Εφαρμογές των επαγωγέων

Ως ένα από τα βασικά παθητικά συστατικά, οι επαγωγείς έχουν μια μακρά πλούσια ιστορία στην ηλεκτρονική, από την εκκίνηση των κινητήρων για να βοηθήσουν στην παροχή ισχύος στο σπίτι σας. Όσο πιο χρήσιμες είναι οι επαγωγείς, το μεγαλύτερο πρόβλημα με τη χρήση τους είναι το φυσικό τους μέγεθος. Οι επαγωγείς συχνά νάνουν όλα τα άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε ένα κύκλωμα και προσθέτουν πολύ βάρος επίσης. Ορισμένες τεχνικές έχουν αναπτυχθεί για την προσομοίωση ενός μεγάλου επαγωγέα σε ένα κύκλωμα, αλλά η πρόσθετη πολυπλοκότητα και τα επιπρόσθετα όρια εξαρτημάτων όπου χρησιμοποιούνται αυτές οι τεχνικές. Ακόμη και με τις προκλήσεις της χρήσης επαγωγικών πηνίων, αποτελούν βασικό συστατικό σε πολλές εφαρμογές.

Φίλτρα

Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται εκτεταμένα με πυκνωτές και αντιστάσεις για τη δημιουργία φίλτρων για αναλογικά κυκλώματα και για επεξεργασία σήματος. Μόνο ένας επαγωγέας λειτουργεί ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης, καθώς η σύνθετη αντίσταση ενός επαγωγέα αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα ενός σήματος. Όταν συνδυάζεται με έναν πυκνωτή, του οποίου η αντίσταση μειώνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα ενός σήματος, μπορεί να γίνει ένα φίλτρο με εγκοπές που επιτρέπει μόνο τη διέλευση συγκεκριμένης περιοχής συχνοτήτων. Συνδυάζοντας πυκνωτές , επαγωγείς και αντιστάσεις με διάφορους τρόπους, μπορούν να δημιουργηθούν προηγμένες τοπολογίες φίλτρων για οποιοδήποτε αριθμό εφαρμογών. Τα φίλτρα χρησιμοποιούνται στα περισσότερα ηλεκτρονικά, αν και οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται συχνά και όχι οι επαγωγείς όταν είναι εφικτοί, επειδή είναι μικρότεροι και φθηνότεροι.

Αισθητήρες

Οι αισθητήρες χωρίς επαφή αποτιμώνται για την αξιοπιστία και την ευκολία λειτουργίας τους και οι επαγωγείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση μαγνητικών πεδίων ή την παρουσία μαγνητικά διαπερατού υλικού από απόσταση. Οι επαγωγικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται σχεδόν σε κάθε διασταύρωση με φανάρι για να ανιχνεύσουν το μέγεθος της κυκλοφορίας και να προσαρμόσουν ανάλογα το σήμα. Αυτοί οι αισθητήρες λειτουργούν εξαιρετικά καλά για αυτοκίνητα και φορτηγά, αλλά μερικές μοτοσικλέτες και άλλα οχήματα δεν έχουν αρκετή υπογραφή για να ανιχνευθούν από τους αισθητήρες χωρίς λίγη επιπλέον ώθηση προσθέτοντας έναν μαγνήτη h3 στο κάτω μέρος του οχήματος. Οι επαγωγικοί αισθητήρες περιορίζονται με δύο βασικούς τρόπους: είτε το προς ανίχνευση αντικείμενο πρέπει να είναι μαγνητικό και να προκαλεί ρεύμα στον αισθητήρα είτε ο αισθητήρας πρέπει να τροφοδοτείται για να ανιχνεύει την παρουσία υλικών που αλληλεπιδρούν με ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό περιορίζει τις εφαρμογές επαγωγικών αισθητήρων και έχει σημαντικό αντίκτυπο στα σχέδια που τα χρησιμοποιούν.

Μετασχηματιστές

Ο συνδυασμός επαγωγέων με κοινή μαγνητική διαδρομή θα αποτελέσει μετασχηματιστή. Ο μετασχηματιστής είναι ένα θεμελιώδες στοιχείο των εθνικών ηλεκτρικών δικτύων και βρίσκεται σε πολλές πηγές τροφοδοσίας καθώς και για την αύξηση ή τη μείωση των τάσεων σε επιθυμητό επίπεδο. Δεδομένου ότι τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται από μια αλλαγή στο ρεύμα, όσο γρηγορότερα αλλάζουν οι τρέχουσες (αύξηση της συχνότητας), τόσο πιο αποτελεσματική λειτουργεί ένας μετασχηματιστής. Φυσικά, καθώς η συχνότητα της εισόδου αυξάνεται, η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα αρχίζει να περιορίζει την αποτελεσματικότητα ενός μετασχηματιστή. Οι μετασχηματιστές που βασίζονται στην πρακτική επαγωγή περιορίζονται στα 10s των kHz, συνήθως χαμηλότερα. Το πλεονέκτημα μιας υψηλότερης συχνότητας λειτουργίας είναι ένας μικρότερος και ελαφρύτερος μετασχηματιστής βάρους που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραδώσει το ίδιο φορτίο.

Κινητήρες

Κανονικά οι επαγωγείς είναι σε σταθερή θέση και δεν επιτρέπεται να κινηθούν για να ευθυγραμμιστούν με οποιοδήποτε κοντινό μαγνητικό πεδίο. Ο επαγωγικός κινητήρας δέχεται τη μαγνητική δύναμη που εφαρμόζεται στους επαγωγείς για να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο περιστροφής με την είσοδο εναλλασσόμενου ρεύματος. Δεδομένου ότι η ταχύτητα περιστροφής ελέγχεται από τη συχνότητα εισόδου, οι κινητήρες επαγωγής χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές σταθερής ταχύτητας που μπορούν να τροφοδοτούνται απευθείας από την παροχή ρεύματος 50/60 Hz. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των επαγωγικών κινητήρων σε σχέση με άλλα σχέδια είναι ότι δεν απαιτείται ηλεκτρική επαφή μεταξύ του δρομέα και του κινητήρα που καθιστά τους επαγωγικούς κινητήρες πολύ ισχυρούς και αξιόπιστους.

Αποθήκευση ενέργειας

Όπως οι πυκνωτές, οι επαγωγείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ενέργειας. Σε αντίθεση με τους πυκνωτές, οι επαγωγείς έχουν σοβαρό περιορισμό στο πόσο χρόνο μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια, καθώς η ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα μαγνητικό πεδίο που καταρρέει γρήγορα μόλις αφαιρεθεί η ισχύς. Η κύρια χρήση για τους επαγωγείς ως αποθήκευση ενέργειας είναι τα τροφοδοτικά τάσης, όπως η τροφοδοσία σε υπολογιστή. Στις απλούστερες, μη απομονωμένες πηγές τροφοδοσίας σε κατάσταση διακοπής, χρησιμοποιείται ένας απλός επαγωγέας στη θέση του στοιχείου μετασχηματιστή και αποθήκευσης ενέργειας. Σε αυτά τα κυκλώματα, ο λόγος του χρόνου που ο επαγωγέας τροφοδοτείται με τον χρόνο που δεν είναι ενεργοποιημένος καθορίζει την αναλογία εισόδου προς τάση εξόδου.