induttanza è Henry (H).
2. La struttura base dell'induttanza
L'induttore più semplice è un induttore che avvolge i fili a forma di bobina, con terminali esterni su entrambe le estremità del filo. Negli ultimi anni, gran parte degli induttori sono stati realizzati avvolgendo fili attorno a nuclei magnetici.
Il valore di induttanza di un induttore può essere calcolato utilizzando la seguente formula:
3. Simbolo dell'induttanza
tipo |
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Induttore (senza nucleo magnetico) |
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Induttore (nucleo di ferro)
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4.1 Tensione CC
Come mostrato nello schema elettrico, quando l'interruttore è chiuso e viene applicata una tensione CC all'induttore, la corrente fluirà verso l'induttore. Quando la corrente scorre verso l'induttore (avvolgimento), anche il raggio magnetico generato cambierà e sull'induttore verrà generata una forza elettromotrice (forza elettromotrice indotta). Fondamentalmente, un induttore è un avvolgimento separato, quindi è chiamato "autoinduttanza". Questa forza elettromotrice viene generata nella direzione opposta alla corrente, ostacolando l'aumento della corrente. Al contrario, una volta scollegato l'interruttore e la corrente inizia a diminuire, l'induttore impedirà alla corrente di diminuire.
La corrente (IL) rappresenta la seguente situazione: quando l'interruttore è chiuso, la corrente uscirà, ma a causa dell'ostruzione dell'aumento della corrente della forza elettromotrice, la corrente aumenterà ad una certa costante di tempo. Dopo l'aumento, dipenderà dalla componente di resistenza e ci sarà una corrente costante che lo attraversa. Una volta aperto l'interruttore, la corrente diminuirà, ma diventerà zero ad una certa costante di tempo allo stesso modo.
La tensione (VL) rappresenta la forza elettromotrice dell'induttore quando l'interruttore è chiuso e quando è aperto. Come mostrato nella formula, la velocità di variazione tra la forza elettromotrice generata sull'induttore e la corrente ( Δ I/ Δ t) Direttamente proporzionale.
Come mostrato nella forma d'onda della corrente poco fa, quando l'interruttore è chiuso, la corrente aumenterà lentamente, quindi la forza elettromotrice aumenterà solo fino alla tensione di alimentazione. Quando l'interruttore è spento, la corrente viene immediatamente interrotta, con conseguente forte diminuzione della corrente e un aumento del tasso di variazione per unità di tempo rispetto a quando l'interruttore è acceso, con conseguente maggiore forza elettromotrice.
Inoltre, quando l'interruttore è scollegato, la corrente non diventa immediatamente zero perché attraverso i terminali dell'interruttore scorre una corrente di scarica dovuta all'alta tensione generata dall'induttanza.
Il motivo per cui può essere generata una forza elettromotrice così elevata è perché, come menzionato all'inizio del "cosiddetto induttore", l'induttore è in grado di convertire l'energia elettrica in energia magnetica e immagazzinarla all'interno dell'induttore. L'energia accumulata può essere rappresentata dalla seguente equazione, che è direttamente proporzionale all'entità del valore dell'induttanza.
Tensione CA
La descrizione precedente descrive che l'entità della forza elettromotrice generata sull'induttore è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente che fluisce verso l'induttore, che è la stessa anche nelle forme d'onda CA.
(1) Innanzitutto, quando la corrente aumenta da zero, la velocità di variazione della corrente viene massimizzata, con conseguente aumento della tensione. Tuttavia, la tensione rallenta all'aumentare della corrente e nel momento in cui la corrente raggiunge il suo massimo (il tasso di variazione della corrente è zero), la tensione diventa zero.
(2) Quando la corrente inizia a diminuire rispetto al suo valore massimo, viene generata una tensione negativa e quando la corrente raggiunge lo zero (la velocità di variazione della corrente è massima), la tensione è minima.
Per le aree di (3) e (4) vale la stessa situazione.
Quando si osservano le forme d'onda di corrente e tensione, se la forma d'onda della corrente è un'onda sinusoidale, anche la forma d'onda della tensione è un'onda sinusoidale. Inoltre si può chiarire che la forma d'onda della corrente devia di 1/4 di ciclo rispetto alla forma d'onda della tensione (lo sfasamento della corrente è di 90°).
In risposta al grande cambiamento di corrente, ci sarà una tensione maggiore e si può anche capire che maggiore è la velocità di cambiamento della corrente, maggiore sarà l'aumento della tensione alle alte frequenze.
Tuttavia, la tensione effettiva dell'induttore è uguale alla tensione dell'alimentatore CA. Pertanto, se consideriamo la tensione come riferimento, si può dire che la corrente che la attraversa diminuisce all'aumentare della frequenza a tensione costante.
Ciò significa che maggiore è la frequenza durante la comunicazione, meno facilmente scorre la corrente e l'induttore si comporta come un resistore.
La chiamiamo induttanza di una bobina (Ω). L'impedenza e la corrente che scorre possono essere rappresentate dalla seguente equazione.
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