유도기(Inductor)란?
유도기(Inductor)는 전선에 흐르는 전류의 변화에 대항하여 역기전력(Emf)을 발생시키는 소자입니다. 유도기의 특성은 인덕턴스(Inductance)라는 값으로 나타냅니다.
인덕턴스의 단위는 H(henry)를 사용합니다. 1초 동안 전류가 1A만큼 변화할 때 1V의 역기전력을 유도하는 경우를 1H라고 합니다.
인덕턴스(Inductance)의 기본 원리
인덕턴스는 도체에 전류가 흐를 때 주변에 형성되는 자기장과 관련이 있습니다.
전류(i)가 변화하면 자기선속(φ)도 변화합니다. 이러한 변화에 의해 유도기에 전압이 유도됩니다.
유도기 구조와 인덕턴스의 관계
인덕턴스는 유도기의 구조에 따라 달라집니다.
코일이 감긴 횟수가 많을수록 인덕턴스는 커지고, 코일의 길이가 길어질수록 인덕턴스는 작아집니다. 또한 μ(투자율)이 높을수록 인덕턴스 값도 증가합니다.
유도기에 발생하는 전압
전류가 변화하면 유도기에는 전압이 발생합니다. 이때 전압의 극성은 전류의 변화를 방해하는 방향으로 형성됩니다.
유도기의 직렬·병렬 연결
유도기는 회로에서 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수 있습니다.
연결 방식에 따라 등가 인덕턴스를 계산하는 방법이 달라집니다.
유도기를 직렬 연결한 경우
유도기를 직렬로 연결하면 각 유도기에는 동일한 전류가 흐릅니다.
직렬 연결에서는 KVL에 따라 회로상의 모든 루프에서 전압의 합이 0이 되는 특성을 이용해 등가 인덕턴스를 구할 수 있습니다.
따라서 직렬로 연결된 유도기의 등가 인덕턴스는 각 인덕턴스의 합과 같습니다.
유도기를 병렬 연결한 경우
유도기를 병렬로 연결하면 각 유도기에는 동일한 전압이 걸립니다.
병렬 연결에서는 KCL에 따라 각 노드에 흐르는 전류의 관계를 이용해 등가 인덕턴스를 구할 수 있습니다.
따라서 병렬로 연결된 유도기의 경우 등가 인덕턴스의 역수는 각 인덕턴스 역수의 합과 같습니다.
병렬 연결된 유도기의 경우, 등가 인덕턴스의 역수와 각 인덕턴스의 역수의 합은 동일합니다.
따라서 유도기는 직,병렬에 따른 계산식만 보면 저항을 계산할 때와 동일하다고 볼 수 있습니다.
유도기의 기본 원리 정리
유도기는 전류의 변화에 대항하는 역기전력을 발생시키고, 자기장에 에너지를 저장하는 대표적인 PCB 수동소자입니다.
인덕턴스는 코일의 구조와 투자율 등에 따라 달라집니다. 또한 유도기를 직렬 또는 병렬로 연결하면 연결 방식에 따라 등가 인덕턴스를 계산할 수 있습니다.
유도기는 다양한 전기·전자 회로에 사용됩니다. 인버터와 모터를 비롯한 여러 시스템에서도 중요한 역할을 합니다.
따라서 PCB와 전기회로를 이해하기 위해서는 인덕턴스, 역기전력, 자기장 및 직렬·병렬 연결의 기본 원리를 함께 이해하는 것이 중요합니다.
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