İNDÜKTANS KAVRAMI VE İNDÜKTÖR

∎ Tahmini Okuma Süresi: 4 Dakika ∎

     Herkese selamlar. Kapasite kavramı ve hesapları hakkında konuştuktan sonra indüktans kavramı ve indüktör (bobin) elemanı hakkında yazmayı müfredatımız gereği uygun bulduk.

     Önceki yazılarımızda da dile getirdiğimiz gibi eğer bir konu hakkında konuşacaksak o konu içinde geçen terimleri tek tek açıklamalıyız. Karşımıza ilk çıkan ifade indüktans oluyor. İndüktans, elektrik enerjisinin manyetik alan ile depo edilebilme kapasitesidir. Elektrik devrelerinde bizim işimiz gücümüz enerji iledir. Enerjiyi gerekli mercilere transfer etmeye ve depo etmeye çalışırız. İndüktans, manyetik alan ile enerji depolama kapasitesi ise o zaman indüktör de bu işi yapan elemana verilen addır.

   Bobin, yukarıda görüldüğü üzere bir nüve (çeşitli geometrik şekillerde olan ferromanyetik malzeme) üzerine sarılmış, üzeri elektriksel yalıtkan malzeme ile kaplanmış telin spinlerinin bir araya getirilmesi ile oluşturulan bir elemandır. Peki, bu elemanda nasıl bir özellik var da elektrik enerjisini manyetik alan ile depo edebiliyor?

Telin Manyetik Akım Gösterimi
Telin Manyetik Akım Gösterimi

 İçerisinden akım akan bir telin etrafında, yukarıda da görüldüğü üzere bir manyetik alan oluşur. Manyetik alan akı çizgilerini doğurur. Bu akı B harfi ile gösterlir. Birimi Weber/m^2 (Wb/m^2) veya Tesla (T)’dır. Manyetik alan şiddeti ise H (Henry) harfi ile gösterilir. Manyetik alan şiddeti, akının manyetik alanı oluşturmak için ortaya koyduğu emeğin birimidir.

     Manyetik alanı dümdüz bir telden akım geçirerek oluşturup bu alandan istifade etmeye çalışmak akıl işi değildir. Sebebi ise manyetik alan çizgilerinin, bütün bir dümdüz telin etrafına saçılmış durumda olmasıdır. İndüktörün spinler halinde imal edilmesinin sebebi, oluşan manyetik alanı bir noktada toplamaktır.

Bir noktada yoğunlaşan manyetik alan, daha çok enerji depolayabilir. Manyetik akı çizgilerinin büyüklüğü bobin içinden geçen akıma bağlıdır. Ne kadar çok akım akarsa o kadar çok akı, bobinin spinlerinin sarıldığı alandan geçecek diye bir kaide kesinlikle yoktur.

B = µ x H diye bir denklem, burada karşımıza çıkıyor. “µ”, nüvenin manyetik geçirgenliğidir. Yukarıdaki bobin, hava nüveli olduğundan dolayı manyetik geçirgenliği havanın değeridir. Manyetik alanın şiddeti ile malzemenin manyetik geçirgenlik kat sayısı çarpılıp manyetik alan yoğunluğu bulunur. Fakat burada çok dikkat edilmesi gereken bir nokta var. Malzeme belli bir seviyeye kadar içinde akı dolaşımına izin verebilir. Bu şuna benzer: Bir su borumuz var, içinden su akıyor fakat o borunun içinden akabilecek maksimum su miktarı belli. Fazlasını boru taşıyamaz. Aynı şekilde düşünebiliriz. Nüvemizin de belli bir kapasitesi var ve bu seviyeye ulaşan nüve doyuma girmiştir demektir. 

Doyum Grafiği
Doyum Grafiği

  Bu doyum da yukarıdaki grafikle ifade edilebilir.

     Elektrik enerjisinden bahsediyorsak gerilimden de bahsediyoruz demektir. Bobin elemanı, içinden akan akımın zamana bağlı değişiminden faydalanarak bu değişimi engelleyici yönde gerilim indükler. Enerjiyi depo etmekten kastımız budur. Eğer içinden akan akım zamanla azalıyorsa, bobin elemanı bu azalmayı engelleyici yönde gerilim indükler ki kendi durumunu koruyabilsin. Eğer bobin içinden akan akım zamanla artıyorsa, bobin elemanı bu azalmaya karşı zıt yönde gerilim indükler ki bobinin içinden akan akım değişmesin. Fakat bobin bunu bir yere kadar sürdürür. Daha sonra akan akıma yenilir ve zıt yönde gerilim indükleyemez. 

     Şimdi indüktans kavramını biraz daha kurcalayalım: Bobinin enerji depolama kapasitesi olduğunu ifade etmiştik. Enerjinin de gerilim olarak depolandığını ifade etmiştik. Daha açık ifade etmek gerekirse; bobinin içinden akan akımın 1 saniyedeki değişimine karşılık olarak bobinde 1V öz indüksiyon gerilimi indükleniyorsa (bir nevi oluşuyorsa), bu bobinin indüktansı 1 Henry(H)’ dir. Bu örnekten anlaşılması gereken şudur: İndüktans, akımdaki değişime karşı koyma yeteneğidir. Fakat direnç elemanı, bizzat akımın kendisine karşı koyuyordu. İki ifadenin birbirine karışmaması gerekir. İndüktör, devrede akım artıyorsa bunu engellemeye yönelik gerilim indükler; devrede akım azalıyorsa bunu engellemeye yönelik gerilim indükler, yani stabilizeyi sağlamaya çalışan bir elemandır. Bu tanımdan sonra olayı biraz formüle dökebiliriz. Akının manyetik malzemede dolaştığından bahsetmiştik. Onu akım gibi düşünebiliriz demiştik. Akımı sınırlayan elemana direnç demiştik. Akıyı sınırlayan elemana da manyetik direnç diyoruz. Malzemenin lineer olduğunu var sayarak ampirik bir formül ile manyetik direnci ifade edelim:

 Burada l manyetik direncini ölçeceğimiz malzemenin uzunluğudur. µ, akının aktığı manyetik malzemenin geçirgenlik katsayısıdır. S ise akının aktığı manyetik malzemenin kalınlığıdır.

 Nüvenin etrafına sarılı telin indüktansı, yukarıdaki formül ile bulunmaktadır. Burada N, bobinin kaç sarımdan oluştuğudur. Yukarıdaki iki formülü bir düşünecek olursak, 

  İfadesi karşımıza çıkmaktadır. Burada dikkatleri çekmek istediğim çok mühim bir nokta var. Formülümüzde N2 ifadesi geçmektedir. Üstel ifadeler lineerliği bozan ifadelerdir. Üst kısımda da zaten bobin elemanının lineer olmadığından bahsetmiştik, bu yüzden pek sevilmez.

   Malzemenin geçirgenlik katsayısı µ’den bahsetmiştik. Bu katsayıyı biz bir referansa göre belirliyoruz. Katsayılar daima referans baz alınarak belirlenir. Devamında gelen formüller ise referansa göre çıkartılmış formüllerdir. Bizim manyetik devrelerdeki referansımız havadır. Acaba hava ne kadar manyetik geçirgendir? Deneyler ile ölçülerek havanın manyetik geçirgenliği test edilmiştir. Diğer malzemelerin ise havaya göre kaç kat manyetik geçirgen olduğu saptanmıştır.

Burada µr bağıl manyetik geçirgenliktir. µ malzemenin manyetik geçirgenliğidir. µ0 havanın manyetik geçirgenliğidir. Yukarıdaki formülümüzü tekrar güncellersek,

Yeni formülümüz kabaca bu şekilde ifade edilir.

Bu yazımızda indüktans ve indüktör kavramlarına elimizden geldiği kadarıyla açıklık getirmeye çalıştık. Umarım ufuk açıcı bir yazı olmuştur. Herkese sağlıklı haftalar dilerim. Diğer yazımızda görüşmek üzere.

Bahadır Ahmet Ulaş

Bahadır Ahmet Ulaş

Kocaeli Üniversitesi Elektrik Mühendisliği 4.sınıf öğrencisiyim. Specter Medya’da elektrik, robotik ve yazılım alanlarında içerikler üretiyorum. Lise yıllarında hobim olan yazılımı, üniversitede donanımla birleştirip projeler üretiyorum. Hayalimi meslek edindim ve bu yolda profesyonelleşme çabalarımı burada paylaşmak istiyorum.