ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำ บางครั้งถูกเรียกว่าคอยล์หรือรีแอคเตอร์ เป็นชิ้นส่วนในวงจรไฟฟ้าแบบพาสซีฟสองขั้วไฟฟ้า(ขา) มีคุณสมบัติในการป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวมัน มันประกอบด้วยตัวนำ เช่นลวดทองแดงม้วนกันเป็นวงกลม เมื่อกระแสไหลผ่านตัวมัน พลังงานจะถูกเก็บไว้ชั่วคราวในรูปสนามแม่เหล็กในคอยล์นั้น เมื่อกระแสนั้นเปลี่ยนแปลง, สนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในตัวนำนั้น ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ ซึ่งจะต้านกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่สร้างมัน
ตัวเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยการเหนี่ยวนำของมัน หรืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า ซึ่งมีหน่วยเป็น Henries (H) ตัวเหนี่ยวนำมีค่าปกติตั้งแต่ 1 μH (10^{- 6}H)จนถึง 1 H ตัวเหนี่ยวนำจำนวนมากมีแกนเป็นแม่เหล็กที่ทำจากเหล็ก หรือเฟอร์ไรต์ภายในคอยล์ เหมือนกับตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำเป็นหนึ่งในสามชิ้นส่วนวงจรเชิงเส้นแบบพาสซีฟที่ประกอบขึ้นเป็นวงจรไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กระแสสลับ  โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์วิทยุ มันถูกใช้ป้องกันการไหลของกระแส AC ขณะที่ยอมให้กระแส DC ผ่านไปได้ ตัวเหนี่ยวนำที่ถูกออกแบบมาเพื่อการนี้จะเรียกว่าโช๊คมันยังถูกใช้ในตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแยกสัญญาณที่มีความถี่ที่แตกต่างกันและใช้ร่วมกับตัวเก็บประจุเพื่อทำเป็นวงจรปรับหาความถี่ที่ใช้ในการปรับหาคลื่นสถานีของเครื่องรับวิทยุและโทรทัศน์

25

Dana

เกมส์การเงินไม่ลงทุน

24/07/2024 12:00

​ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ

ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ
หลักการทำงานของตัวเหนี่ยวนำใช้หลักการสนามแม่เหล็กตัดผ่านขดลวด จะทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวด ซึ่งจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำขึ้น ตัวเหนี่ยวนำแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ แบบค่าคงที่และแบบปรับค่าได้ ตัวเหนี่ยวนำเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า อินดักเตอร์ หรือ คอยล์ (Coil) หรือเรียกย่อ ๆ ว่าตัวแอล (L) หน่วยของการเหนี่ยวนำคือ เฮนรี่ (Henry)
การเรียกชื่อตัวเหนี่ยวนำ
การเรียกชื่อตัวเหนี่ยวนำ เรียกตามโครงสร้างของตัวเหนี่ยวนำ ซื่งโครงสร้างประกอบด้วยขดลวด (Coil) พันรอบแกน (Core) ซึ่งแกนนี้อาจจะเป็นแกนอากาศ, แกนเหล็ก, หรือแกนเฟอร์ไรท์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการเหนี่ยวนำไฟฟ้า แบ่งออกได้เป็น

1)  ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ  (Air Core Inductor)
2)  ตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็กอัด  (Powdered - Iron Core Inductor)
3)  ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรด์  (Ferrite Core Inductor)
4)  ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยด์  (Toroidal Core Inductor)
5)  ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กแผ่น  (Laminated - Iron Core Inductor)
 
 
 
 
 
 
 

1. ตัวเหนี่ยวนำอากาศ
   
   ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองทำมาจากวัสดุที่เป็นฉนวน  เช่น  คาร์บอน  พลาสติก  ไฟเบอร์  และ PVC  เป็นต้น  หรืออาจพันลอยๆ ไว้โดยไม่มีอะไรรองรับ  ตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้นิยมนำไปใช้งานกับพวกความถี่สูงๆ  หรือความถี่วิทยุ  (RF)  จึงมักเรียกตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้ว่า  RF โช้ค  ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศเป็นตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำ  เพราะแกนไม่สามารถช่วยเสริมค่าความเหนี่ยวนำได้  การจะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นต้องใช้จำนวนรอบในการพันขดลวดเพิ่มขึ้น

 

1. ตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็ก
   
   ตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็กอัด  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองรับเส้นลวดทำด้วยผงเหล็กชนิดอัดแน่น  โดยนำผงเหล็กผสมกับกาวอัดแน่นเป็นแท่ง  ช่วยลดการสูญเสียสัญญาณจากกระแสไหลวน (Eddy Current) ลงได้  สัญญาณส่งผ่านตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็กอัดได้สูงขึ้น  เกิดการสูญเสียสัญญาณภายในตัวเหนี่ยวนำลดลง  ใช้งานได้ดีในย่านความถี่สูงๆ มีความเหนี่ยวนำสูงแต่มีขนาดเล็ก
2.  
3. ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรต์
   
   ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรต์  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองรับเส้นลวดทำด้วยเฟอร์ไรต์  ส่วนผสมของเฟอร์ไรต์มีความแตกต่างกันหลายอย่าง  เช่น  แมกนีเซียมกับสังกะสี  แมกนีเซียมกับแมงกานีส  แมกนีเซียมกับทองแดง  นิกเกิลกับสังกะสี  และแมงกานีสกับสังกะสี  เป็นต้น  แต่ละชนิดของเฟอร์ไรต์ให้ความเข้มของค่าความเหนี่ยวนำแตกต่างกัน  ข้อดีของตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรต์  คือ  สามารถสร้างให้มีรูปร่างลักษณะต่างๆ ได้  ใช้งานได้ดีทั้งความถี่ต่ำ  และความถี่สูง 
   
   1.4  ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยต์
   
   ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยต์  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองรับเส้นลวดทำด้วยผลเหล็กชนิดอัดแน่น  หรือไฟอร์ไรต์  โดยสร้างขึ้นเป็นรูปวงแหวน  ขดลวดถูกพันรอบแกนทอรอยต์โดยรอบ  ช้อดีของการใช้กนทอรอยต์  คือ  เส้นแรงแม่เหล็กจะไม่แพร่กระจายออกไปภายนอก  และสนามแม่เหล็กจากภายนอกก็ไม่เข้ามารบกวน  สามารถทำให้ตัวเหนี่ยวนำแบบนี้มีความเหนี่ยวนำสูงในขนาดที่สร้างได้เล็กลง  นิยมนำไปใช้งานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง  ที่ต้องการหาค่าความเหนี่ยวนำสูงและมีสนามแม่เหล็กรบกวนต่ำ 
   
   1.5  ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก
   
   ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กแผ่น  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองรับเส้นลวดทำด้วยเหล็กแผ่นบางวางซ้อนกัน  เหล็กแผ่นบางแต่ละแผ่นเคลือบฉนวนไว้  เพื่อช่วยลดการสูญเสียเนื่องจากกระแสไหลวนและช่วยทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น  การใช้งานนิยมนำไปใช้งานในย่านความถี่ต่ำในย่านความถี่เสียง (AF)  มักเรียกว่า  AF  โช้ค  เช่น  ใช้เป็นตัวกรองไฟ (Filter) แรงดันไฟสลับเป็นแรงดันไฟตรง  เป็นต้น

                                                
 
 

0

15/09/2015 04:49

ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ

• 
  
  ตัวเหนี่ยวนำที่ผลิตออกมาในปัจจุบันมีหลายแบบหลายขนาด วัสดุที่ใช้ทำแกนที่นิยมก็คือ แกนอากาศ , แกนเหล็ก และแกนเฟอร์ไรท์ เราสามารถแบ่งตัวเหนี่ยวนำได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ ตัวเหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors) และตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors)
  
  1. ตัวเหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors)
  ตัว เหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors) คือตัวเหนี่ยวนำที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ โดยปกติตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้ ทำมาจากขดลวดทองแดง แกนที่ใช้พันขดลวดจะมีปลายลวดยื่นออกมาทั้งสองข้าง รูปร่างโดยทั่วไปจะเป็นแกนยาวแบบทรงกระบอก มีชื่อเรียกแตกต่าง กันเช่น โซลินอยด์, เซอร์เฟสเมาส์, โช๊ค, ทอร์รอยด์ และแบบแถบสี ฯลฯ เป็นต้น
•                         
• 2. ตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors)
  
  ตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors) นิยมใช้ในเครื่องรับวิทยุ ค่าการเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน ที่สามารถปรับสกรูเลื่อนตำแหน่งของขดลวดให้เข้าหรือออก เพื่อเปลี่ยนค่าของความเหนี่ยวนำ ถ้าแกนเคลื่อนที่ออกมานอกสุด ค่าความเหนี่ยวนำจะมีค่าต่ำ แต่ถ้าหมุนสกรูให้แกนเคลื่อนที่เข้าไปในขดลวดมาก จะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำมากขึ้นตามไปด้วย ในการปรับควรใช้เครื่องมือที่ทำด้วยพลาสติก หรืออุปกรณ์จำพวกที่ไม่ใช่โลหะ เนื่องจากวัสดุที่ทำมาจากโลหะจะไปรบกวนการเกิดสนามแม่เหล็ก และมีผลต่อค่าความความเหนี่ยวนำได้
  ​

 

0

15/09/2015 04:53

ภาพรวม

ค่าการเหนี่ยวนำ (L) เป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กรอบตัวนำที่มีกระแสไหลผ่าน; กระแสไฟฟ้าในตัวนำจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก(อังกฤษ: magnetic flux) เมื่อพูดแบบคณิตศาสตร์, การเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยปริมาณฟลักซ์แม่เหล็ก φ ผ่านวงจร เมื่อฟลักซ์นี้ถูกสร้างขึ้นโดยกระแส 'i' ที่กำหนดให้^[1][2][3][4]

สำหรับวัสดุที่มีการซึมผ่าน(อังกฤษ: Permeability)^[5]คงที่กับฟลักซ์แม่เหล็ก (ซึ่งไม่รวมถึงวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมือนเหล็ก) L จะมีค่าคงที่และสมการที่ (1) ถูกเขียนให้ง่ายว่า

ลวดหรือตัวนำอื่นๆจะสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสไหลผ่านตัวมัน ดังนั้นทุกตัวนำมีค่าการเหนี่ยวนำไม่มากก็น้อย การเหนี่ยวนำของวงจรจะขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของเส้นทางกระแส เช่นเดียวกับการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุที่ใกล้เคียง ในตัวเหนี่ยวนำ ลวดหรือตัวนำอื่นๆถูกทำ เป็นรูปต่างๆเพื่อเพิ่มสนามแม่เหล็ก การพันขดลวดเข้าไปในคอยล์จะเพิ่มจำนวนเส้นฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมโยงวงจร ซึ่งเป็นการเพิ่มสนามแม่เหล็กและเพิ่มการเหนี่ยวนำ ยิ่งพันมากรอบค่าการเหนี่ยวนำก็ยิ่งสูง การเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับรูปร่างของคอยล์, การแยกของรอบและปัจจัยอื่นๆอีกมากมาย โดยการพันคอยล์บน'แกนแม่เหล็ก'ที่ทำจากวัสดุ ferromagnetic เช่นเหล็ก, สนามแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นจากคอยล์จะเหนี่ยวนำสภาพการเป็นแม่เหล็กในวัสดุ เป็นการเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็ก การซึมผ่านที่สูงของแกน ferromagnetic สามารถเพิ่มค่าการเหนี่ยวนำของคอยล์ไปอีกหลายพันเท่ามากกว่าค่าที่มันจะเป็นโดยไม่ได้ใช้วัสดุนี้
 
 
สมการที่เป็นส่วนประกอบ
การเปลี่ยนแปลงใดๆในกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำจะสร้างการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์, เป็นการเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันคร่อมตัวเหนี่ยวนำนั้น ตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ แรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแปลงใดๆในฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรมีค่าเป็น^[6]

จาก (1 ) ข้างต้น^[7]
  (2)
ดังนั้นการเหนี่ยวนำยังเป็นตัวชี้วัดปริมาณของแรงเคลื่อนไฟฟ้า(แรงดันไฟฟ้า)ที่ถูกสร้างขึนต่อหน่วยการเปลี่ยนแปลงของกระแส ตัวอย่างเช่น ตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าการเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 henry จะผลิต EMF ได้ 1 โวลต์เมื่อกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำมีการเปลี่ยนแปลงในอัตรา 1 แอมแปร์ต่อวินาที สิ่งนี้มักจะถูกเรียกว่าเป็นความสัมพันธ์ส่วนประกอบ (การกำหนดสมการ)ของตัวเหนี่ยวนำ
กฎของ Lenz
ขั้ว(ทิศทาง) ของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยกฎของเลนซ์ ที่ระบุว่ามันจะต้าน การเปลี่ยนแปลงของกระแส ตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเป็นบวกที่ขากระแสเข้าและเป็นลบที่ขาออก พลังงานจากวงจรภายนอกที่จำเป็นในการ เอาชนะศักย์'เทือกเขา'นี้ จะถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำ; ตัวเหนี่ยวนำบางครั้งก็ ถูกเรียกว่า'กำลังชาร์จ' ถ้ากระแสลดลง แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเป็นลบที่ขากระแสเข้า พลังงานจากสนามแม่เหล็กจะถูกส่งกลับไปยังวงจร; ตัวเหนี่ยวนำจะถูกเรียกว่า 'กำลังดีสชาร์จ'
 
 
ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติและของจริง
ในทางทฤษฎีวงจร ตัวเหนี่ยวนำจะเป็นอุดมคติเพราะการเชื่อฟังความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์(สมการที่ 2)ข้างต้นอย่างแม่นยำ 'ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติ' มีการเหนี่ยวนำ แต่ไม่มี ความต้านทานหรือการเก็บประจุ และไม่กระจายหรือแผ่พลังงานความร้อน อย่างไรก็ตาม ตัวเหนี่ยวนำจริงมีผลข้างเคียงที่ทำให้พฤติกรรมของมันออกไปจากรูปแบบง่ายๆของมัน มันมีความต้านทาน (เนื่องจากความต้านทานของลวดและพลังงานสูญเสียในวัสดุที่เป็นแกน) และมีการเก็บประจุปรสิต (เนื่องจากสนามไฟฟ้าระหว่างรอบของลวดที่มีศักยภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อย) ที่ความถี่สูง การเก็บประจุเริ่มต้นที่จะส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของการเหนี่ยวนำ, ที่บางความถี่ ตัวเหนี่ยวนำจริงจะทำตัวเป็นวงจรเรโซแนนท์, กลายเป็นเรโซแนนท์ตัวเอง ที่สูงกว่าความถี่เรโซแนนท์ปฏิกิริยาของการเก็บประจุ(อังกฤษ: capacitive reactance) จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของอิมพีแดนซ์ที่ครอบงำ ที่ความถี่ที่สูงกว่า การสูญเสียในตัวต้านทานในขดลวดจะเพิ่มขึ้นเนื่องจาก skin effect และ proximity effect
ตัวเหนี่ยวนำที่ใช้แกนเป็น ferromagnetic จะมีการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมจากการกระแส hysteresis และ กระแสไหลวน(อังกฤษ: eddy current) ในแกน ซึ่งจะเพิ่มตามความถี่ ที่ กระแสสูง ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กยังแสดงให้เห็นการทยอยออกจากพฤติกรรมในอุดมคติเนื่องจากการไม่เป็นเชิงเส้นที่เกิดจากการอิ่มตัวแม่เหล็กของแกน ตัวเหนี่ยวนำอาจแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบและในวงจร และอาจดูดซับการปล่อยแม่เหล็กไฟฟ้าจากวงจรอื่นๆ ก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic interference) หรือ EMI การใช้งานตัวเหนี่ยวนำในโลกแห่งความเป็นจริงอาจจะพิจารณาพารามิเตอร์ปรสิตเหล่านี้ว่าเป็นสิ่งที่สำคัญเท่ากับค่าความเหนี่ยวนำ
 
 
 
 

0

15/09/2015 04:56

การประยุคใช้

                                                            การประยุคใช้
ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้อย่างกว้างขวางในวงจรแอนะล็อกและการประมวลผลสัญญาณ ตัวเหนี่ยวนำร่วมกับตัวเก็บประจุรวมตัวเป็นวงจรจูนที่สามารถดักจับหรือกรองสัญญาณที่มีความถี่ที่เฉพาะเจาะจง ช่วงจากการใช้งานมีตั้งแต่ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ในแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งเมื่อทำงานร่วมกับตัวเก็บประจุกรอง จะสามารถถอดเสียงฮัมที่เรียกว่าเสียงฮัมจากสายไฟหรือจากความผันผวนของกระแสตรงเอาต์พุตที่ยังเหลือค้างอยู่ออก จนถึงตัวเหนี่ยวนำเล็กๆของลูกปัดหรือห่วงเฟอร์ไรต์ที่ติดตั้งรอบสายไฟเพื่อป้องกันการรบกวนจากความถี่วิทยุที่ถูกส่งมาจากสายไฟเมนส์ อีกตัวอย่างหนึ่งได้แก่วงจรผสมตัวเหนี่ยวนำ/ตัวเก็บประจุจะเป็นวงจรการจูนใช้ในการรับและส่งสัญญาณวิทยุ ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานในแหล่งจ่ายไฟแบบ switched-mode หลายระบบเพื่อผลิตกระแส DC ตัวเหนี่ยวนำจะยังคงจ่ายพลังงานให้กับวงจรเพื่อให้กระแสไฟฟ้ายังไหลในระหว่างระยะเวลาที่สวิตช์ 'ปิด'
ตัวเหนี่ยวนำสองชุด (หรือมากกว่า)ในบริเวณใกล้เคียงที่มีฟลักซ์แม่เหล็กดึงดูดถึงกัน (เหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน)ทำตัวเป็นหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานหนึ่งของทุกๆกริด (ไฟฟ้า) ประสิทธิภาพของหม้อแปลงอาจลดลงตามการเพิ่มของความถี่เนื่องจากกระแสไหลวน ในวัสดุที่เป็นแกนและ skin effect บนขดลวด ขนาดของแกนสามารถถูกทำให้ลดลงได้ในความถี่ที่สูงขึ้น ด้วยเหตุนี้ เครื่องบินที่ใช้กระแสสลับ 400 เฮิรตซ์แทนที่จะใช้ความถี่ปกติที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ ช่วยให้ประหยัดได้อย่างมากในการรับน้ำหนักจากการใช้หม้อแปลงขนาดเล็ก
ตัวเหนี่ยวนำถูกนำมาใชัในระบบการส่งไฟฟ้า ที่มันจะถูกใช้เพื่อจำกัดกระแสที่สลับและกระแสผิดพลาด ในสาขานี้ มันมักจะถูกเรียกว่า reactor
เพราะว่า ตัวเหนี่ยวนำมีผลข้างเคียงที่มีความซับซ้อน (รายละเอียดด้านล่าง) ซึ่งทำให้มันมีพฤฒิกรรมที่ออกจากพฤติกรรมอุดมคติ เพราะมันสามารถแผ่การรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และที่มากที่สุด เพราะว่าความเป็นกลุ่มของพวกมันที่ป้องกันพวกมันไม่ให้ถูกบรรจุลงบนชิปเซมิคอนดักเตอร์ การใช้ตัวเหนี่ยวนำกำลังลดลงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทันสมัย ​​โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์พกพาขนาดเล็ก ตัวเหนี่ยวนำจริงกำลังถูกแทนที่เพิ่มมากขึ้นด้วยวงจรแอคทีฟ เช่น gyrator ที่สามารถสังเคราะห์การเหนี่ยวนำโดยใช้ตัวเก็บประจุ
 
โครงสร้างตัวเหนี่ยวนำ
       ตัวเหนี่ยวนำมักจะประกอบด้วยคอยล์ของวัสดุตัวนำ ทั่วไปจะเป็นลวดทองแดงหุ้มฉนวน พันรอบแกนที่ทำจากพลาสติกหรือวัสดุ ferromagnetic (หรือ ferrimagnetic ); วัสดุที่ทำจากวัสดุ ferromagnetic เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ'แกนเหล็ก' การซึมผ่านสูงของแกน ferromagnetic จะเพิ่ม สนามแม่เหล็กที่วนเวียนใกล้ชิดกับตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งจะเพิ่มค่าการเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำความถี่ต่ำจะถูกสร้างเหมือนหม้อแปลงไฟฟ้า ที่มีแกนเป็นเหล็กชั้นบางๆเพื่อป้องกันกระแสไหลวน เฟอร์ไรท์แบบ'นุ่ม'จะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแกนความถี่เหนือเสียงออดิโอ เนื่องจากพวกมันไม่ก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานขนาดใหญ่ความถี่สูงที่จะเกิดในเหล็กผสมธรรมดา ตัวเหนี่ยวนำมาในรูปทรงหลายรูปแบบ ส่วนใหญ่จะถูกสร้างเป็นลวดเคลือบผิวหน้า(ลวดแม่เหล็ก) พันรอบกระสวยเฟอร์ไรต์ที่มีลวดโผล่ออกมาด้านนอก ขณะที่บางตัวคลุมลวดอย่างมิดชิดในเฟอร์ไรต์และถูกเรียกว่าเป็น 'เกราะ' ตัวเหนี่ยวนำบางตัวมีแกนปรับได้ ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลง ค่าการเหนี่ยวนำได้ ตัวเหนี่ยวนำที่ใช้เพื่อกั้นความถี่สูงมากบางครั้งถูกทำโดยร้อยลูกปัดเฟอร์ไรต์ บนเส้นลวด
ตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กสามารถถูกฝังโดยตรงลงบนแผงวงจรพิมพ์โดยการวางร่องรอยเป็นรูปเกลียว บางตัวเหนี่ยวนำแบบราบดังกล่าวใช้แกนระนาบ
ตัวเหนี่ยวนำค่าขนาดเล็กยังสามารถถูกสร้างบนแผงวงจรรวมโดยใช้กระบวนการเดียวกับที่ใช้ในการทำทรานซิสเตอร์ ทั่วไปจะใช้การเชื่อมต่อระหว่างกันด้วยอะลูมิเนียมโดยจะวางในรูปแบบ ม้วนเป็นเกลียว อย่างไรก็ตาม ขนาดที่เล็กจะจำกัดค่าการเหนี่ยวนำและเป็นที่พบบ่อยมากๆในการใช้วงจรที่เรียกว่า 'gyrator' ที่ใช้ตัวเก็บประจุและชิ้นส่วนที่แอคทีฟเพื่อทำตัวคล้ายกับตัวเหนี่ยวนำ

0

15/09/2015 04:57

ทฤษฎีวงจร

                                                     ทฤษฎีวงจร
ผลของตัวเหนี่ยวนำในวงจรคือการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในกระแสทั่ไหลผ่านตัวมันโดยการสร้างแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวมันเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติจะมีความต้านทานเป็นศูนย์สำหรับกระแสตรงคงที่ อย่างไรก็ตาม ตัวเหนี่ยวนำที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดเท่านั้นที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างแท้จริง
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน v (t)ที่แปรตามเวลาคร่อมตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าการเหนี่ยวนำ L และกระแส i(t)ที่แปรตามเวลาที่ไหลผ่านตัวมัน ถูกอธิบายโดย สมการเชิงอนุพันธ์(อังกฤษ: differential equation) ดังนี้:

เมื่อมีกระแสสลับ (AC) รูปซายน์ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ, แรงดันรูปซายน์จะถูกเหนี่ยวนำ แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนกับผลิตภัณฑ์ของแอมพลิจูด (I_P) ของกระแส และความถี่(f) ของกระแส

ในสถานการณ์เช่นนี้ เฟสของกระแสที่ล่าช้ากว่าเฟสของแรงดันไฟฟ้าอยู่ π/2 (90°) นั่นคือ สำหรับคลื่นรูปซายน์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำวิ่งขึ้นไปสู่ค่าสูงสุดของมัน กระแสจะตกลงเหลือศุนย์ และเมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเหนี่ยวนตกลงไปที่ศูนย์ กระแสที่ไหลผ่านตัวมันจะขึ้น ไปที่ค่าสูงสุด
ถ้าตัวเหนี่ยวนำเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรงที่มีค่า I ผ่านตัวต้านทาน R จากนั้นแหล่งกระแสเกิดลัดวงจร, ความสัมพันธ์แบบ differential ข้างต้นจะแสดงว่ากระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำจะดีสชาร์จด้วยการสลายตัวแบบ exponential ดังนี้ :

 
Reactance
อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดต่อกรแสศูงสุดในตัวเหนี่ยวนำที่ได้พลังจากแหล่งจ่ายไฟแบบซายน์จะถูกเรียกว่า reactance และมีสัญลักษณ์ว่า X_L คำต่อท้าย L คือการแยกความแตกต่างของ reactance ของตัวเหนี่ยวนำ จาก reactance ของตัวเก็บประจุที่มีสัญลักษณ์ว่า X_C

ดังนั้น

Reactance ถูกวัดในหน่วยเดียวกันกับค่าความต้านทาน (โอห์ม) แต่มันไม่ใช่ความต้านทานจริง ความต้านทานจะกระจายพลังงานความร้อนเมื่อมีกระแสไหลผ่าน สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับตัวเหนี่ยวนำ; สิ่งที่เกิดขึ้นคือ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กที่กระแสสร้างให้ และต่อมาถูกจ่ายกลับไปยังวงจรเมื่อกระแสลดลง reactance ของตัวเหนี่ยวนำจะขึ้นอยู่กับความถี่อย่างยิ่ง ที่ความถี่ต่ำ reactance จะมีค่าน้อย และสำหรับกระแสคงที่(ความถี่ศูนย์) ตัวเหนี่ยวนำจะทำงานเป็นลัดวงจร ในทางตรงกันข้าม เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น reactanceอาจจะเพิ่มขึ้นด้วย และที่ความถี่ที่สูงพอ ตัวเหนี่ยวนำจะวิ่งเข้าสู่วงจรเปิด
 
 
 
 
 
 
 
ปัจจัยคุณภาพ
ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติจะไม่มีความต้านทานหรือพลังงานที่สูญเสีย อย่างไรก็ตาม ตัวเหนี่ยวนำที่แท้จริงมีความต้านทานจากลวดโลหะที่พันขึ้นเป็นคอยล์ เนื่องจากความต้านทานขดลวดจะปรากฏเป็นความต้านทานที่อนุกรมกับตัวเหนี่ยวนำ มันมักจะถูกเรียกว่าความต้านทานอนุกรม ความต้านทานอนุกรมของตัวเหนี่ยวนำจะแปลงกระแสไฟฟ้าผ่านคอยล์ให้เป็นความร้อน ซึ่งก่อให้เกิดการสูญเสียคุณภาพของการเหนี่ยวนำ ปัจจัยคุณภาพ (หรือ Q factor) ของตัวเหนี่ยวนำเป็นอัตราส่วนของ reactance ในการเหนี่ยวนำกับความต้านทานที่ความถี่ที่กำหนด และเป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพของมัน Q factor ยิ่งสูง ตัวเหนี่ยวนำยิ่งเข้าใกล้พฤฒิกรรมที่เป็นอุดมคติปราศจากการสูญเสียของตัวเหนี่ยวนำ ต้วเหนี่ยวนำที่มี Q สูงจะถูกนำมาใช้กับตัวเก็บประจุเพื่อทำเป็นวงจรเรโซแนนท์ในเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับวิทยุ ค่า Q ยิ่งสูง แบนด์วิดธ์ของวงจรเรโซแนนท์ยิ่งแคบ(สร้างความถี่ได้ชัดเจนมากขึ้น)
Q factor ของตัวเหนี่ยวนำสามารถพบได้จากสูตรต่อไปนี้ โดยที่ L คือการเหนี่ยวนำ, R คือ ความต้านทานอนุกรมที่เกิดขึ้นของตัวเหนี่ยวนำ, ω คือความถี่ในการทำงานแบบเรเดียน และผลคูณ ωL เป็น reactance การเหนี่ยวนำ:

ขอให้สังเกตว่า Q จะเพิ่มเป็นเส้นตรงกับความถี่ถ้า L และ R เป็นค่าคงที่ แม้ว่าพวกมันจะ คงที่ที่ความถี่ต่ำ พารามิเตอร์ต่างๆก็แปรตามความถี่ด้วย ตัวอย่างเช่น skin effect, proximity effect และ core loss จะเพิ่มค่า R ตามความถี่; ค่าการเก็บประจุของขดลวดและการเปลี่ยนแปลงของค่าการซึมผ่านที่แปรตามความถี่ก็มีผลต่อค่า L
สำหรับค่าเชิงคุณภาพที่ความถี่ต่ำและภายในข้อจำกัด, การเพิ่มจำนวนรอบ N จะช่วยปรับปรุงค่า Q เพราะ L แปรเปลี่ยนตามN² ในขณะที่ R แปรเป็นเส้นตรงกับ N ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มของรัศมี r ของตัวเหนี่ยวนำไปเพิ่ม Q เพราะ L แปรตาม r² ขณะที่ R แปรเป็นเส้นตรงกับ r ดังนั้น ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศที่มี Q สูงมักจะมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่และมีจำนวนรอบมาก ทั้งสองตัวอย่างที่กล่าวมานั้นให้ถือว่าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของลวดยังคงมีค่าเท่ากัน ดังนั้นทั้งสองตัวอย่างได้ใช้ลวด(ทองแดง)มากขึ้นเป็นสัดส่วนกัน ถ้ามวลรวมของลวดถูกทำให้คงที่ ดังนั้นแล้วจะไม่มีข้อได้เปรียบในการเพิ่มจำนวนรอบหรือรัศมีของรอบเพราะลวดจะต้องมีเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กลงเป็นสัดส่วนกัน
โดยการใช้แกน ferromagneticที่มีการซึมผ่านที่สูงสามารถเพิ่มการเหนี่ยวนำเป็นอย่างมากสำหรับทองแดงจำนวนเดียวกัน ดังนั้นแกนยังสามารถเพิ่มค่า Q ได้ อย่างไรก็ตาม แกนยังสร้างการสูญเสียที่เพิ่มขึ้นตามความถี่ วัสดุแกนถูกเลือกเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับแถบคลื่นความถี่หนึ่งๆ ที่ความถี่ VHF หรือสูงกว่า แกนอากาศมีแนวโน้มที่มักจะถูกนำมาใช้
ตัวเหนี่ยวนำที่พันรอบแกน ferromagnetic อาจอิ่มตัวที่กระแสสูง ก่อให้เกิดการลดลงอย่างมากของค่าการเหนี่ยวนำ (และค่า Q) ปรากฏการณ์นี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการใช้ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ(ขนาดใหญ่ทางกายภาพ) ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศที่ถูกออกแบบมาอย่างดีอาจจะมีค่า Q หลายร้อย
 

0

15/09/2015 05:17