Je nach Größe und Nennleistung sind verschiedene Arten von Induktoren erhältlich. Ihre physikalischen Größen variieren von winzigen Größen bis zum riesigen Transformator, abhängig von der gehandhabten Leistung und der Frequenz des verwendeten Wechselstroms. Als einer der Grundkomponenten der Elektronik Induktivitäten werden häufig in viel breiteren Anwendungsbereichen wie Signalsteuerung, Rauschunterdrückung, Spannungsstabilisierung, Leistungselektronik Ausrüstungen, Automobilbetrieb usw. Die Verbesserung der Induktorentwurfstechniken verbessert heute die Leistung auf dem Rest der Schaltung erheblich.
Arten von Induktoren
Verschiedene Arten von Induktoren
Eine vielfältige elektronische Komponente, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird, erfordert verschiedene Arten von Induktivitäten. Diese haben unterschiedliche Formen und Größen, einschließlich der drahtgewickelten und mehrschichtigen Induktivitäten. Verschiedene Arten von Induktivitäten umfassen Hochfrequenzinduktivitäten, Stromversorgungsleitungsinduktivitäten oder Leistungsinduktivitäten und Induktivitäten für allgemeine Schaltungen. Die Differenzierung der Induktivitäten basiert auf der Art der Wicklung sowie dem verwendeten Kern.
Luftkerninduktoren
Luftkerninduktor
Bei dieser Art von Induktor fehlt der Kern vollständig. Diese Induktivitäten bieten einen hohen Reluktanzpfad für den Magnetfluss, daher eine geringere Induktivität. Die Luftkerninduktoren haben größere Spulen, um höhere Flussdichten zu erzeugen. Diese werden in Hochfrequenzanwendungen einschließlich TV- und Radioempfängern verwendet.
Ferro-Magnet- oder Eisenkerninduktoren
Eisenkerninduktor
Aufgrund ihrer höheren magnetischen Permeabilität weisen diese eine hohe Induktivität auf. Dies sind Hochleistungsinduktoren, die jedoch aufgrund der Hysterese und der Wirbelstromverluste in ihrer höheren Frequenzkapazität begrenzt sind.
Transformatorentwürfe sind die Beispiele dieses Typs.
Ferritkerninduktoren
Ferritkerninduktoren
Dies sind die verschiedenen Arten von Induktoren, die die Vorteile geringerer Kosten und geringer Kernverluste bei hohen Frequenzen bieten. Ferrit ist eine Metalloxidkeramik, die auf einer Mischung von Eisenoxid Fe2O3 basiert. Für die Kernkonstruktion werden weiche Ferrite verwendet, um die Hystereseverluste zu reduzieren.
Ringkerninduktoren
Ringkerninduktoren
Bei diesen Induktivitäten ist eine Spule auf einen Ringkern-Ringformer gewickelt. Die Flussleckage ist bei diesem Induktortyp sehr gering. Für die Konstruktion dieses Induktortyps sind jedoch spezielle Wickelmaschinen erforderlich. Manchmal wird auch ein Ferritkern verwendet, um die Verluste bei dieser Konstruktion zu verringern.
Spulenbasierte Induktoren
Spulenbasierte Induktoren
Bei diesem Typ ist die Spule an der Spule gewickelt. Die Ausführungen von Spuleninduktoren variieren stark in Bezug auf Nennleistung, Spannungs- und Strompegel, Betriebsfrequenz usw. Diese werden hauptsächlich in Schaltnetzteilen und Stromumwandlungsanwendungen verwendet.
Mehrschichtinduktoren
Mehrschichtinduktoren
Ein Mehrschichtinduktor enthält zwei leitende Spulenmuster, die in zwei Schichten im oberen Teil eines Mehrschichtkörpers angeordnet sind. Die Spulen sind in aufeinanderfolgender Weise elektrisch in Reihe mit zwei leitenden Spulenmustern verbunden, die im unteren Teil des mehrschichtigen Körpers angeordnet sind. Diese werden hauptsächlich in Mobilkommunikationssystemen und Geräuschunterdrückungsanwendungen verwendet.
Dünnschichtinduktoren
Dünnschichtinduktoren
Diese unterscheiden sich grundlegend von den herkömmlichen Induktoren vom Chip-Typ, die mit Kupferdraht gewickelt sind. Bei diesem Typ werden winzige Induktoren unter Verwendung einer Dünnschichtverarbeitung gebildet, um den Chipinduktor für zu erzeugen Hochfrequenz Anwendungen, die von etwa Nano Henry reicht.
Wie funktioniert der Induktor?
Ein Induktor wird oft als Wechselstromwiderstand bezeichnet. Es widersteht den Stromänderungen und speichert Energie in Form des Magnetfeldes. Diese sind einfach aufgebaut und bestehen aus den auf einen Kern gewickelten Spulen aus Kupferdraht. Dieser Kern kann magnetisch oder luftig sein. Verschiedene Arten von Induktoren können in fortgeschrittenen Anwendungen wie verwendet werden drahtlose Energieübertragung .
Arbeitsweise des Induktors
Magnetkerne können Ring- oder E-Kerne sein. Für diesen Kern werden Materialien wie Keramik, Ferrit und Eisen verwendet. Die Spule, die den elektrischen Strom führt, erzeugt das Magnetfeld um den Leiter. Wenn der Kern innerhalb der Spule angeordnet ist, werden mehr magnetische Linien erzeugt, vorausgesetzt, es wird eine hohe Permeabilität des Kerns verwendet.
Das Magnetfeld induziert EMF in der Spule, was zu einem Stromfluss führt. Nach dem Lenzschen Gesetz widerspricht der induzierte Strom der Ursache, nämlich der angelegten Spannung. Daher wirkt der Induktor der Änderung des Eingangsstroms entgegen, die zu einer Änderung des Magnetfelds führt. Diese Verringerung des Stromflusses aufgrund der Induktion wird als induktive Reaktanz bezeichnet. Die induktive Reaktanz erhöht sich, wenn die Anzahl der Windungen in der Spule erhöht wird. Es speichert auch die Energie als Magnetfeld durch Lade- und Entladevorgänge und gibt die Energie beim Schalten des Stromkreises frei. Anwendungsbereiche von Induktoren umfassen analoge Schaltungen, Signalverarbeitung usw.
Faktoren, die die Induktivität eines Induktors beeinflussen
Die Fähigkeit zur Erzeugung magnetischer Linien wird als Induktivität bezeichnet. Standardeinheit der Induktivität ist Henry. Die Menge des entwickelten Magnetflusses oder die Induktivität verschiedener Arten von Induktoren hängt von vier unten diskutierten Grundfaktoren ab.
- Anzahl der Windungen in einer Spule
Wenn die Anzahl der Windungen größer ist, wird eine größere Menge an Magnetfeld erzeugt, was zu einer höheren Induktivität führt. Weniger Windungen führen zu einer geringeren Induktivität.
- Material des Kerns
Wenn das für den Kern verwendete Material eine hohe Permeabilität aufweist, ist die Induktivität eines Induktors höher. Dies liegt daran, dass Materialien mit hoher Permeabilität den Pfad mit geringer Reluktanz zum Magnetfluss bieten.
- Querschnittsfläche der Spule
Eine größere Querschnittsfläche führt zu einer größeren Induktivität, da dies dem Magnetfluss in Bezug auf die Fläche weniger Widerstand entgegensetzt.
- Länge der Spule
Je länger die Spule ist, desto geringer ist die Induktivität. Dies liegt daran, dass für eine gegebene Größe des Feldes die Kraft entgegengesetzt zum Magnetfluss größer ist.
Ein fester Induktor ermöglicht es dem Benutzer nicht, die Induktivität zu variieren, sobald sie entworfen wurde. Es ist jedoch möglich, die Induktivität unter Verwendung variabler Induktivitäten zu variieren, indem die Anzahl der Windungen zu einem bestimmten Zeitpunkt variiert wird oder indem das Kernmaterial in und aus der Spule variiert wird.
Leistungsverlust in einem Induktor
Die im Induktor verbrauchte Leistung ist hauptsächlich auf die beiden Quellen zurückzuführen: den Induktorkern und die Wicklungen.
Verschiedene Induktorkerne
Induktorkern: Der Energieverlust im Induktorkern ist auf die Hysterese und die Wirbelstromverluste zurückzuführen. Das an das Magnetmaterial angelegte Magnetfeld wird erhöht, erreicht den Sättigungsgrad und nimmt dann ab. Beim Verringern wird jedoch nicht der ursprüngliche Pfad verfolgt. Dies verursacht die Hystereseverluste. Ein kleinerer Wert des Hysteresekoeffizienten der Kernmaterialien führt zu geringen Hystereseverlusten.
Die andere Art des Kernverlusts ist der Wirbelstromverlust. Diese Wirbelströme werden im Kernmaterial aufgrund der Geschwindigkeitsänderung des Magnetfelds nach dem Lenzschen Gesetz induziert. Wirbelstromverluste sind viel geringer als der Hystereseverlust. Diese Verluste werden durch Verwendung der Materialien mit niedrigem Hysteresekoeffizienten und des laminierten Kerns minimiert.
Induktorwicklungen
Induktorwicklungen: Bei Induktivitäten treten Verluste nicht nur im Kern, sondern auch in den Wicklungen auf. Wicklungen haben ihren eigenen Widerstand. Wenn der Strom durch diese Wicklungen fließt, treten Wärmeverluste (I ^ 2 * R) in den Wicklungen auf. Mit zunehmender Frequenz steigt jedoch der Wicklungswiderstand aufgrund des Hauteffekts. Durch den Hauteffekt konzentriert sich der Strom auf die Oberfläche des Leiters als auf die Zentren. Die effektive Fläche der stromführenden Fläche nimmt also ab.
Auch in den Wicklungen induzierte Wirbelströme bewirken, dass der Strom in den benachbarten Leitern induziert wird, was als Näherungseffekt bezeichnet wird.
Aufgrund der überlappenden Leiter in den Spulen führt der Proximity-Effekt dazu, dass der Widerstand des Leiters höher ist als im Fall des Hauteffekts. Wicklungsverluste werden durch fortschrittliche Wicklungstechnologien wie Formfolien- und Litzendrahtwicklungen reduziert.
Ich hoffe, mein Artikel war informativ und faszinierend. Hier ist eine grundlegende Frage für Sie: Welche Rolle spielen Induktivitäten in Stromkreisen?
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