Principes de base de l'inductance :tout ce que vous devez savoir

Les inducteurs sont rares pour l'électronique de loisir. Cependant, il est essentiel de savoir si vous faites quelque chose qui implique du courant alternatif (AC). Ils sont aussi populaires que les résistances dans les applications qui utilisent le courant alternatif. Ils imposent des changements dans le flux de courant. En conséquence, ils sont parfaits pour filtrer les signaux et transformer entre différentes tensions alternatives. C'est pourquoi nous les utilisons souvent dans des alimentations à puissance variable. Ce ne sont là que quelques-unes des raisons pour lesquelles vous devriez vous renseigner sur les inducteurs. Néanmoins, ce guide explorera certaines des bases de l'inducteur.

Qu'est-ce qu'un inducteur ?

Un ensemble de bobines d'inductance

Une inductance est un composant électronique qui stocke de l'énergie de manière transitoire. Par conséquent, il utilise un champ magnétique pour y parvenir. Généralement, la plupart des inducteurs apparaissent comme une bobine de fil (souvent du fil de cuivre) autour d'un gabarit magnétique ou non magnétique. Les formateurs peuvent utiliser les principaux types de matériel de base suivants :

• Noyau de fer
• Noyau de ferrite
• Air Core
• Inducteurs à noyau en céramique

Par conséquent, les inducteurs à ferrite et à noyau de fer peuvent être les plus préférables car ils peuvent générer des champs magnétiques plus importants et ainsi stocker plus d'énergie.

Comment fonctionne une inductance ?

Un inducteur

Comme vous l'avez peut-être remarqué, les inducteurs n'ont pas nécessairement besoin de formeurs pour fonctionner. La plupart des inducteurs d'air sont des fils étroitement isolés enroulés ensemble sans centre. En raison de la loi d'induction de Faraday, lorsqu'un courant électrique traverse une bobine, il crée un champ magnétique.

Lorsque nous enroulons un groupe de fils, cela peut créer un champ magnétique encore plus grand. Au fur et à mesure que le courant circule dans ce cluster, il devient de l'énergie magnétique. Cependant, lorsque le courant cesse de circuler, le champ électromagnétique se décompose et l'énergie magnétique se transforme en énergie électronique. À ce stade, il imite un morceau de fil classique.

Cependant, il faut un certain temps avant que l'inducteur se transforme et libère toute l'énergie magnétique et électrique, et c'est le concept de base de l'électromagnétisme sur lequel fonctionnent tous les inducteurs.

Pour illustrer, nous pouvons considérer les inducteurs comme de grandes roues hydrauliques. Lorsque vous avez une roue hydraulique stationnaire lourde et que vous commencez à y faire couler de l'eau, il faudra du temps et de l'énergie pour faire tourner la roue. Cependant, une fois qu'il commence à tourner et qu'il a un élan important, il faudra du temps pour qu'il s'arrête de tourner lorsque vous coupez l'alimentation en eau. Les inducteurs fonctionnent sur le même principe mais avec une charge électrique.

Cette résistance au flux électrique est ce que nous appelons l'inductance. Il décrit le rapport entre le flux magnétique et le courant électrique qui l'induit. Il existe une grande variété de différents types d'inducteurs sur le marché de l'électronique. Ils ont tous leurs propres propriétés de base, constructions et objectifs uniques.

Différences entre les inductances et les condensateurs

Condensateurs et inductances de la carte d'alimentation

Bien que les inducteurs et les condensateurs remplissent des fonctions similaires, ils fonctionnent assez différemment. Ce sont tous deux des composants passifs qui stockent l'énergie d'un circuit puis la déchargent. Cependant, un condensateur stocke de l'énergie dans un champ électrique. En revanche, les inducteurs stockent l'énergie dans un champ magnétique et la libèrent sous forme d'énergie électrique. Par conséquent, il s'agit d'un processus que nous connaissons sous le nom d'induction électromagnétique.

Notamment, c'est là que les inducteurs tirent leur nom. Néanmoins, nous utilisons généralement des condensateurs dans les applications électrolytiques haute tension telles que les alimentations.

Nous pouvons également les utiliser dans des applications à basse tension et à des fins générales où nous avons besoin de grandes valeurs de capacité. D'autre part, nous utilisons des inducteurs et des applications AC comme la radio TV.

Symbole d'inductance

Nous mesurons l'inductance à l'aide de l'unité SI d'inductance, que nous connaissons sous le nom de Henry (H). Il tire son nom de Joseph Henry, un éminent scientifique qui a découvert l'inductance mutuelle. Néanmoins, les différents symboles électroniques des inducteurs ressemblent à ceci :

Symboles électriques/électroniques pour les inducteurs

Comment mesurer l'inductance

Avant de pouvoir explorer comment mesurer l'inductance, nous devons examiner quels facteurs influencent l'inductance.

Facteurs influençant l'inductance

Une collection d'inducteurs de starter industriels

Nous pouvons déterminer l'inductance électromagnétique d'un inducteur par quatre facteurs principaux :

• Nombre de spires de la bobine (N )
• Matériau de l'âme et perméabilité (μ)
• La section transversale de la bobine (A)
• Longueur de la bobine (l )

L'inductance est directement proportionnelle à la perméabilité. Si nous augmentons la perméabilité, nous augmentons l'inductance. Considérons l'inducteur à noyau d'air. L'air a une perméabilité relative de 1 (μ =1). En effet, l'air, tout comme la céramique, n'a pratiquement aucune propriété magnétique et n'améliore donc en rien l'inductance de la bobine.

Si vous avez besoin d'un inducteur avec une inductance plus élevée, vous devriez envisager d'utiliser un noyau avec un matériau magnétique ou un matériau ferromagnétique. Incidemment, les inducteurs à noyau magnétique ont une perméabilité qui se chiffre en centaines (μ =100+).

En tant que tels, ils fournissent une inductance nettement plus élevée pour une inductance de même taille. C'est pourquoi les fabricants ont tendance à éviter de construire des inducteurs à noyau d'air. Bien que vous puissiez penser que c'est une bonne idée d'utiliser un matériau de noyau avec la plus grande perméabilité, ce n'est pas parce que le type de matériau de noyau affecte la puissance et l'efficacité thermique.

Les matériaux composites en ferrite et en métal sont deux types de noyaux que les fabricants utilisent couramment dans les conducteurs. Chaque type de matériau a ses forces et ses faiblesses. Par exemple, le matériau de ferrite a tendance à avoir une perméabilité très élevée et une valeur d'inductance élevée pour une taille de boîtier donnée.

Cependant, l'instabilité thermique peut être un facteur qui dissuade les gens de choisir ce matériau d'âme. Le courant entrant de fonctionnement au-dessus du niveau de saturation peut entraîner une surchauffe et une défaillance du circuit électronique.

Les noyaux composites métalliques ont tendance à être plus souhaitables en raison de leurs caractéristiques de saturation plus douces. Cela peut être plus proche de votre inducteur idéal. Néanmoins, lors du choix d'un inducteur, ce sont les facteurs que vous devez prendre en compte. Ils contrôlent et influencent les propriétés électromagnétiques de l'inducteur.

Comment calculer les microhenries d'une bobine d'inductance

Pour trouver l'inductance d'une bobine, vous devrez mesurer la longueur (L) et le diamètre (d) de la boucle, ainsi que compter le nombre (N) de tours (ou d'anneaux dans la boucle). Ensuite, vous devez mettre au carré le nombre de tours (N^2) et le diamètre (D^2). Ensuite, vous devrez multiplier les chiffres au carré les uns par les autres. Dans un calcul séparé, multipliez le diamètre par 18 (18D) et ajoutez-le à la longueur, que vous multipliez par 40 (40L).

Divisez la première équation par la deuxième équation. Votre équation finale ressemblera à ceci :

µH =(N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)

Les calculs ci-dessus révéleront les microhenrys d'une bobine. Pour convertir les microhenries en henries, vous devrez prendre le résultat de l'analyse ci-dessus et le diviser par 1 000 000. C'est parce que :

• 1μH =0,000001H
• 1H =1000000μH

Vous pouvez trouver des calculateurs d'inductance de bobine en ligne ou acheter des inducteurs d'une valeur connue pour vous faciliter la tâche.

Inducteurs en série et en parallèle

Tout comme mettre des résistances et des condensateurs en série et en parallèle, vous voudrez probablement faire la même chose avec des inductances. En règle générale, les inducteurs ajoutent des chaînes et se mettent en parallèle de la même manière que les résistances. Ainsi, l'équation pour les résistances en série et en parallèle est similaire pour les inductances.

Les inductances en série s'additionnent comme des résistances. Disons que vous avez deux inductances en série (L1 et L2). L'équation ressemblera à ceci :

Total =L1 + L2

Schéma de circuit des inductances en série

Cela a du sens car c'est le même courant qui traverse toutes les inductances. Ainsi, s'il y a un changement dans le tirage, la différence dans tous les inducteurs est la même. Lorsque nous connectons des inductances en parallèle, l'inductance totale sera inférieure à chaque inductance.

En conséquence, chaque inductance subit moins que la quantité totale de courant électrique traversant le circuit électrique car le courant électrique se divise. En tant que tel, le rapport du flux magnétique au courant électrique est différent. Ainsi, l'équation ressemblera à ceci :

Totale =1/(1/L1+1/L2)

Schéma du circuit Si inductances en parallèle

Énergie stockée par un inducteur

Dans cette section, nous allons explorer comment calculer la quantité d'énergie électrique dans une inductance.

Prenons un exemple où un courant de 15A (Ampères) traverse une inductance de 200mH. L'énergie stockée est la moitié de l'inductance multipliée par le carré du vent.

Le modèle de notre équation ressemble à ceci :

U =1/2L * I^2

En utilisant notre exemple, la première étape que nous devons prendre est de convertir mH (millihenrys) en H (henrys). Pour ce faire, vous devrez multiplier la valeur d'inductance mH par 10 ^ -3. Ainsi, le calcul et le résultat ressembleront à ceci :

200mh * 10^-3 =0.2H

Une fois que nous avons notre inductance en henrys, nous pouvons calculer l'énergie du champ magnétique. Le calcul ressemble à ceci :

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

U =22,5 Joules

C'est l'équation standard pour calculer l'énergie stockée dans le champ magnétique d'un inducteur.

Applications d'inducteur

L'inductance comme starter sur un circuit

Nous avons brièvement abordé certaines des utilisations des inducteurs dans la section ci-dessus. Néanmoins, examinons de plus près et développons certaines de ces applications. Nous utilisons des inducteurs pour :

• Convertisseurs élévateurs où ils aident à augmenter la tension de sortie en courant continu (CC) tout en diminuant le courant
• Pour étouffer les alimentations en courant alternatif et ne laisser passer que le courant continu (CC) dans un circuit
• Séparation des différentes fréquences
• Circuits RF, circuits analogiques et circuits accordés
• Moteurs, transformateurs, relais et une large gamme d'autres composants électroniques et convertisseurs

Ce sont les applications d'inductance les plus courantes, et nous pouvons également utiliser des inductances à plus haute fréquence dans les applications radio.

Résumé

Il est important de se rappeler que vous ne pouvez pas mesurer l'inductance avec un multimètre standard. Cependant, vous pouvez trouver des modèles spécifiques avec un compteur RLC intégré. Cependant, cela ne vous révélera pas le résultat le plus précis. Pour mesurer correctement l'inductance, vous devez utiliser un compteur RLC. Vous pouvez connecter l'inductance à l'unité, et elle effectuera un test rapide pour mesurer les valeurs. Alternativement, vous pouvez utiliser certaines des informations du guide ci-dessus pour comprendre comment calculer vous-même l'inductance. Néanmoins, nous espérons que vous avez trouvé le texte ci-dessus utile. Comme toujours, merci d'avoir lu.