인덕터
Inductor유형 | 수동적 |
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작업원리 | 전자 유도 |
제1차 생산 | 마이클 패러데이 (1831) |
전자 기호 | |
인덕터는 코일, 초크 또는 원자로라고도 하며, 전류가 흐를 때 자기장에 에너지를 저장하는 수동형 2단자 전기 부품이다.[1]인덕터는 일반적으로 코일에 감긴 절연 와이어로 구성된다.
코일을 통해 흐르는 전류가 변화하면, 시간변동 자기장은 패러데이의 유도 법칙에 의해 기술된 도체 내 기전력(예.f.)(전압)을 유도한다.렌즈의 법칙에 따르면 유도 전압은 극성(방향)을 가지며, 이를 만든 전류의 변화에 반대한다.결과적으로, 인덕터는 그들을 통한 어떤 전류 변화도 반대한다.
인덕터는 전압 대 전류 변화 비율인 인덕턴스가 특징이다.국제단위체계(SI)에서 인덕턴스의 단위는 19세기 미국 과학자 조셉 헨리를 위해 명명된 헨리(H)이다.자기 회로 측정에 있어 베버/암페어(weber/ampeer)에 해당한다.인덕터는 일반적으로 1µH(10H−6) ~ 20H 범위의 값을 가지고 있다. 많은 인덕터는 코일 내부에 철이나 페라이트(페라이트)로 만들어진 자기 코어를 가지고 있으며, 이는 자기장과 인덕턴스를 증가시키는 역할을 한다.콘덴서, 저항기와 함께 인덕터는 전자 회로를 구성하는 3개의 수동 선형 회로 요소 중 하나이다.인덕터는 교류(AC) 전자 장비, 특히 무선 장비에 널리 사용된다.DC 통과를 허용하면서 AC를 차단하기 위해 사용된다. 이를 위해 설계된 인덕터를 Chokes라고 한다.그것들은 또한 전자 필터에 사용되어 다른 주파수의 신호를 분리하고, 튜닝된 회로를 만들기 위해 커패시터와 결합하여 라디오와 TV 수신기를 튜닝하는 데 사용된다.
설명
도체를 통해 흐르는 전류가 도체를 둘러싸고 있는 자기장을 생성한다. 전류 에 의해 생성된 자속 링크 B 은 회로의 기하학적 모양에 따라 달라진다.이들의 비율은 L 을[2][3][4][5]를) 정의하므로
회로 인덕턴스는 전류 경로의 기하학적 구조와 인근 물질의 자기 투과도에 따라 달라진다.인덕터는 회로에 자속을 증가시키기 위해 형성된 전선이나 다른 도체로 구성되는 구성 요소로, 보통 코일이나 나선 모양으로, 두 개의 단자를 가지고 있다.와이어를 코일로 감으면 자속선이 회로를 연결하는 횟수가 증가하여 자기장이 증가하고 따라서 인덕턴스가 증가한다.회전이 많을수록 인덕턴스가 높아진다.인덕턴스는 또한 코일의 모양, 턴의 분리, 그리고 다른 많은 요인에 따라 달라진다.코일 내부에 철과 같은 강자성 물질로 만든 '자기 코어'를 추가하면 코일의 자화장이 물질에 자성을 유도해 자속을 증가시킨다.강자성 코어의 높은 투과성은 코일이 없는 것보다 코일의 인덕턴스를 수천 배 증가시킬 수 있다.
구성 방정식
인덕터를 통한 전류의 변화는 변화하는 플럭스를 생성하여 인덕터를 가로지르는 전압을 유도한다.패러데이의 유도 법칙에 의해 회로를 통한 자속 변화로 인해 유도되는 전압 가 주어진다[5].
상기 L의 정의를 새롭게 정립하여, 당사는[5] L의 정의를 얻는다.
그 뒤를 따르다.
시간, 전류 및 자속 연결에 관계 없는 L에 대해.
따라서 인덕턴스는 또한 주어진 전류 변화 속도에 대해 생성되는 기전력의 양(전압)에 대한 척도가 된다.예를 들어 인덕턴스가 1 헨리인 인덕터는 인덕터를 통과하는 전류가 초당 1암페어 속도로 변화할 때 1볼트의 EMF를 생성한다.이것은 보통 인덕터의 구성 관계(정의 방정식)로 간주된다.
인덕터의 이중은 자기장이 아닌 전기장에 에너지를 저장하는 콘덴서다.그것의 전류 전압 관계는 인덕터 방정식의 전류와 전압을 교환하고 L을 캐패시턴스 C로 대체함으로써 얻어진다.
단시간 제한 및 장기 제한에서의 회로 동등성
회로에서 인덕터는 즉시 다른 시간에 다르게 행동할 수 있다.그러나, 일반적으로 단기 제한과 장기 제한에 대해 생각하는 것은 쉽다.
- 장기 제한에서 인덕터를 통과하는 자속이 안정화된 후에는 인덕터의 양면 사이에 전압이 유도되지 않는다.따라서 인덕터의 장시간 등가성은 와이어(즉, 단락 또는 0V 배터리)이다.
- 단시간 제한에서 인덕터가 특정 전류 I로 시작되면 인덕터를 통한 전류가 이 순간 알 수 있으므로, 우리는 인덕터를 통한 전류를 이상적인 전류 소스 I로 대체할 수 있다.구체적으로 I=0(초기 순간에 인덕터를 통과하는 전류가 없는 경우), 인덕터의 단시간 등가성은 개방 회로(즉, 0A 전류 소스)이다.
렌즈의 법칙
유도 전압의 극성(방향)은 렌즈의 법칙에 의해 주어지는데, 유도 전압은 전류의 변화에 반대하는 것과 같은 것이 될 것이라고 명시하고 있다.[6]예를 들어 인덕터를 통한 전류가 증가하는 경우 유도 전압은 전류 입구 지점에서는 양이고 출구 지점에서는 음이 되어 추가 전류를 반대한다.[7][8][9]이 잠재적 "힐"을 극복하기 위해 필요한 외부 회로의 에너지가 인덕터의 자기장에 저장되고 있다.전류가 감소하는 경우 유도 전압은 전류 입구 지점에서는 음이 되고 출구 지점에서는 음이 되어 전류 유지에 힘쓴다.이 경우 자기장의 에너지가 회로로 반환되고 있다.
인덕터에 저장된 에너지
인덕터의 전류 변화에서 전위차가 유도되는 이유에 대한 한 가지 직관적인 설명은 다음과 같다.
인덕터를 통한 전류의 변화가 있을 때 자기장의 강도에 변화가 생긴다.예를 들어 전류가 증가하면 자기장이 늘어난다.그러나 이것은 대가 없이 오는 것이 아니다.자기장은 잠재적 에너지를 포함하고 있으며, 자기장 강도를 증가시키려면 더 많은 에너지를 자기장에 저장해야 한다.이 에너지는 인덕터를 통과하는 전류에서 나온다.전장의 자기 전위 에너지의 증가는 권선을 통해 흐르는 전하의 전위 에너지 감소에 의해 제공된다.이것은 전류가 증가하는 한 권선에 걸쳐 전압 강하로 나타난다.전류가 더 이상 증가하지 않고 일정하게 유지되면 자기장의 에너지가 일정하게 유지되고 추가 에너지가 공급되지 않아도 되기 때문에 권선을 가로지르는 전압 강하가 사라진다.
마찬가지로 인덕터를 통한 전류가 감소하면 자기장 강도가 감소하고 자기장 내 에너지가 감소한다.이 에너지는 이동 전하의 전위 에너지 증가의 형태로 회로에 반환되어 권선을 가로질러 전압 상승을 일으킨다.
파생
인덕터를 통과하는 요금에 대해 단위 요금당 수행되는 작업은- - 입니다부정적인 표시는 작업이 emf에 대해 수행되고 emf에 의해 수행되지 않음을 나타낸다.현재 은(는) 인덕터를 통과하는 단위 시간당 충전량이다.따라서 emf에 대한 요금에 의해 수행된 W 의 비율, 즉 전류의 에너지 변화율은 다음과 같다.
인덕터의 구성 방정식에서- = L 그렇게
강자성 코어 인덕터에서 자기장이 코어가 포화상태에 도달하면 인덕턴스가 변화하기 시작하며, L( I){\ LI)}의 기능이 된다 손실, 현재 을 가진 인덕터가 저장하는 에너지 W W을 무시한다. 이를 통과하는 것은 인덕터를 통해 전류를 설정하는 데 필요한 작업량과 동일하다.
이 값은 과 같다: W = 0 d( I) I , where is the so-called "differential inductance" and is defined as: 포화 이하의 공기 코어 인덕터 또는 강자성 코어 인덕터에서는 인덕턴스가 일정(그리고 차동 인덕턴스와 동일)하므로 저장된 에너지는
자기 코어가 있는 인덕터의 경우, 위의 방정식은 인덕터의 포화 수준 이하의 전류에서 인덕턴스가 근사적으로 일정한 자속의 선형 영역에만 유효하다.그렇지 않은 경우 L L_ 변수와 함께 통합형 형식을 사용해야 한다.
이상적인 실제 인덕터
구성 방정식은 인덕턴스 및 저항, 캐패시턴스 또는 에너지 소산이 없는 이상적인 인덕터의 동작을 설명한다.실제로 인덕터는 이 이론적 모델을 따르지 않는다. 실제 인덕터는 와이어의 저항과 노심 에너지 손실로 인한 측정 가능한 저항과 와이어 회전 사이의 전위로 인한 기생 캐패시턴스를 갖는다.[10][11]
실제 인덕터의 용량성 리액턴스는 주파수와 함께 상승하며, 특정 주파수에서 인덕터는 공명 회로로 동작한다.이 자가 회복 주파수 위에 용량성 리액턴스는 인덕터의 임피던스에서 지배적인 부분이다.고주파에서는 피부 효과와 근접 효과로 와인딩의 저항성 손실이 증가한다.
강자성 코어가 있는 인덕터는 코어의 이력(hysteresis)과 와류(dydle current)로 인해 추가적인 에너지 손실이 발생하는데, 이는 주파수에 따라 증가한다.높은 전류에서 자기 코어 인덕터 역시 노심의 자기 포화에 의한 비선형성에 의한 이상적 동작으로부터 갑작스런 이탈을 보인다.
인덕터는 전자기 에너지를 주변 공간으로 방출하고 다른 회로의 전자기 방출물을 흡수하여 잠재적인 전자기 간섭을 유발할 수 있다.
포화성 원자로라 불리는 초기 고체 상태의 전기 스위칭 및 증폭 장치는 노심을 통한 유도 전류의 전달을 정지시키는 수단으로 노심의 포화를 이용한다.
Q 인자
권선 저항은 인덕터와 직렬로 나타나는 저항으로, DCR(DCR 저항)이라고 한다.이 저항은 반응하는 에너지의 일부를 소멸시킨다.인덕터의 품질 계수(또는 Q)는 주어진 주파수에서 그것의 저항성에 대한 유도 리액턴스의 비율이며, 그 효율성의 척도다.인덕터의 Q 계수가 높을수록 이상적인 인덕터의 거동에 근접한다.높은 Q 인덕터는 무선 송신기와 수신기에 공명 회로를 만들기 위해 캐패시터와 함께 사용된다.Q가 높을수록 공명 회로의 대역폭이 좁아진다.
인덕터의 Q 계수는 다음과 같이 정의된다. 여기서 L은 인덕턴스, R은 DCR, 제품 ΩL은 유도 리액턴스:
Q는 L과 R이 일정하면 주파수에 따라 선형적으로 증가한다.낮은 주파수에서는 일정하지만 파라미터는 주파수에 따라 다르다.예를 들어, 피부 효과, 근접 효과 및 코어 손실은 주파수에 따라 R을 증가시킨다. 권선 캐패시턴스 및 주파수에 따른 투과성 변화는 L에 영향을 미친다.
저주파수에서 그리고 한계 내에서, N의 턴 수를 증가시키면 Q가 개선된다. L은 N과2 선형적으로 변화하고 R은 R과2 선형적으로 변화하기 때문에 L은 인덕터의 반지름 r이 증가하거나 증가하기 때문이다. 이와 유사하게 인덕터의 반경 r은 개선된다(또는 증가). 왜냐하면 L은 R과 선형적으로 변화하기 때문이다.그래서 높은 Q 공기 코어 인덕터는 종종 직경이 크고 회전수가 많다.두 예 모두 와이어의 직경이 동일하다고 가정하므로 두 예제는 비례적으로 더 많은 와이어를 사용한다.와이어의 총 중량이 일정하게 유지되면 와이어가 비례적으로 얇아야 하기 때문에 턴 횟수나 턴 반경을 증가시키는 이점이 없을 것이다.
투과성이 높은 강자성 코어를 사용하면 동일한 양의 구리에 대한 인덕턴스를 크게 증가시킬 수 있으므로, 코어도 Q를 증가시킬 수 있다.그러나 코어는 주파수에 따라 증가하는 손실도 유입한다.핵심 소재는 주파수 대역의 최적 결과를 위해 선택된다.높은 Q 인덕터는 포화를 피해야 한다. 한 가지 방법은 (물리적으로 더 큰) 에어 코어 인덕터를 사용하는 것이다.VHF 이상의 주파수에서는 공기 코어를 사용할 가능성이 높다.잘 설계된 에어 코어 인덕터는 Q가 수백일 수 있다.
적용들
인덕터는 아날로그 회로와 신호 처리에 광범위하게 사용된다.필터 캐패시터와 함께 주 주파수의 배수인 리플(또는 스위치 모드 전원 공급기의 전환 주파수)을 직류 출력에서 제거하는 전원 공급기에서 대형 인덕터의 사용부터 케이블 주위에 설치된 페라이트 비드 또는 토러스에서 pr에 이르는 작은 인덕턴스까지 응용 범위가 다양하다.와이어로 전송되는 이벤트 무선 주파수 간섭인덕터는 DC 전류를 생산하기 위해 많은 스위치 모드 전원 공급기에서 에너지 저장 장치로 사용된다.인덕터는 "끄기" 전환 기간 동안 전류를 흐르게 하기 위해 회로에 에너지를 공급하고 출력 전압이 입력 전압보다 높은 토포그래프를 활성화한다.
커패시터에 연결된 인덕터로 구성된 튜닝된 회로는 전류를 진동시키는 공명기의 역할을 한다.튜닝 회로는 복합 신호에서 단일 주파수를 선택하기 위한 좁은 대역 통과 필터로, 전자 오실레이터에서 사인파 신호를 생성하기 위해 무선 송신기, 수신기 등 무선 주파수 장비에 널리 사용된다.
자속(상호 인덕턴스)이 결합되어 있는 인접한 두 개 이상의 인덕터가 변압기를 형성하며, 이는 모든 전력 전력 그리드의 기본 구성 요소다.변압기의 효율은 코어 재료의 와이드 전류와 권선에 대한 피부 효과로 인해 주파수가 증가함에 따라 감소할 수 있다.코어의 크기는 더 높은 주파수에서 감소할 수 있다.이 때문에 항공기는 통상적인 50~60헤르츠가 아닌 400헤르츠 교류를 사용해 소형 변압기를 사용함으로써 중량을 크게 절약할 수 있다.[12]트랜스포머는 입력에서 출력을 분리하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 활성화한다.
인덕터는 또한 전환 전류와 고장 전류를 제한하기 위해 사용되는 전기 트랜스미션 시스템에도 사용된다.이 분야에서는 이들을 더 흔히 원자로라고 부른다.
인덕터는 이상적인 행동에서 벗어나게 하는 기생적인 효과를 가지고 있다.그들은 전자기파 간섭(EMI)을 일으키고 고통을 받는다.물리적 크기는 반도체 칩에 통합되는 것을 막는다.그래서 현대의 전자 기기, 특히 소형 휴대용 기기에서는 인덕터의 사용이 감소하고 있다.실제 인덕터는 커패시터를 이용해 인덕턴스를 합성할 수 있는 집전자와 같은 활성 회로로 점점 대체되고 있다.
인덕터 시공
인덕터는 일반적으로 플라스틱(공기 중심 인덕터를 만들기 위해) 또는 강자성(또는 강자성) 물질의 핵심을 감싸고 있는 전형적으로 절연된 구리선의 전도성 물질 코일로 구성된다. 후자를 "철심" 인덕터라고 한다.강자성 코어의 높은 투과성은 자기장을 증가시키고 인덕터에 가깝게 구속하여 인덕턴스를 증가시킨다.저주파 인덕터는 변압기처럼 제작되며, 전기강재 코어를 적층하여 와류 방지에 사용한다.'소프트' 페라이트들은 일반적인 철 합금이 하는 높은 주파수에서 큰 에너지 손실을 일으키지 않기 때문에 오디오 주파수 이상의 코어에 널리 사용된다.인덕터는 여러 가지 형태가 있다.일부 인덕터는 인덕턴스를 변경할 수 있는 조절 가능한 코어를 가지고 있다.매우 높은 주파수를 차단하기 위해 사용되는 인덕터는 때때로 와이어에 페라이트 비드를 끈으로 묶음으로써 만들어진다.
작은 인덕터는 나선형 패턴으로 흔적을 배치하여 인쇄 회로판에 직접 식각할 수 있다.그러한 일부 평면 인덕터는 평면 코어를 사용한다.작은 값 인덕터는 상호 연결에 사용되는 동일한 프로세스를 사용하여 집적 회로에 구축될 수도 있다.알루미늄 상호 연결은 일반적으로 나선형 코일 패턴으로 배치된다.그러나 작은 치수는 인덕턴스를 제한하며, 인덕터와 비슷하게 동작하기 위해 캐패시터와 활성 구성품을 사용하는 집전자라는 회로를 사용하는 것이 훨씬 일반적이다.설계에 관계없이 낮은 인덕턴스와 낮은 전력 소산 온 다이 인덕터가 허용하기 때문에 현재는 고주파 RF 회로에만 상업적으로 사용된다.
차폐 인덕터
전력 조절 시스템, 조명 및 저소음 작동 조건이 필요한 기타 시스템에 사용되는 인덕터는 부분적으로 또는 완전히 차폐되는 경우가 많다.[13][14]유도 코일을 사용하고 인덕터의 반복 변압기 차폐를 근접하게 사용하는 통신 회로에서 회로 교차 대화를 감소시킨다.
종류들
에어코어 인덕터
공기 코어 코일이라는 용어는 강자성 물질로 만들어진 자기 코어를 사용하지 않는 인덕터를 의미한다.이 용어는 권선 내부에 공기만 있는 코일뿐만 아니라 플라스틱, 세라믹 또는 기타 비자기적 형태에 감긴 코일을 가리킨다.공기 코어 코일은 강자성 코어 코일에 비해 인덕턴스가 낮지만 주파수에 따라 증가하는 강자성 코어에서 발생하는 코어 손실이라고 하는 에너지 손실로부터 자유롭기 때문에 고주파에서 자주 사용된다.권선이 형태에서 단단하게 지지되지 않는 공기 코어 코일에서 발생할 수 있는 부작용은 '미크로포니'이다. 권선의 기계적 진동은 인덕턴스에 변화를 일으킬 수 있다.
무선 주파수 인덕터
고주파, 특히 무선주파수(RF)에서 인덕터는 더 높은 저항과 다른 손실을 가진다.공진 회로에서 전원 손실을 유발할 뿐만 아니라 이는 회로의 Q 계수를 감소시켜 대역폭을 넓힐 수 있다.공기 코어 유형이 대부분인 RF 인덕터에서는 이러한 손실을 최소화하기 위해 특수 시공 기법을 사용한다.손실은 다음과 같은 효과 때문이다.
- 피부 효과
- 고주파 전류에 대한 와이어의 저항은 피부 효과 때문에 직류 저항보다 높다.무선 주파수 교류는 도체의 본체에 멀리 침투하지 않고 그 표면을 따라 이동한다.예를 들어, 6MHz에서 구리선의 피부 깊이는 약 0.001인치(25µm)이다. 대부분의 전류는 표면의 이 깊이 내에 있다.따라서 고체 와이어에서는 와이어의 내부 부분이 전류를 거의 전달하지 않을 수 있어 사실상 저항이 증가할 수 있다.
- 근접효과
- 또한 고주파에서 와이어의 저항을 증가시키는 또 다른 유사한 효과는 근접 효과로, 서로 가까이 놓여 있는 평행 와이어에서 발생한다.인접 회전의 개별 자기장은 코일의 와이어에 황색 전류를 유도하여 도체 내의 전류가 인접 와이어 근처 측면의 얇은 스트립에 집중되도록 한다.이는 피부 효과와 마찬가지로 전류를 전도하는 와이어의 효과적인 단면적을 감소시켜 저항력을 높인다.
- 유전손실
- 탱크 코일의 도체 근처에 있는 고주파 전기장은 근처의 절연 물질에서 극성 분자의 움직임을 유발하여 에너지를 열로 방출할 수 있다.따라서 튜닝 회로에 사용되는 코일은 코일 형태로 감기지 않고 좁은 플라스틱 또는 세라믹 스트립에 의해 지지되는 공기에 매달려 있는 경우가 많다.
- 기생 캐패시턴스
- 기생 캐패시턴스라고 불리는 코일의 개별 와이어 회전 사이의 캐패시턴스는 에너지 손실을 유발하지 않지만 코일의 동작을 변화시킬 수 있다.코일의 각 회전은 약간 다른 전위에 있기 때문에 이웃 회전 사이의 전기장은 전선에 충전되기 때문에 코일은 그것과 병렬로 콘덴서를 가진 것처럼 작용한다.충분히 높은 주파수에서 이 캐패시턴스는 튜닝된 회로를 형성하는 코일의 인덕턴스와 공명하여 코일이 자가 회복되도록 할 수 있다.
기생 캐패시턴스 및 근접 효과를 줄이기 위해 여러 바퀴가 서로 평행하게 서로 가깝게 놓여 있지 않도록 높은 Q RF 코일을 제작한다.RF 코일의 권선은 종종 단일 레이어로 제한되며, 턴 간격은 떨어져 있다.피부 효과로 인한 저항을 줄이기 위해 송신기에 사용되는 것과 같은 고출력 인덕터에서 권선은 표면적이 더 큰 금속 스트립이나 튜브로 만들어지며 표면은 은도금 처리된다.
- 바스켓-위브 코일
- 근접 효과와 기생 캐패시턴스를 줄이기 위해 다층 RF 코일은 연속 회전이 평행하지 않고 비스듬히 교차하는 패턴으로 감겨진다. 이러한 패턴을 벌집 또는 바스켓 위브 코일이라고 한다.이것들은 종종 다월이나 슬롯으로 수직 절연 지지대에 감겨지며, 와이어가 슬롯을 통해 안과 밖으로 감겨진다.
- 스파이더웹코일
- 비슷한 장점을 가진 또 다른 건축 기법은 평평한 나선코일이다.이것들은 종종 방사형 스포크나 슬롯으로 평평한 단열 지지대에 감겨지며, 와이어는 슬롯을 통해 안팎으로 움직인다; 이것들은 거미줄 코일이라고 불린다.형태는 홀수 수의 슬롯이 있어 연속적으로 나선형 선회가 형태 반대편에 놓여 분리가 증가한다.
- 리츠 와이어
- 피부 효과 손실을 줄이기 위해, 일부 코일은 리츠 와이어라고 불리는 특별한 유형의 무선 주파수 와이어로 감겨진다.단일 고체 도체 대신, 리츠 와이어는 전류를 전달하는 다수의 작은 와이어 가닥으로 구성된다.일반 좌초선과 달리 가닥은 서로 절연되어 피부 효과가 표면으로 밀려드는 것을 방지하고 꼬이거나 함께 땋는다.트위스트 패턴은 각 와이어 가닥이 와이어 묶음의 바깥쪽에서 동일한 길이의 시간을 보내도록 하기 때문에 피부 효과는 가닥 사이에 전류를 균등하게 분산시켜 등가의 단일 와이어보다 단면 전도 영역이 더 커지게 된다.
- 축 인덕터
저전류 및 저전력용 소형 인덕터는 저항기와 유사한 금형 케이스로 제작된다.이것들은 일반(페놀릭) 코어 또는 페라이트 코어일 수 있다.저항계는 인덕터의 저저항을 보여줌으로써 비슷한 크기의 저항기와 쉽게 구별한다.
강자성 코어 인덕터
강자성 코어 또는 철자성 인덕터는 철이나 페라이트 등 강자성 또는 강자성 물질로 만들어진 자기 코어를 사용해 인덕턴스를 높인다.자기 코어는 자기장이 높은 자기 투과성으로 인해 자기장을 증가시킴으로써 코일의 인덕턴스를 수천 배 증가시킬 수 있다.그러나 코어 재료의 자기 성질은 인덕터의 동작을 변화시키고 특별한 구조를 필요로 하는 몇 가지 부작용을 일으킨다.
- Core losses
- 강자성 인덕터의 시간변동 전류는 그 중심부에서 시간변동 자기장을 일으키며, 다음 두 가지 공정에 의해 열로 소멸되는 핵심 물질에서 에너지 손실을 일으킨다.
- Eddy currents
- 패러데이의 유도 법칙에서, 자기장의 변화는 전도성 금속 코어에 전류의 순환 루프를 유도할 수 있다.이 전류 속의 에너지는 핵심 물질의 저항에서 열로 소멸된다.손실된 에너지의 양은 전류의 루프 안에 있는 영역에 따라 증가한다.
- Hysteresis
- 코어에서 자기장을 바꾸거나 뒤집는 것 또한 그것이 구성되는 작은 자기장의 움직임으로 인해 손실을 야기한다.에너지 손실은 핵심 물질의 BH 그래프에서 이력(hysteresis) 루프 면적에 비례한다.강제성이 낮은 재료는 이 이력 루프가 좁고 이력 손실이 낮다.
- Saturation
- 자기 코어 코일을 통한 전류가 코어가 포화상태에 이를 정도로 높으면 인덕턴스가 떨어져 전류가 극적으로 상승한다.이는 비선형 임계값 현상으로 신호 왜곡을 초래한다.예를 들어, 오디오 신호는 포화 인덕터에서 변조 왜곡을 겪을 수 있다.이를 방지하기 위해 선형 회로에서는 철심 인덕터를 통한 전류가 포화 수준 이하로 제한되어야 한다.이를 위해 일부 적층 코어는 공극이 좁고 분말철 코어는 공극이 분산돼 있다.이것은 포화되기 전에 인덕터를 통해 더 높은 수준의 자속과 더 높은 전류를 허용한다.[19]
- Curie point demagnetization
- 강자성 또는 강자성 코어의 온도가 지정된 수준까지 상승하면 자기 영역이 분리되고 물질이 파라자성이 되어 더 이상 자속을 지지할 수 없게 된다.인덕턴스가 떨어지고 전류가 극적으로 상승하는데, 이는 포화상태에서 일어나는 것과 유사하다.효과는 되돌릴 수 있다.온도가 퀴리 지점 아래로 떨어지면 전기 회로의 전류로 인한 자속이 노심의 자기 영역을 재조정하고 자속이 회복된다.강자성 물질(철 합금)의 퀴리 지점은 상당히 높으며, 철은 770 °C로 가장 높다.단, 일부 강자성 물질(세라믹 철 화합물 - 페라이트)의 경우 퀴리 지점은 주변 온도(100 °C 미만)에 가까울 수 있다.[citation needed]
라미네이트 코어 인덕터
저주파 인덕터는 종종 변압기와 유사한 구조를 사용하여 황류를 방지하기 위해 적층 코어로 만들어진다.코어는 현장에 평행한 얇은 강판이나 층을 쌓아 만든 것으로 표면에 절연 코팅이 되어 있다.단열재는 시트 사이의 와류 전류를 방지하므로 남은 전류가 개별 라미네이션의 단면 영역 내에 있어야 하며, 루프 면적이 줄어들어 에너지 손실이 크게 감소한다.층화는 저전도성 실리콘강으로 만들어져 와전류 손실을 더욱 줄인다.
페라이트 코어 인덕터
더 높은 주파수의 경우 인덕터는 페라이트 코어로 만들어진다.페라이트(Perite)는 세라믹 강자성 물질로 비전도성이므로 그 안에 와류( flow流)가 흐르지 못한다.페라이트 제형은 xxFeO이며24 xx는 다양한 금속을 나타낸다.인덕터 코어의 경우 강제성이 낮고 따라서 이력 손실이 낮은 연성 페라이트(soft perite)가 사용된다.
분말철코어인덕터
또 다른 재료는 분말 철을 바인더로 접합하는 것이다.
토로이드 코어 인덕터
직선 로드 모양의 코어에 있는 인덕터 상처에서는 코어의 한쪽 끝에서 나오는 자기장 선이 공기를 통과해야 다른 쪽 끝에서 코어를 다시 들어갈 수 있다.이것은 자기장 경로의 많은 부분이 더 높은 투과성 핵심 물질보다 공기에 있고 전자기 간섭의 원천이기 때문에 자기장을 감소시킨다.폐쇄 자기장 회로에 코어를 형성함으로써 더 높은 자기장과 인덕턴스를 달성할 수 있다.자기장 라인은 코어 물질을 떠나지 않고 코어 안에서 닫힌 루프를 형성한다.종종 사용되는 모양은 토로이드나 도넛 모양의 페라이트 코어다.그 대칭성 때문에, 토로이드 코어는 코어 바깥(누출 유량이라고 함)에서 최소의 자속이 빠져나갈 수 있도록 하기 때문에, 다른 형태에 비해 전자기 간섭을 적게 발산한다.Toroidal 코어 코일은 주로 페라이트, 분말 철 및 적층 코어 등 다양한 재료로 제조된다.[20]
가변 인덕터
오늘날 가장 일반적인 유형의 가변 인덕터는 이동 가능한 페라이트 자기 코어를 가진 것으로, 코일 안이나 밖으로 미끄러지거나 나사로 고정될 수 있다.코일을 더 멀리 코일로 이동시키면 투과성이 증가하여 자기장과 인덕턴스가 증가한다.무선 애플리케이션(일반적으로 100MHz 미만)에 사용되는 많은 인덕터는 그러한 인덕터를 원하는 값으로 조정하기 위해 조정 가능한 코어를 사용한다. 제조 공정에는 일정한 허용 오차(정확하지 않음)가 있기 때문이다.100MHz 이상의 주파수에 대한 그러한 코어는 알루미늄과 같은 전도성이 높은 비자기성 물질로 만들어지기도 한다.[21]그들은 자기장이 그들을 우회해야 하기 때문에 인덕턴스를 감소시킨다.
에어 코어 인덕터는 슬라이딩 접점 또는 다중 탭을 사용하여 회로에 포함된 회전 수를 늘리거나 줄여서 인덕턴스를 변경할 수 있다.과거에 많이 사용되었지만 오늘날에는 대부분 구식인 활자는 스프링 접촉이 있어 권선의 맨 표면을 따라 미끄러질 수 있다.이 유형의 단점은 접촉이 보통 1회 이상 회전한다는 것이다.이러한 회전은 단회전 단락 변압기 2차 권선과 같은 역할을 한다. 이 권선에 유도된 큰 전류는 전력 손실을 유발한다.
연속 가변형 공기 코어 인덕터의 한 종류는 변동계다.이는 동일한 수의 턴이 직렬로 연결된 두 개의 코일로 구성되며, 하나는 다른 코일에 연결된다.내부 코일은 축에 탑재되어 축이 외부 코일에 대해 회전할 수 있다.두 코일의 축이 시준되고 자기장이 같은 방향을 가리키면, 장이 추가되고 인덕턴스가 최대가 된다.내측 코일을 돌려 축이 외측과 각이 되도록 하면, 이들 사이의 상호 인덕턴스가 작아져 총 인덕턴스가 적다.내측 코일을 180° 돌려 코일이 자기장이 반대되는 상태로 시준될 때, 두 장은 서로를 취소하고 인덕턴스는 매우 작다.이 타입은 넓은 범위에 걸쳐 지속적으로 가변성이 있다는 장점이 있다.안테나 튜너와 매칭 회로에 사용되어 저주파 송신기를 안테나에 매칭한다.
움직이는 부품 없이 인덕턴스를 제어하는 또 다른 방법은 쉽게 포화성 코어 재료의 투과성을 제어하는 추가적인 DC 전류 바이어스 권선이 필요하다.자기 증폭기를 참조하십시오.
질식시키다
초크는 DC 또는 저주파 신호를 통과시키면서 전기 회로의 고주파 교류(AC)를 차단하도록 특별히 설계된 인덕터다.인덕터가 전류의 변화를 측정하거나 "추적"하기 때문에, 이러한 인덕터를 초크라고 부른다.그것은 보통 자기 중심부에 있는 절연 와이어의 코일로 구성되지만, 일부는 도넛 모양의 페라이트 물질로 와이어에 매달린 "비드"로 구성된다.다른 인덕터와 마찬가지로 콜라는 주파수와 함께 콜라를 통과하는 전류 변화에 저항한다.Choke와 다른 인덕터의 차이는 Choke가 튜닝된 회로에 사용되는 저항 인덕터를 줄이기 위해 사용되는 높은 Q 인자 구성 기법을 필요로 하지 않는다는 것이다.
회로분석
회로에서 인덕터의 효과는 그것을 통한 전류의 변화에 비례하는 전압을 발전시킴으로써 전류를 통한 전류의 변화를 반대한다.이상적인 인덕터는 일정한 직류 전류에 대한 저항을 제공하지 않지만, 초전도 인덕터만 진정으로 전기 저항이 0이다.
인덕턴스 L이 있는 인덕터에 걸친 시간변동 전압 v(t)와 이를 통과하는 시간변동 전류 i(t) 사이의 관계는 미분 방정식으로 설명된다.
인덕터를 통해 정현상 교류(AC)가 있을 때 정현상 전압이 유도된다.전압의 진폭은 전류의 진폭(IP)과 전류의 주파수(f)의 곱에 비례한다.
이 상황에서 전류 위상은 전압의 위상이 lags/2 (90°)만큼 뒤처진다.사인파의 경우 인덕터를 가로지르는 전압이 최대값으로 갈 때 전류가 0으로 가고 인덕터를 가로지르는 전압이 0으로 갈 때 이를 통과하는 전류가 최대값으로 간다.
인덕터가 저항 R(최소한 인덕터의 DCR)을 통해 값 I의 직류 전류원에 연결되고 전류 소스가 단락된 경우 위의 차동관계는 인덕터를 통한 전류가 지수 붕괴와 함께 방전된다는 것을 보여준다.
리액턴스
AC 선원에서 통전된 인덕터의 피크 전압 대 피크 전류 비율을 리액턴스라고 하며 X로L 표시한다.
그러므로,
여기서 Ω은 각도 주파수다.
리액턴스는 옴 단위로 측정되지만 저항보다는 임피던스로 불린다. 에너지는 전류가 상승할 때 자기장에 저장되고 전류가 하락할 때 방출된다.유도 리액턴스는 주파수에 비례한다.저주파에서는 리액턴스가 떨어지고 DC에서는 인덕터가 단락으로 작용한다.주파수가 증가하면 리액턴스가 증가하고 충분히 높은 주파수에서 리액턴스는 개방 회로에 접근한다.
코너 주파수
필터링 애플리케이션에서 특정 로드 임피던스와 관련하여 인덕터는 다음과 같이 정의된 코너 주파수를 가진다.
라플라스 회로 분석(s-domain)
회로 분석에서 라플라스 변환을 사용할 때, 초기 전류가 없는 이상적인 인덕터의 임피던스는 다음과 같이 s 영역에 표현된다.
어디에
- 이(가) 인덕턴스이고
- s은(는) 복잡한 주파수다.
인덕터가 초기 전류를 가지고 있는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
- 다음 값을 갖는 인덕터와 직렬로 전압 소스 추가:
어디에
- 이(가) 인덕턴스이고
- 는 인덕터의 초기 전류다.
- 또는 인덕터와 병렬로 전류 소스를 추가하여 다음 값을 갖도록 하십시오.
- 는 인덕터의 초기 전류다.
- s은(는) 복잡한 주파수다.
인덕터 네트워크
병렬 구성의 인덕터는 각각 동일한 전위차(전압)를 가진다.총 등가 인덕턴스(Leq)를 찾으려면:
직렬 인덕터를 통한 전류는 그대로 유지되지만 각 인덕터의 전압은 다를 수 있다.전위차(전압)의 합은 총 전압과 같다.총 인덕턴스 찾기
이러한 단순한 관계는 개별 인덕터 사이에 자기장의 상호 결합이 없을 때만 유효하다.
상호 인덕턴스
상호 인덕턴스는 인덕터의 자기장이 인접한 인덕터의 자기장을 유도할 때 발생한다.상호 유도는 변압기 건설의 기본이다.
여기서 M은 2 인덕터 사이에 가능한 최대 상호 인덕턴스이고 L과1 L은2 2 인덕터다.일반적으로
자기 유량의 극히 일부만이 다른 자속과 연결되어 있기 때문에.이 분수를 "유속연계(K)의 코효율" 또는 "커플링의 코효율"이라고 한다.
인덕턴스 공식
아래 표에는 여러 인덕터 구조물의 근사 인덕턴스를 계산하기 위한 몇 가지 일반적인 단순화된 공식들이 나열되어 있다.
건설 | 공식 | 메모들 |
---|---|---|
원통형 에어코어 코일[22] |
| 약 나가오카 계수(K) 계산은 복잡하다. 일반적으로 테이블에서 위를 올려다봐야 한다.[23] |
직선도체[24] | 여기서:
| Ω = 0이면 정확한지, Ω = ∞이면 정확한지. B라는 용어는 덧셈보다는 뺄셈을 한다. |
= d)- Ld² MHz) (when d² f ≪ 1 mm² MHz) | ℓ > 100 d 필요[27] | |
작은 루프 또는 매우 짧은 코일[28] |
| 도체 μ는r 가능한 1에 가까워야 한다 – 자기 또는 파라자성 금속보다는 구리 또는 알루미늄. |
중간 또는 긴 공기 코어 원통형 코일[30][31] |
| 실린더 길이 ℓ > 0.4 r 필요: 길이는 직경의 최소 1/5 이상이어야 한다.단일 루프 안테나 또는 매우 짧고 뭉툭한 코일에는 해당되지 않는다. |
멀티레이어 에어코어 코일[32] |
| |
플랫 나선형 에어코어 코일[33][34][35] |
| |
| d > 0.2 r에 대해 5% 이내로 정확하다.[36] | |
토로이드 코어(순환 단면)[37] |
| |
| d < 0.1 D일 때의 근사치 | |
Toroidal 코어(직사각형 [36]단면 |
|
참고 항목
- 벨리니-Tosi 방향 검출기(라디오 각도계)
- 한나 곡선
- 유도 코일
- 인덕션 조리
- 유도 루프
- LC 회로
- RLC 회로
- 포화성 원자로 – 조절 가능한 인덕터의 일종
- 솔레노이드
- 축열조(에너지)
메모들
- ^ 나가오카의 계수(K)는 직경보다 훨씬 긴 코일에 대해 대략 1이며, 작은 게이지 와이어를 사용하여 단단하게 감겨져 있다(현재 시트와 근사하다).
참조
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- ^ a b 터만 1943 페이지 58
- ^ 터만 1943 페이지 57
- 출처
- Terman, Frederick (1943). Radio Engineers' Handbook. McGraw-Hill.
외부 링크
Wikibook Electronics는 다음과 같은 주제를 다룬 페이지를 가지고 있다.인덕터 |
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