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インダクタ

インダクタは、電流がコイルを通過することで生じる磁気と電気の関係を利用するように設計された、ワイヤコイルで構成される受動的な電気部品です。

電磁気学のチュートリアルでは、電流が導線を流れると、導線の周囲に磁束が発生することを説明しました。これにより、導線の周囲を循環する磁束の方向と、同じ導線を流れる電流の方向との間に関係が生じ、電流と磁束の方向の間には「フレミングの右手の法則」と呼ばれるよく知られた関係が生まれます。

しかし、巻線コイルに関連するもう 1 つの重要な特性も存在します。それは、磁束の動きによってコイルに流れる電流の変化に対抗または抵抗し、同じコイルに二次電圧が誘導されるというものです。

典型的なインダクタ

最も基本的な形態では、インダクタコイルは中心のコアの周りに巻かれた電線コイルに過ぎません。ほとんどのコイルでは、電流（私）がコイルを流れると磁束が発生し、（NΦ）がその周囲に発生し、その電流の流れに比例します。

そのインダクタチョークとも呼ばれる受動型の電気部品は、コイル状の電線で、この関係を利用して、コイルに電流が流れることで、コイル自体またはコアに磁場を誘導するように設計されています。これにより、単純な電線コイルによって生成される磁場よりもはるかに強い磁場が生成されます。

インダクタは、磁束を集中させるために、まっすぐな円筒形のロッド、または連続したループやリングのいずれかである固体の中心コアの周りにしっかりと巻かれたワイヤで形成されます。

インダクタの回路図記号はコイル状の電線なので、コイルはインダクタインダクタは通常、中空コア（自由空気）、固体鉄心、またはソフトフェライトコアなど、巻かれている内部コアの種類によって分類され、以下に示すように、ワイヤコイルの横に実線または点線の平行線を追加することで、異なるコアタイプが区別されます。

インダクタの記号

現在、私インダクタを流れる電流は、それに比例する磁束を生成します。しかし、プレート間の電圧変化に抵抗するコンデンサとは異なり、インダクタは磁場内に自己誘導エネルギーを蓄積することで、自身を流れる電流の変化率に抵抗します。

言い換えれば、インダクタは電流の変化に抵抗したり逆らったりしますが、定常状態の直流電流は容易に通過させます。このインダクタの電流変化に抵抗する能力は、電流にも関係しています。私磁束の連鎖により、NΦ比例定数はインダクタンス記号はL単位はヘンリー、（Hジョセフ・ヘンリーにちなんで名付けられました。

ヘンリーはそれ自体がインダクタンスの比較的大きな単位であるため、より小さなインダクタンスの値を表すにはヘンリーのサブ単位が使用されます。例えば、

インダクタンス接頭辞

したがって、ヘンリーのサブユニットを表示するには、次の例を使用します。

• 1 mH = 1 ミリヘンリーこれはヘンリーの1000分の1（1/1000）に相当します。

• 100μH = 100マイクロヘンリーこれはヘンリーの 1 億分の 1 (1/1,000,000) に相当します。

インダクタまたはコイルは電気回路では非常に一般的であり、コイルの形状、絶縁ワイヤの巻き数、ワイヤの層数、巻き間隔、コア材料の透磁率、コアのサイズまたは断面積など、コイルのインダクタンスを決定する要因は多数あります。

インダクタコイルには中心のコア領域があり、（あ）単位長さあたりの巻数が一定である（l）。つまり、北回転は磁束の量によって結びついており、Fコイルの鎖交磁束はNΦそして、現在の（私コイルを流れる磁束（ ）は、電流の流れと逆方向に誘導磁束を発生させます。ファラデーの法則によれば、この磁束鎖交数の変化は、コイル単体に以下の自己誘導電圧を発生させます。

• どこ：

• 北回転数です

• あ断面積はm2

• Fウェーバーにおけるフラックスの量

• メートルコア材料の透過率

• lコイルの長さ（メートル）

• di/dt電流の変化率（アンペア/秒）

時間変化する磁場は、それを生み出す電流の変化率に比例した電圧を誘導します。正の値は起電力の増加を示し、負の値は起電力の減少を示します。この自己誘導電圧、電流、およびインダクタンスの関係式は、以下の式を代入することで得られます。μN2A / lとL比例定数を表すインダクタンスコイルの。

インダクタ内の磁束とインダクタを流れる電流の関係は次のように表されます。NΦ = Liインダクタは導線のコイルで構成されているため、上記の式を簡約すると自己誘導起電力（または逆起電力コイルにも誘導されます：

インダクタによって生成される逆起電力

どこ：Lは自己インダクタンスであり、di/dt現在の変化率。

インダクタコイル

したがって、この式から、「自己誘導起電力 = インダクタンス x 電流変化率」といえます。回路のインダクタンスが 1 ヘンリーの場合、回路を流れる電流が 1 アンペア/秒の速度で変化すると、回路に 1 ボルトの起電力が誘導されます。

上記の式について注意すべき重要な点が1つあります。これは、インダクタに発生する起電力と電流の変化のみを関連付けているものです。なぜなら、定常状態の直流電流のように、インダクタ電流の流れが一定で変化しない場合、瞬間的な電流変化率がゼロであるため、誘導起電力電圧はゼロになるからです。di/dt = 0。

インダクタに定常直流電流が流れ、誘導電圧がゼロの場合、インダクタは電線と同等の短絡回路、あるいは少なくとも非常に低い抵抗値を持つ回路として機能します。言い換えれば、インダクタが電流の流れに与える抵抗は、交流回路と直流回路で大きく異なります。

インダクタの時定数

インダクタ内の電流は瞬時に変化できないことが分かりました。なぜなら、瞬時に変化するために、電流はゼロ時間内に有限量だけ変化する必要があり、その結果、電流の変化率は無限大になるからです。di/dt =∞誘導起電力も無限大となり、無限大の電圧は存在しません。しかし、スイッチの動作などにより、インダクタを流れる電流が非常に急速に変化すると、インダクタのコイルに高電圧が誘導される可能性があります。

右側のインダクタの回路を考えてみましょう。スイッチによって、（S1）が開いている場合、インダクタコイルには電流が流れません。インダクタに電流が流れていないため、電流の変化率（di/dtコイルの電流変化率がゼロであれば、自己誘導起電力（でL= 0）をインダクタコイル内に配置します。

ここでスイッチを閉じると（t = 0）、電流が回路を流れ、インダクタのインダクタンスによって決まる速度でゆっくりと最大値まで上昇します。このインダクタを流れる電流速度にヘンリーの法則で表されたインダクタンスを乗じると、コイル両端に一定値の自己誘導起電力が発生します。この起電力は、上記のファラデーの式で決定されます。でL= Ldi/dt。

このインダクタコイルに発生する自己誘導起電力は、（でL）は印加電圧に抵抗し、電流が最大値に達して定常状態に達するまで抵抗を続けます。コイルに流れる電流は、コイルの巻線の直流抵抗、つまり「純」抵抗によってのみ決まります。コイルのリアクタンス値は、電流の変化率（di/dt）は定常状態ではゼロです。言い換えれば、電流の流れに抵抗するのはコイルの直流抵抗のみとなります。

同様に、スイッチ(S1)が開くと、コイルに流れる電流は減少し始めますが、インダクタは再びこの変化に抵抗し、反対方向に電圧を誘導することで電流を以前の値に維持しようとします。この減少の傾きは負で、以下に示すようにコイルのインダクタンスに依存します。

インダクタの電流と電圧

インダクタによってどれだけの誘導電圧が発生するかは、電流の変化率に依存します。電磁誘導に関するチュートリアルでは、レンツの法則次のように述べた。「誘導起電力の方向は、常にそれを引き起こしている変化に反対する方向となる」言い換えれば、誘導起電力は、そもそも誘導起電力を引き起こした動きや変化に常に反対することになります。

したがって、電流が減少すると電圧の極性は電源として作用し、電流が増加すると電圧の極性は負荷として作用します。したがって、コイルを流れる電流の変化率が同じであれば、誘導起電力の増加と減少のどちらでも同じ大きさになります。

インダクタ例1

0.5Hのソレノイドコイルに4アンペアの定常直流電流が流れます。上記の回路において、スイッチを10ms間開き、コイルに流れる電流が0アンペアになった場合、コイルに誘起される逆起電力はいくらになるでしょうか。

インダクタの電力

回路内のインダクタは電流の流れに抵抗するということはよく知られています。（私）は、この電流の流れがそれと反対の起電力を誘起するため、レンツの法則に従って、電流を流し続けるために外部の電池電源で仕事を行う必要があります。電流を流すために使用される瞬時電力（私）この自己誘導起電力に対して、（でL) は上記の通り与えられます:

回路の電力は次のように表されます。P = V*Iしたがって：

理想的なインダクタには抵抗がなく、インダクタンスのみがあるため、R = 0 Ω となり、コイル内で電力は消費されません。そのため、理想的なインダクタでは電力損失はゼロであると言えます。

インダクタのエネルギー

電力がインダクタに流れ込むと、エネルギーは磁場に蓄えられます。インダクタを流れる電流が増加し、di/dtがゼロより大きくなる場合、回路の瞬間電力もゼロより大きくなければなりません（P > 0）つまり、正の場合は、エネルギーがインダクタに蓄えられていることを意味します。

同様に、インダクタを流れる電流が減少し、di/dtがゼロより小さい場合、瞬時電力もゼロより小さくなければなりません。（P< 0）つまり負の値は、インダクタがエネルギーを回路に戻していることを意味します。上記の電力の式を積分すると、インダクタに蓄えられる磁気エネルギーの総量（常に正の値）は次のように表されます。

インダクタに蓄えられたエネルギー

どこ：でジュール単位ですLヘンリーズにあり、私アンペア単位です

エネルギーは実際には、インダクタを流れる電流によって、インダクタを取り囲む磁場内に蓄えられています。抵抗や容量を持たない理想的なインダクタでは、電流が増加するとエネルギーがインダクタに流れ込み、損失なく磁場内に蓄えられます。そして、電流が減少して磁場が消滅するまで、エネルギーは放出されません。

交流回路では、インダクタは各サイクルごとにエネルギーを蓄積し、出力し続けます。インダクタを流れる電流がDC回路のように一定であれば、蓄積されるエネルギーは変化しません。P = Li(di/dt) = 0。

インダクタは、エネルギーを蓄積し、回路に供給することはできますが、エネルギーを生成することはできないため、受動部品と定義できます。理想的なインダクタは損失が少ないと分類され、エネルギーが失われないため、無限にエネルギーを蓄積できます。

しかし、実際のインダクタは、コイルの巻線に伴って常にいくらかの抵抗を持ち、電流が抵抗を流れるたびに、オームの法則により熱という形でエネルギーが失われます。P = 私2R）電流が交流か定電流かに関係なく。

インダクタの主な用途は、フィルタリング回路、共振回路、そして電流制限です。インダクタは、交流電流や正弦波の周波数範囲を遮断または整形する回路に使用され、この役割において、シンプルなラジオ受信機や様々な発振器の「同調」に使用できます。また、破壊的な電圧スパイクや大きな突入電流から繊細な機器を保護することもできます。

インダクタに関する次のチュートリアルでは、コイルの有効抵抗がインダクタンスと呼ばれること、そして、ご存知のとおり「電流の変化に抵抗する」導電体の特性であるそのインダクタンスが、内部的に誘導される自己インダクタンスと、外部的に誘導される相互インダクタンスのいずれかになることを理解します。

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