ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) มีคุณสมบัติไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงทันทีทันใด ซึ่งตัวของมันจะเก็บพลังงานในรูปของสนามแม่เหล็ก ค่าความเหนี่ยวนำตัวเอง (Self-inductance) ของขดลวด เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเอง
ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดที่เราต้องการหา โดยส่วนใหญ่แล้วแกนของขดลวดตัวเหนี่ยวนำจะไม่ได้เป็นอากาศ อาจจะเป็นวัสดุที่เราหามาได้ หรือแกนเฟอร์ไรต์ที่ขายตามบ้านหม้อ จะไม่มี Datasheet ของแกน
วิธีการออกแบบตัวเหนี่ยวนำโดยส่วนใหญ่จะใช้การคำนวณด้วยโปรแกรมออนไลน์บนอินเตอร์เน็ต เช่น http://coil32.net/online-calculators.html แต่เนื่องจากการคำนวณของโปรแกรมกำหนดให้ใส่ค่า Relative Magnetic Permeability (ค่าความซึมซาบทางแม่เหล็กของแกน) เมื่อไม่มี Datasheet ก็จะไม่สามารถรู้ค่า Relative magnetic permeability ได้ ดังนั้นคนส่วนใหญ่จึงใช้วิธีคาดเดาเอาเองว่าเท่าไร เมื่อออกแบบมาแล้วผลที่ได้จึงมีประสิทธิภาพต่ำ และไม่มีความแน่นอน หรือถ้าการคำนวณตัวเหนี่ยวนำบางแบบ ออกแบบการคำนวณมาเฉพาะตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ เราก็จะไม่สามารถใช้โปรแกรมนั้นออกแบบได้ เพราะค่าที่ได้จะคลาดเคลื่อน
โดยที่แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำสามารถหาได้ ดังสมการข้างล่าง
ภาพจาก http://coil32.net/online-calculators/ferrite-torroid-calculator.html
ยกตัวอย่างเช่น ตัวเหนี่ยวนำแบบโซลีนอยล์ ซึ่งเป็นแบบ Single Layer (ขดลวดชั้นเดียว)
อ้างอิงจาก http://coil32.net/theory/faq.html
กำหนดให้เป็นค่า Inductance ที่คำนวณได้จากโปรแกรมออนไลน์ http://coil32.net/online-calculators/one-layer-coil-calculator.html ถ้าค่าตัวเหนี่ยวนำที่เราออกแบบไม่ได้ทำมาจากแกนอากาศจะได้ความสัมพันธ์ว่า
โดยที่ค่าความเหนี่ยวนำจริงที่เกิดขึ้นจะเป็นจำนวนเท่าของตัวเหนี่ยวนำที่คำนวณได้จากโปรแกรม ดังนั้น เมื่อเรารู้ค่าความเหนี่ยวนำจริงที่เกิดขึ้นก็จะสามารถหาค่า k ได้ ซึ่งค่า k ในที่นี่คือ Relative Magnetic Permeability ของแกนที่เราใช้นั้นเอง
กรณีที่โปรแกรมคำนวณกำหนดให้ใส่ค่า Relative Magnetic Permeability ในขณะที่เราไม่รู้ค่าที่แท้จริง ให้ใส่ค่าเท่ากับ 1 เพื่อจะได้คำนวณค่าความเหนี่ยวนำในกรณีแกนอากาศออกมาก่อน จากนั้นจึงใช้วิธีก่อนหน้าเพื่อหาค่า Relative Magnetic Permeability ของแกนต่อไป
การหาค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดด้วยวิธีรีโซแนนท์ (Resonance Method)
วิธีนี้เป็นวิธีที่ผู้เขียนพัฒนาขึ้นมาเองจากหลักการของวงจรรีโซแนนท์ เพื่อหาค่าความเหนี่ยวนำจริงของขดลวด จากความถี่รีโซแนนท์ของวงจร (Resonance frequency) หาได้จาก
เขียนวงจรโดยโปรแกรม PSIM
ซึ่งการจะเกิดรีโซแนนท์ได้นั้นวงจรต้องมีช่วงเวลาที่เป็น Source Free นั่นหมายถึง มีอิสระจากแหล่งจ่าย กระแสไฟฟ้าสามารถไหลกลับไปกลับมาระหว่างตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ในการจำลองเราได้ใช้แหล่งจ่ายที่เป็นแบบ Pulse (มีเฉพาะค่าบวก) ขนาด 12Vpeak-peak (สูง 12V) ซึ่งกำหนดความถี่ให้สอดคล้องกับวงจรรีโซแนนท์ และค่า R = 5 Ohms เป็นความต้านทานที่เกิดขึ้นเนื่องจากค่าความต้านทางของขดลวดที่่ใช้พันตัวเหนี่ยวนำ เราสามารถต่อเพิ่มเข้าไปได้ เพื่อลดกระแสรีโซแนนท์ แต่ค่าที่ต่อเข้าไปต้องเป็นค่าต่ำๆ เพื่อไม่ให้รบกวนการรีโซแนนท์
ที่ความถี่รีโซแนนท์ค่าแรงดันที่ตกคร่อมอุปกรณ์ในวงจรจะมีค่าสูงสุด โดยต้องวัดหลังจากที่วงจร Steady State แล้ว (เห็นสัญญานมีค่ายอดคงที่) อุปกรณ์ที่ใช้วัดต้องเป็น Oscilloscope หรือมัลติมิเตอร์แบบ True RMS เพื่อจะได้วัดสัญญานได้ถูกต้อง
ผลการจำลองวงจรโดย PSIM ที่ความถี่วงจรเท่ากับ 1000 Hz 12Vp-p
จากกราฟเป็นการจำลองที่ความถี่รีโซแนนท์ พบว่าแรงดันยอดที่ตกคร่อมอุปกรณ์พบว่าตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจะมีค่ายอดสูงที่สุด (54.11 V) ดังนั้นจึงแนะนำให้วัดแรงดันยอดที่ตกคร่อมตัวต้านทาน ซึ่งขณะนี้มีค่าเท่ากับ 7.637 V เพื่อป้องกันเครื่องมือวัดเสียหายจากแรงดันเกิน
ผลการจำลองวงจรโดย PSIM ที่ความถี่วงจรเท่ากับ 900 Hz 12Vp-p
จากกราฟเป็นการจำลองที่ความถี่ไม่ตรงกับความถี่รีโซแนนท์ของวงจร พบว่าค่ายอดแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุจะเท่ากับ 38.2587 V ตัวเหนี่ยวนำเท่ากับ 26.3799 V และตัวต้านทานจะเท่ากับ 4.769 V ซึ่งมีค่าต่ำกว่ากรณีความถี่รีโซแนนท์
จากหลักการดังกล่าวจึงนำไปสู่การหาค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดในวงจร โดยเราต้องทราบค่าความเหนี่ยวนำมาจากโปรแกรมออนไลน์ก่อน เพื่อจะได้กำหนดขอบเขตความถี่ขั้นต่ำที่สุดในการหา โดยจะเริ่มจากเพิ่มความถี่ไปเรื่อยๆ จนกระทั่งพบความถี่ที่ทำให้วงจรเกิดการรีโซแนนท์ จากนั้นจึงนำมาแทนค่าในสมการ เพื่อหาค่าความเหนี่ยวนำที่แท้จริง เมื่อได้ค่าความเหนี่ยวนำที่แท้จริงแล้ว จึงนำไปแทนในสมการ เพื่อหาค่า Relative Magnetic Permeability ของแกน
