インダクタの基本:知っておくべきことすべて

趣味の電子機器にはインダクタはまれです。ただし、交流 (AC) に関係することをしている場合は、それらについて学ぶことが不可欠です。それらは、AC を使用するアプリケーションで抵抗器と同じくらい人気があります。それらは電流の流れに変化を課します。その結果、信号をフィルタリングし、異なる AC 電圧間で変換するのに最適です。これが、可変電源でよく使用される理由です。これらは、インダクタについて学ぶべき理由のほんの一部です。それにもかかわらず、このガイドでは、インダクタの基礎のいくつかを探ります。

インダクタとは?

インダクタンス コイルのセット

インダクタは、一時的にエネルギーを蓄える電子部品です。したがって、磁場を使用してこれを実現します。一般に、ほとんどのインダクタは、磁性体または非磁性体の周りにワイヤ (多くの場合銅線) のコイルとして表示されます。フォーマーは、次の主要なタイプのコア材料を使用できます:

• 鉄のコア
• フェライトコア
• エアコア
• セラミック コア インダクタ

したがって、より大きな磁場を生成してより多くのエネルギーを蓄えることができるので、フェライトや鉄心インダクタが最も好ましいかもしれません。

インダクタの仕組み

インダクタ

お気づきかもしれませんが、インダクタが機能するために必ずしもフォーマが必要なわけではありません。ほとんどのエアインダクタは、中心なしで一緒に巻かれたしっかりと絶縁されたワイヤです。ファラデーの誘導の法則により、電流がコイルを通過すると磁場が発生します。

ワイヤーのクラスターをコイル状にすると、さらに大きな磁場が発生する可能性があります。このクラスターに電流が流れると、磁気エネルギーになります。しかし、電流が流れなくなると、電磁場が崩壊し、磁気エネルギーが電子エネルギーに変換されます。この段階では、古典的なワイヤーを模倣しています。

ただし、インダクタがすべての磁気および電気エネルギーを変換して放出するまでにはしばらく時間がかかります。これは、すべてのインダクタが機能する電磁気の基本概念です。

説明のために、インダクタを大きな水車と考えることができます。重い固定式水車があり、そこに水を流し始めると、水車を上げて回転させるのに時間とエネルギーがかかります。ただし、回転を始めて勢いがつくと、水を止めたときに回転が止まるまでに時間がかかります。インダクタは同じ原理で機能しますが、電荷を伴います。

この電気の流れに対する抵抗は、インダクタンスとして知られています。これは、磁束とそれを誘導する電流との比率を表します。多種多様な さまざまなタイプのインダクタ があります エレクトロニクス市場で。それらはすべて、独自の基本的なプロパティ、構造、および目的を持っています。

インダクタとコンデンサの違い

電源基板のコンデンサとインダクタ

インダクタとコンデンサは同様の機能を果たしますが、かなり異なる働きをします。どちらも回路からエネルギーを蓄え、それを放電する受動部品です。ただし、コンデンサは電界にエネルギーを蓄えます。対照的に、インダクタは磁場にエネルギーを蓄え、電気エネルギーとして放出します。したがって、これは電磁誘導として知られているプロセスです。

特に、これがインダクタの名前の由来です。それにもかかわらず、私たちは通常、電源などの高電圧電解アプリケーションでコンデンサを使用します.

また、低電圧アプリケーションや、大きな静電容量値が必要な汎用用途にも使用できます。一方、ラジオ TV などの AC アプリケーションではインダクタを使用します。

インダクタ シンボル

Henry として知られているインダクタンスの SI 単位を使用してインダクタンスを測定します。 (チ)。相互インダクタンスを発見した著名な科学者、ジョセフ・ヘンリーにちなんで名付けられました。それにもかかわらず、インダクタのさまざまな電子記号は次のようになります。

インダクタの電気/電子記号

インダクタンスの測定方法

インダクタンスの測定方法を調べる前に、インダクタンスに影響を与える要因を調べる必要があります。

インダクタンスに影響する要因

工業用チョーク インダクタのコレクション

インダクタの電磁インダクタンスは、次の 4 つの主な要因によって決定できます。

• コイルの巻き数 (N )
• コア素材と透磁率 (μ)
• コイルの断面積 (A)
• コイルの長さ (l )

インダクタンスは透磁率に正比例します。透磁率を高めると、インダクタンスが増加します。空芯インダクタについて考えてみましょう。空気の比透磁率は 1 (μ =1) です。これは、セラミックと同様に、空気には磁気特性が実質的にないため、コイルのインダクタンスがまったく増加しないためです。

より高いインダクタンスのインダクタが必要な場合は、磁性材料または強磁性材料を使用したコアの使用を検討する必要があります。ちなみに、磁心インダクタの透磁率は数百 (μ =100+) です。

そのため、同じサイズのインダクタに対して大幅に高いインダクタンスを提供します。これが、メーカーが空芯インダクタの製造を避ける傾向がある理由です。透磁率が最も高いコア材料を使用するのは良い考えだと思うかもしれませんが、コア材料のタイプが電力と熱効率に影響するからではありません。

フェライトと金属複合材料は、メーカーが一般的に導体に使用する 2 種類のコアです。素材にはそれぞれ長所と短所があります。たとえば、フェライト材料は、特定のパッケージ サイズに対して非常に高い透磁率と高いインダクタンス値を持つ傾向があります。

ただし、熱不安定性は、人々がこのコア材料を選択するのを思いとどまらせる要因になる可能性があります.飽和レベルを超える入力電流を動作させると、電子回路の過熱や故障につながる可能性があります。

金属複合コアは、よりソフトな飽和特性のため、より望ましい傾向があります。これは理想的なインダクタに近いかもしれません。それでも、インダクタを選択する際には、これらを考慮する必要があります。それらはインダクタの電磁特性を制御し、影響を与えます。

インダクタのコイルのマイクロヘンリーを計算する方法

コイルのインダクタンスを求めるには、ループの長さ (L) と直径 (d) を測定し、巻き数 (N) (またはループ内のリング) を数える必要があります。次に、巻き数 (N^2) と直径 (D^2) の両方を 2 乗する必要があります。次に、二乗した数値を互いに掛ける必要があります。別の計算で、直径に 18 (18D) を掛け、長さに 40 (40L) を掛けます。

最初の式を 2 番目の式で割ります。最終的な式は次のようになります:

μH =(N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)

上記の計算により、コイルのマイクロヘンリーが明らかになります。マイクロヘンリーをヘンリーに変換するには、上記の分析結果を 1,000,000 で割る必要があります。その理由:

• 1μH =0.000001H
• 1H =1000000μH

オンラインのコイル インダクタンス計算機を検索するか、既知の値のインダクタを購入して、自分で簡単に計算できるようにすることができます。

直列および並列のインダクタ

抵抗とコンデンサを直列と並列に配置するのと同じように、インダクタでも同じことをしたいと思うでしょう。一般的な経験則として、インダクタは抵抗器と同じ方法でストリングを追加し、並列にします。したがって、直列抵抗と並列抵抗の式はインダクタの場合と同様です。

直列のインダクタは、抵抗器と同じように加算されます。直列に 2 つのインダクタ (L1 と L2) があるとします。方程式は次のようになります:

合計 =L1 + L2

直列インダクタの回路図

これは、すべてのインダクタを流れる同じ電流であるため、理にかなっています。したがって、ドラフトに変更があった場合、すべてのインダクタの違いは同じです。インダクタを並列に接続すると、合計インダクタンスは各インダクタよりも小さくなります。

したがって、各インダクタは、電流が分割されるため、電気回路を流れる電流の総量よりも少なくなります。そのため、電流に対する磁束の比率が異なります。したがって、方程式は次のようになります:

合計 =1/(1/L1+1/L2)

インダクタが並列の場合の回路図

インダクタに蓄えられるエネルギー

このセクションでは、インダクタの電気エネルギー量を計算する方法について説明します。

15A (アンペア) の電流が 200mH のインダクタを流れる例を考えてみましょう。蓄えられるエネルギーは、インダクタンスの 1/2 に風の 2 乗を掛けたものです。

方程式のテンプレートは次のようになります:

U =1/2L * I^2

この例を使用すると、最初に行う必要があるステップは、mH (ミリヘンリー) を H (ヘンリー) に変換することです。これを行うには、mH インダクタンス値に 10^-3 を掛ける必要があります。したがって、計算と結果は次のようになります:

200mh * 10^-3 =0.2H

ヘンリーでインダクタンスを取得したら、磁場のエネルギーを計算できます。計算は次のようになります:

U =1/2(0.2) * 15^2

U =22.5 ジュール

これは、インダクタの磁場に蓄えられたエネルギーを計算するための標準的な式です。

インダクタ アプリケーション

回路のチョークとしてのインダクタ

上記のセクションでは、インダクタの用途のいくつかについて簡単に触れました。それにもかかわらず、これらのアプリケーションのいくつかを詳しく見てみましょう.インダクタは次の目的で使用します:

• 電流を減少させながら直流 (DC) 出力電圧を増加させるのに役立つブースト コンバーター
• 交流電源を遮断し、直流 (DC) のみが回路を通過できるようにする
• 異なる周波数の分離
• RF 回路、アナログ回路、同調回路
• モーター、変圧器、リレー、およびその他の幅広い電子機器とコンバーター

これらは最も一般的なインダクタ アプリケーションであり、無線アプリケーションではより高い周波数のインダクタを使用することもできます。

まとめ

標準のマルチメータではインダクタンスを測定できないことを覚えておくことが重要です。ただし、RLC メーターが組み込まれた特定のモデルを見つけることができます。ただし、最も正確な結果はわかりません。インダクタンスを正しく測定するには、RLC メーターを使用する必要があります。インダクタをユニットに接続すると、値を測定するための簡単なテストが実行されます。または、上記のガイドの情報の一部を使用して、インダクタンスを自分で計算する方法を理解することもできます。それでも、上記のテキストがお役に立てば幸いです。いつも読んでいただきありがとうございます。