ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก: โครงสร้าง สูตร การทำงาน และการใช้งาน

ตัวเหนี่ยวนำใช้สำหรับการแปลงพลังงานไฟฟ้าในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังเกือบทุกวงจร อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานแบบแอคทีฟ ใช้เพื่อจัดหาพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างโหมดการทำงานต่างๆ ภายในวงจร นอกจากนี้ยังสามารถทำงานเป็นตัวกรอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปคลื่นกระแสสลับ และยังให้การจำกัดกระแสชั่วคราวภายในสวิตช์สนูเบอร์ ตัวเหนี่ยวนำ แบ่งเป็นประเภทต่างๆ กัน ขึ้นอยู่กับวัสดุและวิธีการสร้างเฉพาะ ซึ่งตัวเหนี่ยวนำแต่ละประเภทมีประโยชน์บางประการ ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงตัวเหนี่ยวนำประเภทหนึ่งเช่น ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กคืออะไร?

ตัวเหนี่ยวนำค่าคงที่ซึ่งใช้แกนเหล็กภายในขดลวดเพื่อเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มีค่าต่ำมาก ตัวเหนี่ยวนำ มูลค่าและแกนเหล็กของตัวเหนี่ยวนำนี้มีลักษณะพิเศษเฉพาะทางแม่เหล็กซึ่งทำให้สนามแม่เหล็กแข็งแรงขึ้น เดอะ สัญลักษณ์ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก แสดงไว้ด้านล่าง

โครงสร้างตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก

ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กได้รับการออกแบบด้วยลวดทองแดงหุ้มฉนวนคล้ายขดลวดที่เป็นวัสดุนำไฟฟ้าโดยพันรอบแกนเหล็ก วัสดุตัวนำนี้ช่วยในการขยายสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำโดยทำให้ตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานแม่เหล็กได้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศที่มีจำนวนรอบเท่ากัน

ในการออกแบบทั่วไป แกนเหล็กจะพันรอบรูปทรงเรขาคณิตที่ล้อมรอบขดลวดที่สร้างเป็นเกลียว สายไฟมักประกอบด้วยวัสดุต่างๆ เช่น โลหะผสมนิกเกิล-เหล็ก แมกนีเซียม และแคดเมียม ลวดเหล่านี้ใช้ในขนาดตั้งแต่ 0.014 ถึง 0.56 มม. ขึ้นอยู่กับระดับปัจจุบันของแอปพลิเคชันและช่วงความถี่ที่ครอบคลุมโดยส่วนประกอบอุปนัย ปริมาณของการหมุนที่พันกันจะเป็นตัวกำหนดการเหนี่ยวนำไฟฟ้าภายในระบบตัวนำลวดที่เกิดขึ้นเมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวดส่วนประกอบ

การออกแบบแบบดั้งเดิมของตัวเหนี่ยวนำแกนแม่เหล็กใช้แกนเหล็กและวัสดุเฟอร์ไรต์ที่ห่อหุ้มด้วยวงจรแม่เหล็กเพื่อให้ได้ค่าความเหนี่ยวนำที่ต้องการ การออกแบบแกนเหล็กทั่วไปประกอบด้วยรูปทรงเรขาคณิตซึ่งมีพาร์ติชันทรงกระบอกขนานกันตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปซึ่งมีแนวโน้มมากที่สุดที่จะพันบนแมนเดรล จากนั้นจึงเคลือบด้วยอีพอกซีเรซินเพื่อสร้างสิ่งกีดขวางแม่เหล็กที่จำเป็นรอบๆ ด้านในของช่องว่างทรงกระบอก ขดลวดตามยาวนี้มักจะเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างวงปิดที่สอดคล้องกับความยาวของปี่วัสดุหลักของเรา

หลักการทำงาน

หลักการทำงานของตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจร ดังนั้นเมื่อกระแสสลับถูกส่งผ่านขดลวดแบบหมุนรอบเดียวที่เป็นเหล็ก สนามแม่เหล็กของไฟฟ้าในขดลวดจะพยายามดันให้ผ่านแกน ซึ่งส่งผลให้เกิดกระแสไหลวนที่ก่อตัวขึ้นภายในโลหะ กระแสเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กที่กระทำกับกระแสหลัก ส่งผลให้เกิดขั้วแม่เหล็กตรงกันข้าม และด้วยเหตุนี้จึงตัดแรงดันไฟฟ้าจากการรั่วไหลในสายไฟ ยิ่งมีการเลี้ยวในขดลวดมากเท่าใดและความต้านทานของขดลวดก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุนี้จึงป้อนพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากเข้าสู่ตัวนำที่เป็นแกนเหล็กได้โดยไม่เกิดความเสียหาย

นอกจากนี้ เมื่อมีการย้ายแกนภายในและภายนอกของขดลวด สามารถเปลี่ยนค่าความเหนี่ยวนำได้ เมื่อเทียบกับตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้เก็บพลังงานแม่เหล็กได้ดีกว่าเนื่องจากวัสดุเหล็กช่วยในการขยายสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก Vs แกนอากาศ

ความแตกต่างระหว่างตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กและแกนอากาศมีดังต่อไปนี้

สูตรตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก

ในตัวเหนี่ยวนำ ถ้าแท่งที่ใช้เป็นแม่เหล็ก เช่น เหล็กหรือเฟอร์ไรต์ จะทำให้ตัวเหนี่ยวนำมีค่าเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกัน หากแท่งที่ใช้ไม่เป็นแม่เหล็ก เช่น ทองแดงหรือวัสดุอื่นใด ก็จะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำลดลง สูตรการคำนวณค่าความเหนี่ยวนำคือ

L = µ0 µr N^2A/ลิตร

ที่ไหน

'N' จำนวนรอบ
ความยาว 'l'
‘µ0’ คือความสามารถในการซึมผ่านของพื้นที่ว่าง
'µr' คือการซึมผ่านสัมพัทธ์
‘µr’ สำหรับธาตุเหล็กมีค่ามากกว่า 1 (>1)
‘µr’ สำหรับทองแดงมีค่าน้อยกว่า 1 (<1)
'A' เป็นพื้นที่ของขดลวด

วิธีการเลือกตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก ?

ตัวเหนี่ยวนำมีคุณสมบัติและหน้าที่แตกต่างกันไปตามรูปร่าง วัสดุหลัก หรือการใช้งาน ดังนั้น เราควรทราบฟังก์ชันและคุณสมบัติเหล่านี้เพื่อเลือกตัวเหนี่ยวนำที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานเฉพาะ ดังนั้นจึงมีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการเลือกตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก เช่น ประสิทธิภาพของตัวเหนี่ยวนำ ความต้องการของวงจร การพิจารณา RF ขนาดและการป้องกันของตัวเหนี่ยวนำ เปอร์เซ็นต์ความทนทาน เป็นต้น ดังนั้นปัจจัยที่ส่งผลต่อ ควรคำนึงถึงค่าความเหนี่ยวนำ

ปัจจัยที่มีผลกระทบต่อ

ในตัวเหนี่ยวนำประเภทใด ๆ มีปัจจัยบางอย่างที่ส่งผลต่อความเหนี่ยวนำของขดลวดซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

จำนวนรอบภายในคอยล์

ถ้าจำนวนรอบในขดลวดมากขึ้น ค่าความเหนี่ยวนำก็จะสูงขึ้น

ความยาวของคอยล์

เมื่อขดลวดยาวขึ้น ค่าความเหนี่ยวนำจะเล็กลง

วัสดุหลัก

หากการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุแกนกลางมีค่ามากกว่า ความเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้น

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มีการสูญเสียน้อยกว่า
• ขนาดและโครงสร้างเรียบง่าย
• ตัวเหนี่ยวนำชนิดนี้มีค่า Q-factor สูง
• ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มีค่าความเหนี่ยวนำมาก

เดอะ ข้อเสียของการเหนี่ยวนำแกนเหล็ก rs ได้แก่

• ในตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้ การสูญเสียจะเพิ่มขึ้นที่ความถี่สูง
• ตัวเหนี่ยวนำนี้มีการแยกที่ซับซ้อน
• ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มีกระแสไหลวนมากกว่าและมีพิกัดกระแสฮาร์มอนิกด้วย

แอปพลิเคชั่น/การใช้งาน

การใช้งานของตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กมีดังต่อไปนี้

• ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้ใช้ในวงจรกรองเพื่อทำให้แรงดันกระเพื่อมคงที่
• มีประโยชน์อย่างมากในการใช้งาน AF และแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม
• สามารถใช้เป็น AF choke ภายในหลอดฟลูออเรสเซนต์
• ใช้ในระบบอินเวอร์เตอร์
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้ในการขนส่งด่วนและการปรับสภาพพลังงาน

นี่คือภาพรวมของแกนเหล็ก ตัวเหนี่ยวนำ - การทำงาน ด้วยแอพพลิเคชั่น โดยทั่วไป ตัวเหนี่ยวนำจำนวนมากประกอบด้วยแกนแม่เหล็กที่ทำจากเหล็กหรือเฟอร์ไรต์ที่จัดเรียงอยู่ในขดลวด ผลกระทบของแกนเหล็กในตัวเหนี่ยวนำคือการเพิ่มสนามแม่เหล็กและทำให้ตัวเหนี่ยวนำ ค่าความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้สูงมากเนื่องจากมีแกนเหล็ก ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถจัดการกับพลังงานสูงสุดได้แม้ว่าจะถูกจำกัดด้วยความจุความถี่สูงก็ตาม ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานความถี่ต่ำ เช่น อุปกรณ์เครื่องเสียง นี่คือคำถามสำหรับคุณ อะไรคือ an ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ ?