インダクタはどのように機能するのでしょうか?

インダクタは、磁気コアの周りにしっかりと巻かれた絶縁ワイヤにすぎません。 コアは強磁性体またはプラスチック、場合によっては中空 (空気) にすることができます。 これは、電流が流れる導体の周囲に磁束が発生するという原理に基づいています。 コンデンサについてご存知の方は、コンデンサがプレートに等しい電荷と反対の電荷を蓄えることによってエネルギーを蓄えるという事実に精通しているでしょう。 同様に、インダクタは、その周囲に発生する磁場の形でエネルギーを蓄積します。 インダクタはACとDCに対して異なる応答をします。 ただし、「インダクタがどのように機能するか」を掘り下げる前に。 その構造と特徴を見てみましょう。

インダクタ構造:

インダクタは、電子機器で使用される他のすべてのコンポーネントから非常に簡単に構築できます。 これは簡単なインダクタを作成するためのガイドです。 コイルを巻くのに必要なのは、絶縁ワイヤと磁性コア材料のみです。 磁気コアは、上の図に示すように、ワイヤを巻き付けた単なる材料です。 インダクタには、使用されるコア材料に応じてさまざまな種類があります。 一般的に使用されるコア材料には、鉄、鉄磁石などがあり、コア材料の種類に加えて、円柱、ロッド、トロデ、シートなどのさまざまなサイズや形状もあります。 対照的に、物理的な磁気コアを持たないインダクタもあります。 これらは中空インダクタまたは中空インダクタと呼ばれます。 磁気コアは、インダクタのインダクタンスを変化させる上で重要な役割を果たします。

インダクタはどのように機能するのか

まず「電流が流れる導体には磁束が発生する」という事実から始めましょう。 同様に、電流がインダクタを通過すると、その周囲に磁束が発生します。 言い換えれば、インダクタに加えられたエネルギーは磁束の形で蓄えられます。 磁束は電流の流れと逆方向に発生します。 したがって、インダクタは、そこを流れる電流の突然の変化に対して耐性があります。 インダクタのこの能力はインダクタンスと呼ばれ、各インダクタはある程度のインダクタンスを持ちます。 これは記号 L で表され、単位はヘンリーです。

インダクタのインダクタンスは、コイルの形状、磁気コア巻線の巻き数、磁気コアの面積、および磁気コア材料の透磁率によって決まります。 インダクタのインダクタンスは次の式で与えられます。

L = μN2A/L

L - コイルのインダクタンス

μ - コア材料の透磁率

A - コイル面積 (m2)

N - コイルの巻き数

l - コイルの平均長さ (m)

AC回路のインダクタ:

前述したように、インダクタは AC 信号源と DC 信号源では異なる動作をします。 AC信号がインダクタに印加されると、磁界を生成する電流自体が時間とともに変化するため、時間とともに変化する磁界が生成されます。 ファラデーの法則によれば、この現象によりインダクタに自己誘導電圧が発生します。 自己誘起電圧は VL で表されます。 実際、インダクタの両端で生成される電圧は、それらに抵抗する電流とは逆方向に作用します。 インダクタの両端の電圧は次の式で与えられます。

VL =L ディ/デット

VL - 自己誘導電圧

di/dt - 時間に対する電流の変化

ヘンリーインダクタに 1 秒間に 1 アンペアの電流が流れると、インダクタ上に電流が発生します。

"v. これで、インダクタを流れる電流が両端で生成される電圧にどのような影響を与えるかがわかります。結果として生じる電圧は、インダクタを流れる電流の逆になります。

インダクタの VI 特性:

上記の概念をよりよく理解するために、インダクタの VI 特性曲線を参照してみましょう。 AC信号の正のサイクルがインダクタを通過すると、電流が増加します。 インダクタは電流の変化を嫌うため、その原因となる電流に対して誘導電圧を生成することがわかっています。 これは上図の 0 度で観察でき、電流が上昇し始めるときに誘導電圧が最大になります。 電流が最大値に達すると、電流の減少を阻止しようとして誘導電圧が負になります。

このサイクルが繰り返され、上の図から、インダクタに発生する誘導電圧が、インダクタを流れる電流の変化に作用することがわかります。 ここで、電圧と電流は 90 度位相がずれていると言われます。 したがって、交流信号を通じて、インダクタは連続サイクルで磁場の形でエネルギーを蓄積および放出します。

直流回路のインダクタ:

インダクタが AC 信号源でどのように動作するかを理解しました。 DC信号源で使用した場合にどのように反応するかを見てみましょう。 インダクタの両端の誘導電圧の式は次の式で与えられることを思い出してください。

VL =L ディ/デット

DC 信号源を使用する場合、時間に対する電流の変化はゼロとなり、インダクタの両端の誘導電圧はゼロになります。 簡単に言うと、直流回路では、インダクタは単純な普通のワイヤのように動作し、そのワイヤは何らかの抵抗を生成します。 ただし、実際の回路で DC 信号源でインダクタを使用する場合には、さらに多くのことが起こります。 実際の回路では、電流がゼロから最大値に達するまでに非常に短い時間がかかります。 このとき、インダクタの両端に誘導電圧が発生し、電流がゼロから最大値に移動し始めると負の最大値になります。 電流が安定した DC 状態に達すると、誘導電圧は急激にゼロに低下し、消滅します。 DC 信号源とともに使用すると、インダクタはこのような短いスパンの誘導電圧スパイクを示します。

誘導リアクタンス:

インダクタについて知っておくべきもう 1 つの重要な点は、リアクタンスです。 これは、AC電気信号に対するコンデンサやインダクタなどの部品の抵抗特性です。 インダクタが示すリアクタンスは誘導性リアクタンスと呼ばれ、次の式で求められます。

XL=2πFL

この式から、インダクタは電流の変化を嫌うため、高周波信号に対してより大きなリアクタンスを示すことを念頭に置いて、AC 信号の周波数が増加するとリアクタンスが増加すると推測できます。 周波数がゼロに近い場合、または直流信号が通過する場合、入力信号が通過する導体と同様に、リアクタンスはゼロになります。