Induttore con nucleo di ferro: costruzione, formula, funzionamento e sue applicazioni

Gli induttori vengono utilizzati per la conversione dell'energia elettrica in quasi tutti i circuiti dell'elettronica di potenza. Si tratta di dispositivi di accumulo di energia attiva, utilizzati per fornire energia immagazzinata tra diverse modalità operative all'interno di un circuito. Inoltre, possono funzionare anche come filtri, in particolare per le forme d'onda della corrente commutata e forniscono anche la limitazione della corrente transitoria all'interno degli interruttori soppressori. Induttori sono classificati in diversi tipi a seconda dei materiali specifici e dei metodi di costruzione in cui ogni tipo di induttore presenta alcuni vantaggi. Quindi questo articolo discute uno dei tipi di induttori come induttore con nucleo di ferro – lavorare con le applicazioni.

Cos'è l'induttore con nucleo di ferro?

L'induttore a valore fisso in cui un nucleo di ferro viene utilizzato all'interno della bobina per aumentare il valore di induttanza di un induttore è noto come induttore con nucleo di ferro. Questi induttori hanno un valore molto basso induttanza valore e il nucleo di ferro di questo induttore ha caratteristiche magnetiche davvero uniche che rafforzano il campo magnetico. Il simbolo dell'induttore del nucleo di ferro è mostrato di seguito.

Costruzione dell'induttore con nucleo di ferro

L'induttore con nucleo di ferro è progettato con un filo di rame isolato simile a una bobina di materiale conduttore avvolgendo un nucleo di ferro. Questo materiale conduttore aiuta semplicemente ad amplificare il campo magnetico dell'induttore rendendo l'induttore migliore nell'immagazzinare l'energia magnetica rispetto a un induttore con nucleo d'aria con lo stesso numero di spire.

In un progetto convenzionale, un nucleo di ferro verrebbe cablato attorno a una forma geometrica che racchiude una bobina costruita in modo elicoidale. I fili spesso includono materiali come leghe di nichel-nichel-ferro, magnesio e cadmio. Questi fili sono utilizzati in intervalli di dimensioni da 0,014 a 0,56 mm, a seconda dei livelli di corrente delle applicazioni e della gamma di frequenze coperte dal componente induttivo. La quantità di spire intrecciate determina l'induzione elettrica all'interno del sistema di conduttori del filo che viene prodotta quando la tensione viene applicata attraverso gli avvolgimenti del componente.

Un design tradizionale di un induttore a nucleo magnetico utilizza un nucleo di ferro e un materiale di ferrite avvolto con circuiti magnetici per fornire l'induttanza desiderata. Un tipico design con anima in ferro è costituito da una geometria in cui due o più partizioni cilindriche parallele sono avvolte molto probabilmente su un mandrino e quindi rivestite con una resina epossidica per creare la necessaria barriera magnetica attorno all'interno degli spazi cilindrici. Questo avvolgimento longitudinale è solitamente collegato per formare un anello chiuso corrispondente alla lunghezza del nostro materiale d'anima pi.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento di un induttore con nucleo di ferro si basa sulla proprietà che l'induzione magnetica è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso un circuito. Quindi, quando una corrente alternata viene fatta passare attraverso una bobina a un giro a base di ferro, il campo magnetico dell'elettricità nella bobina cerca di spingersi oltre l'asse, il che si traduce nelle correnti parassite che si formano all'interno del metallo. Queste correnti creano un campo magnetico che agisce contro il primario, determinando una polarità magnetica opposta e annullando così la tensione dovuta alle perdite nei cavi. Più spire ci sono in una bobina e la sua resistenza, più potente è questo effetto di annullamento. Questo è il motivo per cui elevate quantità di energia elettrica possono essere immesse nei conduttori con anima in ferro senza causare alcun danno.

Inoltre, quando il nucleo viene spostato all'interno e all'esterno della bobina del filo, può modificare l'induttanza. Rispetto agli induttori con nucleo d'aria, questi induttori sono superiori nell'immagazzinare l'energia magnetica perché il materiale di ferro aiuta ad amplificare il campo magnetico di un induttore.

Induttore con nucleo di ferro vs nucleo d'aria

Le differenze tra gli induttori con nucleo in ferro e con nucleo in aria includono quanto segue.

Formula dell'induttore con nucleo di ferro

Nell'induttore, se l'asta utilizzata è magnetica come il ferro o la ferrite, aumenterà l'induttanza dell'induttore. Allo stesso modo, se l'asta utilizzata non è magnetica come il rame o qualsiasi altro materiale, diminuirà l'induttanza dell'induttore. La formula per il calcolo dell'induttanza è;

L = µ0 µr N^2A/l

Dove

'N' numero di giri.
'l' lunghezza.
‘µ0’ è la permeabilità dello spazio libero.
‘µr’ è la permeabilità relativa.
‘µr’ per il ferro è maggiore di 1 (>1)
‘µr’ per il rame è inferiore a 1 (<1)
'A' è un'area della bobina.

Come scegliere un induttore con nucleo di ferro?

Gli induttori hanno proprietà e funzioni diverse in base alla loro forma, al materiale del nucleo o all'uso. Pertanto, è necessario essere consapevoli di queste funzioni e proprietà per selezionare l'induttore corretto per un'applicazione specifica. Pertanto, ci sono molti fattori che devono essere considerati durante la selezione di un induttore con nucleo di ferro come le prestazioni di un induttore, i requisiti del circuito, le considerazioni RF, le dimensioni e la schermatura di un induttore, la percentuale di tolleranza, ecc. Quindi i fattori che influenzano il l'induttanza dovrebbe essere presa in considerazione.

Fattori che influenzano

In qualsiasi tipo di induttore, ci sono alcuni fattori che influenzano l'induttanza della bobina discussi di seguito.

Numero di giri all'interno della bobina

Se il numero di spire all'interno della bobina è maggiore, l'entità dell'induttanza sarà maggiore.

Lunghezza della bobina

Quando la lunghezza della bobina è maggiore, la grandezza dell'induttanza sarà minore.

Materiale di base

Se la permeabilità magnetica del materiale del nucleo è maggiore, l'induttanza sarà maggiore.

Vantaggi e svantaggi

Il vantaggi degli induttori con nucleo di ferro include il seguente.

• Questi induttori hanno meno perdite.
• Le sue dimensioni e la costruzione sono semplici.
• Questo tipo di induttore ha un elevato fattore Q.
• Questi induttori hanno un grande valore di induttanza.

Il svantaggi dell'induzione con nucleo di ferro rs includono quanto segue.

• In questi induttori, la perdita aumenta alle alte frequenze.
• Questo induttore ha un isolamento complicato.
• Questi induttori hanno più corrente parassita e anche corrente armonica.

Applicazioni/Usi

Le applicazioni degli induttori con nucleo di ferro includono quanto segue.

• Questi induttori vengono utilizzati nei circuiti di filtro per stabilizzare la tensione di ripple.
• È estremamente utile nelle applicazioni AF e negli alimentatori industriali.
• Questi possono essere utilizzati come soffocamento AF all'interno di luci a tubo fluorescente.
• Questi sono utilizzati nei sistemi di inverter.
• Questi sono utilizzati nel transito rapido e nel condizionamento dell'alimentazione.

Quindi, questa è una panoramica di un nucleo di ferro induttore - funzionante con applicazioni. Generalmente, molti induttori includono un nucleo magnetico realizzato con ferro o ferrite disposto nella bobina. L'effetto del nucleo di ferro nell'induttore è quello di aumentare il campo magnetico e quindi l'induttanza. I valori di induttanza di questi induttori sono molto elevati a causa del loro nucleo di ferro. Quindi possono gestire la massima potenza anche se sono limitati all'interno della capacità ad alta frequenza. Questi sono utilizzati principalmente in applicazioni basate su basse frequenze come apparecchiature audio. Ecco una domanda per te, cos'è un induttore a nucleo d'aria ?