Inductance des inducteurs

Les inducteurs, composants électroniques passifs, jouent un rôle crucial dans le stockage d’énergie sous forme de champ magnétique lorsqu’un courant électrique les traverse. Utilisés dans divers circuits électriques et électroniques, ils permettent de contrer les changements de courant, de filtrer les signaux et de stocker de l’énergie. Un inducteur se compose typiquement d’un enroulement de fil conducteur, qui peut être bobiné autour d’un noyau d’air, de ferrite ou d’un autre matériau magnétique. Les inducteurs existent sous différentes formes, tailles et valeurs d’inductance. Voici trois exemples d’inducteurs avec différentes valeurs d’inductance :

Inducteur pour petits signaux : Ces inducteurs sont souvent utilisés dans les circuits électroniques de faible puissance tels que les filtres, les oscillateurs et les applications de traitement de signal. Par exemple, un inducteur pour petits signaux pourrait avoir une inductance de 10 μH (microhenries).
Inducteur de puissance : On les trouve couramment dans les circuits d’alimentation, les convertisseurs DC-DC et les régulateurs à découpage. Ils ont généralement des valeurs d’inductance et des capacités de courant plus élevées. Par exemple, un inducteur de puissance pourrait avoir une inductance de 100 μH (microhenries).
Inducteur haute fréquence : Conçus pour les applications à haute fréquence telles que les circuits RF (radiofréquence) et les systèmes de communication, ces inducteurs ont souvent des valeurs d’inductance plus faibles et sont optimisés pour une faible perte et une capacité parasite minimale. Un inducteur haute fréquence pourrait avoir une inductance de 1 μH (microhenry).

La valeur d’inductance requise pour une application spécifique dépendra de la conception du circuit et des caractéristiques de performance souhaitées.

Calcul de l’Inductance

Pour calculer l’inductance d’une bobine ou d’un inducteur, suivez ces étapes :

Déterminez le nombre de tours (N) dans la bobine.
Identifiez le matériau du noyau et trouvez sa perméabilité relative (μ_r). Pour les bobines à noyau d’air ou avec des matériaux non magnétiques, μ_r est approximativement égal à 1.
Calculez la perméabilité du matériau du noyau (μ) en utilisant la formule : μ = μ₀ * μ_r
Mesurez la surface transversale (A) du noyau en mètres carrés (m²).
Mesurez la longueur (l) de la bobine en mètres (m).
Insérez ces valeurs dans la formule : L = (N² * μ * A) / l
Calculez l’inductance (L) en henries (H).

Cette formule s’applique principalement aux inducteurs de forme solénoïdale avec une aire transversale uniforme et des tours espacés régulièrement. Pour d’autres géométries, le calcul peut être plus complexe et nécessiter des formules spécialisées ou des méthodes numériques, telles que l’analyse par éléments finis, pour estimer précisément l’inductance.

Analogie Hydraulique

L’analogie hydraulique, ou analogie électro-fluidique, est un outil pédagogique couramment utilisé pour enseigner et faciliter la compréhension des circuits électriques. Elle peut également s’appliquer aux problèmes de transfert de chaleur.

Dans cette analogie, les composants électroniques sont représentés par des équivalents hydrauliques :

Tension : Comparable à la différence de pression qui pousse l’eau à travers un tuyau. Mesurée en volts (V).
Courant : Équivalent à un débit volumétrique hydraulique, c’est-à-dire la quantité d’eau s’écoulant sur une période donnée. Mesuré en ampères (I ou A).
Inducteurs : Assimilables à une roue à aubes lourde placée dans le flux de liquide. La masse de la roue et la taille des pales restreignent la capacité de l’eau à changer rapidement son débit (courant) à travers la roue en raison des effets d’inertie, mais, avec le temps, un flux constant passera principalement sans entrave à travers la roue, car elle tourne à la même vitesse que le flux d’eau.

Cette analogie facilite la compréhension des principes électriques pour ceux qui découvrent les circuits ou l’électronique.