인덕터의 구조와 작동원리

1. 인덕터란?

인덕터는 와이어 코일을 통해 흐르는 전류의 결과로 자체 또는 코어 내에서 자기장을 유도하여 자기와 전기 사이의 관계를 이용하도록 설계된 와이어 코일로 구성된 수동 형 전기 부품입니다. 즉, 인덕터는 인덕턴스를 가진 전기 장치입니다.

 

 

 

 

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2. 인덕터 작동 원리

인덕터는 자기장 형태로 전기 에너지를 저장하는 데 사용되는 전기 장치입니다. 코어에 와이어를 감아서 구성됩니다. 코어는 세라믹 재료, 철 또는 공기로 만들어집니다. 코어는 토로이달 또는 E자형일 수 있습니다.

 

 

 

전류를 운반하는 코일은 도체 주변의 자기장을 유도합니다. 자기장의 강도는 코어가 코일 사이에 배치되면 증가합니다. 코어는 자속에 대한 낮은 저항 경로를 제공합니다.

 

 

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자기장은 코일에 EMF를 유도하여 전류를 유발합니다. 그리고 렌츠의 법칙에 따르면, 원인은 항상 결과와 반대입니다. 여기서 전류가 원인이며 전압으로 인해 유도됩니다. 따라서 EMF는 자기장을 변화시키는 전류의 변화에 반대합니다. 인덕턴스로 인해 감소하는 전류는 유도 리액턴스로 알려져 있습니다. 유도 리액턴스는 코일의 회전 수가 증가함에 따라 증가합니다.

 

 

 

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3. 인덕터 구조

인덕터는 일반적으로 전도성 물질, 일반적으로 절연 구리선의 코일로 구성되며, 플라스틱 또는 강자성 물질로 된 코어를 감쌉니다. 후자는 "철심" 인덕터라고 합니다. 강자성 코어의 높은 투자율은 자기장을 증가시키고 인덕터에 가깝게 제한하여 인덕턴스를 증가시킵니다.

 

인덕터의 인덕턴스는 와이어의 회전 수, 회전 사이의 간격, 회전 층 수, 코어 재료 유형, 자기 투과성, 크기, 모양 등과 같은 여러 요인에 크게 의존합니다.

 

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4. 인덕터 기호

인덕터는 코일 내부의 전압(EMF)과 전류 변화의 비율인 인덕턴스 값이 특징입니다. 알파벳 'L'은 인덕턴스를 나타내는 데 사용되며 미국 과학자 Joseph Henry의 이름을 딴 Henry로 측정됩니다. 아래 그림은 인덕터의 기호 표현을 보여줍니다.

 

 

 

코일을 통해 흐르는 전류는 코일 주변의 자기장을 생성합니다. 주어진 전류 I에 의해 생성되는 자속 연결 Φ는 회로의 기하학적 모양에 따라 다릅니다. 그 비율은 인덕턴스 L을 정의합니다.

 

 

인덕터를 통과하는 전류 흐름이 초당 1암페어의 속도로 변경되고 코일 내부에서 1V의 EMF가 생성되면 인덕턴스 값은 1Henry가 됩니다.

회로의 인덕턴스는 전류 경로와 더 가까운 재료의 자기 투과성에 따라 다릅니다. 자기 투과성은 자기장을 형성하는 재료의 능력을 보여줍니다.

 

전자 제품 에서 Henry 값을 가진 인덕터는 응용 프로그램 측면에서 매우 높은 값이기 때문에 거의 사용되지 않습니다. 일반적으로 Milli Henry, Micro Henry 또는 Nano Henry와 같은 훨씬 낮은 값이 대부분의 응용 프로그램에서 사용됩니다.

 

 

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5. 인덕터 다이어그램

하나의 일반적인 표준 인덕터 구성 및 작동 다이어그램은 코어 재료를 단단히 감싼 구리선으로 시연할 수 있습니다. 아래 이미지에서 구리선은 코어 재료에 밀접하게 감겨 있어 2단자 수동 인덕터가 됩니다.

 

 

 

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6. 인덕터의 기능 (DC가 아닌 AC를 차단)

렌츠 법칙에 따르면 자기장의 변화로 인해 도체에 유도되는 전류의 방향은 자기장을 생성한 변화에 반대되는 자기장을 생성하는 것입니다.

따라서 두 가지 유형의 응용 프로그램이 있습니다. 첫 번째는 인덕터에 DC를 인가하는 것이고 다른 하나는 인덕터에 AC를 인가하는 것입니다.

 

교류가 인덕터에 가해지면 AC는 리액턴스를 증가시켜 인덕터와 반대되는 전류 흐름을 변경합니다. AC의 주파수가 높을수록 전류 변화율이 높아지고 인덕터의 차단 효과가 높아집니다.

그러나 DC가 인덕터를 통해 인가될 때 인덕터는 매우 낮은 저항으로 가까운 단락으로 작용합니다. 정상 상태 DC 흐름에서 전류 변화율은 0이므로 di/dt가 0이 됩니다. 따라서 전압이 유도되지 않고 인덕터가 DC의 흐름에 반대하지 않습니다.

 

 

 

 

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7. 인덕터 응용 

1) 튜닝 회로

인덕터의 도움으로 튜닝 회로는 원하는 주파수를 선택할 수 있습니다. 인덕터와 함께 커패시터 유형은 라디오 튜닝 회로, 텔레비전과 같은 다양한 전자 장치에 사용되어 주파수를 수정하고 여러 주파수 채널 내에서 선택하는 데 도움이 됩니다.

 

2) 인덕티브 센서

유도감응형 근접 센서는 작동이 매우 안정적이며 비접촉식 센서입니다. 인덕턴스는 코일의 자기장이 전류의 흐름에 반대하는 주요 원리입니다. 근접 센서 메커니즘은 교통 밀도를 감지하기 위해 신호등에 사용됩니다.

 

3) 에너지 저장 장치

인덕터는 전원 공급 장치가 제거되면 자기장으로 저장되는 에너지가 사라지기 때문에 짧은 기간 동안 에너지를 저장할 수 있습니다. 인덕터의 사용은 전원 공급 장치를 전환할 수 있는 컴퓨터 회로에서 볼 수 있습니다.

 

 

 

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4) 인덕션 모터

유도 전동기에서 모터의 샤프트는 교류로 인해 생성된 자기장의 존재로 인해 회전합니다. 모터의 속도는 소스에서 전원을 공급하는 주파수에 따라 고정될 수 있습니다. 모터 속도에서 인덕터의 사용을 제어할 수 있습니다.

 

5) 트랜스 포머

공유 자기장이 있는 여러 인덕터의 조합을 변압기로 설계할 수 있습니다. 변압기의  주요 용도 중 하나는 송전 시스템에서 볼 수 있습니다. 이들은 강압 또는 승압  변압기로 전력 전송을 줄이거나 늘리는 데 사용됩니다.

 

6) 인덕티브 필터

커패시터와 결합 된 인덕터는 필터로 사용됩니다. 회로에 들어가는 동안 입력 신호의 주파수는 이러한 필터를 사용하여 제한됩니다. 공급 주파수가 증가함에 따라 인덕터의 임피던스가 증가합니다.

 

7) 초크

AC가 인덕터를 통해 흐를 때 반대 방향으로 전류가 흐른다는 것을 알고 있습니다. 이로 인해 인덕터가 AC 흐름을 질식시키고 DC를 통과시킵니다. 이 메커니즘은 AC 공급 장치가 DC로 변환되는 전원에 사용됩니다.

 

8) 페라이트 비드

컴퓨터 부품과 모바일의 충전 케이블에 사용되는 페라이트 비드를 사용합니다. 페라이트 비드에 사용되는 인덕터는 케이블이 생성하는 무선 인터페이스의 주파수를 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

9) 릴레이

릴레이는 전기 스위치로 작동합니다. 스위치에 인덕터 코일을 사용하면 스위치가 AC의 흐름과 접촉하는 모든 곳에서 자기장이 생성됩니다.