В катушке индуктивностью: № 927. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшится вдвое?

      Комментариев к записи В катушке индуктивностью: № 927. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшится вдвое? нет

Содержание

Внимательно прочитайте текст задания и выберите верный ответ из списка

Задание 18727

В катушке индуктивностью 6 мГн сила тока I зависит от времени t, как показано на графике, приведённом на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения о процессах, происходящих в катушке.

Ответы:

Скорость изменения тока в катушке была максимальна в интервале времени от 4 до 6 с.

Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, минимален в интервале времени от 3 до 4 с.

Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в рамке, в интервале времени от 4 до 6 с равен 9 мВ. — Правильный ответ

Энергия магнитного поля катушки в интервале времени от 1 до 3 с оставалась равной 12 мДж.

Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, максимален в интервале времени от 0 до 1 с. — Правильный ответ

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности – электронный компонент, представляющий собой винтовую либо спиральную конструкцию, выполненную с применением изолированного проводника.

 Основным свойством катушки индуктивности, как понятно из названия – индуктивность. Индуктивность – это свойство преобразовать энергию электрического тока в энергию магнитного поля. Величина индуктивности для цилиндрической или кольцевой катушки равна 

Где  ψ — потокосцепление, µ0 = 4π*10-7 – магнитная постоянная, N – количество витков, S – площадь поперечного сечения катушки, l — длина средней линии потока.

Также катушке индуктивности присущи такие свойства как небольшая ёмкость и малое активное сопротивление, а идеальная катушка и вовсе их лишена. Применение данного электронного компонента отмечается практически повсеместно в электротехнических устройствах. Цели применения различны:

— подавление помех в электрической цепи;
— сглаживание уровня пульсаций;
— накопление энергетического потенциала;
— ограничение токов переменной частоты;
— построение резонансных колебательных контуров;
— фильтрация частот в цепях прохождения электрического сигнала;
— формирование области магнитного поля;
— построение линий задержек, датчиков и т.

д.

Энергия магнитного поля катушки индуктивности

Электрический ток способствует накоплению энергии в магнитном поле катушки. Если отключить подачу электричества, накопленная энергия будет возвращена в электрическую цепь. Значение напряжения при этом в цепи катушки возрастает многократно. Величина запасаемой энергии в магнитном поле равна примерно тому значению работы, которое необходимо получить, чтобы обеспечить появление необходимой силы тока в цепи. Значение энергии, запасаемой катушкой индуктивности можно рассчитать с помощью формулы.

 

Реактивное сопротивление

При протекании переменного тока, катушка обладает кроме активного, еще и реактивным сопротивлением, которое находится по формуле 

По формуле видно, что в отличие от конденсатора, у катушки с увеличением частоты, реактивное сопротивление растет, это свойство применяется в фильтрах частот.

При построении векторных диаграмм важно помнить, что в катушке, напряжения опережает ток на 90 градусов.

Добротность катушки

Еще одним важным свойством катушки является добротность. Добротность показывает отношение реактивного сопротивления катушки к активному. 

Чем выше добротность катушки, тем она ближе к идеальной, то есть она обладает только главным своим свойством – индуктивностью.

Конструкции катушек индуктивности


Конструктивно катушки индуктивности могут быть представлены в разном исполнении. Например, в исполнении однослойной или многослойной намотки проводника. При этом намотка провода может выполняться на диэлектрических каркасах разных форм: круглых, квадратных, прямоугольных. Нередко практикуется изготовление бескаркасных катушек. Широко применяется методика изготовления катушек тороидального типа. 

Витки проводника, как правило, наматываются плотно один к одному. Однако в некоторых случаях намотка производится с шагом. Подобная методика отмечается, к примеру, когда изготавливаются высокочастотные дроссели.

Намотка провода с шагом способствует снижению образования паразитной ёмкости, так же как и намотка, выполненная отдельными секциями. 

Индуктивность катушки можно изменять,  добавляя в конструкцию катушки ферромагнитный сердечник. Внедрение сердечников отражается на подавлении помех. Поэтому практически все дроссели, предназначенные для подавления высокочастотных помех, как правило, имеют ферродиэлектрические сердечники, изготовленные на основе феррита, флюкстрола, ферроксона, карбонильного железа. Низкочастотные помехи хорошо сглаживаются катушками на пермалоевых сердечниках или на сердечниках из электротехнической стали.

  • Просмотров:

    • Катушки индуктивности теория: разновидности, применение

    Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

     

    Устройство обычно представляет собой винтовую, спиральную или винтоспиральную катушку из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на

    цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика или плоскую спираль, волну или полоску печатного или другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость.

     

    Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

     

    Существуют также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.

     

    Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

     

    Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

     

    В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке.

     

    Потери в проводах вызваны тремя причинами:

    · Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.

    · Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.

    · В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки.

    В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

     

    Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

    · Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).

    · Потери от магнитных свойств диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

     

    В общем случае можно заметить что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

     

    Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

     

    Потери на вихревые токи. Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи становятся источником потерь из-за сопротивления проводников.

     

    Разновидности катушек индуктивности

     

    Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

     

    Катушки связи. Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

     

    Вариометры. Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

     

    Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.

     

    Сдвоенные дроссели две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Т.е. предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) или ферритовый сердечник.

     

    Применение катушек индуктивности

     

    · Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

    · Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

    · Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

    · Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.

    · Катушки используются также в качестве электромагнитов.

    · Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

    · Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

    o Рамочная антенна

    o DDRR

    o Индукционная петля

     

    · Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

    · Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

    · Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.

     

    Эффективные способы намотки, разработанные на нашем предприятии:

     

    Позволяют снять ограничения на диапазоны применяемых напряжений, токов и температур. Снижают сечение провода, стоимость и массу катушек при тех же условиях эксплуатации. Либо позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.

    Наши многолетние исследования показали, что наиболее эффективным способом охлаждения является воздушный. Применение дополнительных видов изоляции иногда бывает нежелательно и ухудшает свойства обмоток. Вместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к увеличению площади контакта провода с мощными потоками воздуха.

     

    1. Разделенная обмотка.

    Лучшая альтернатива дополнительной изоляции. Обмотка разделена на любое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между соседними витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким образом любое опасное пробивное напряжение можно снизить до электрозащитных показателей обыкновенного эмальпровода без применения особых электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать охлаждение.

    2. Бесконтактная обмотка.

    Витки обмотки подвешены в воздухе на специальных растяжках. Не имеют механического, электрического и теплового контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое эффективное воздушное охлаждение, тепло- и электроизоляция.

    3. Корпус в виде улитки.

    Наиболее эффективным способом охлаждения обмоток мы считаем воздушное. Применение такого корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических характеристик дает значительные преимущества.

    4. Двухполупериодная обмотка.

    Все новое – это хорошо забытое старое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет применять обмотки с меньшим сечением. Особенно актуальна двухполупериодная обмотка там, где в небольшие габариты требуется поместить очень мощную обмотку с таким толстым проводом, который невозможно согнуть под требуемыми углами без повреждения. Или промышленность не выпускает настолько толстые шины, и таким образом можно перейти на меньшее сечение.

    5. Трубопроводная обмотка.

    Для работы на особо высоких температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.

    6. Заливка компаундами с примесями на основе нитрида бора и другими для повышения теплопроводности компаунда. Либо виброустойчивая растяжка с применением специальных техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.

    Наши специалисты разработают наиболее эффективный способ решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.

     

    Ждем Ваших заказов.

    Катушка индуктивности. Параметры. Виды. Обозначение на схемах

    Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Катушка индуктивности относится к числу элементов, без которых не получится построить приемник, телевизор, радиоуправляемую модель, передатчик, генератор сигналов, модемный преобразователь, сетевой фильтр и т.п.

    Катушку индуктивности или просто катушку можно представить в виде нескольких витков провода намотанного в спираль. Ток проходя по каждому витку спирали создает в них магнитное поле, которое пересекаясь с соседними витками наводит в них э. д.с самоиндукции. И чем провод длиннее и большее число витков он образует, тем самоиндукция больше.

    Индуктивность

    По своей сути индуктивность является электрической инерцией и ее основное свойство состоит в том, чтобы оказывать сопротивление всякому изменению протекающего тока. Если через катушку пропускать определенный ток, то ее индуктивность будет противодействовать как уменьшению, так и увеличению протекающего тока.

    В отличие от конденсатора, который пропускает переменный и не пропускает постоянный ток, катушка индуктивности свободно пропускает постоянный ток и оказывает сопротивление переменному току, потому что он изменяется быстрее, чем может изменяться магнитное поле.

    И чем больше индуктивность катушки и чем выше частота тока, тем оказываемое сопротивление сильнее. Это свойство катушки применяют, например, в приемной аппаратуре, когда требуется в электрической цепи преградить путь переменному току.

    Индуктивность измеряется в генри (Гн), миллигенри (1мГн = 10ˉ3 Гн), микрогенри (1мкГн = 10ˉ6 Гн), наногенри (1нГн = 10ˉ9 Гн) и обозначается латинской буквой L.

    Общие свойства катушек индуктивности

    В зависимости от требуемой индуктивности и частоты, на которой катушка будет работать, она может иметь самые различные исполнения.

    Для высоких частот это может быть простая катушка состоящая из нескольких витков провода или же катушка с сердечником из ферромагнитного материала и иметь индуктивность от нескольких наногенри до нескольких десятков миллигенри. Такие катушки применяются в радиоприемной, передающей, измерительной аппаратуре и т.п.

    Катушки, работающие на высоких частотах, можно разделить на катушки контуров, катушки связи и дроссели высокой частоты. В свою очередь катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и переменной индуктивностью (вариометры).

    По конструктивному признаку высокочастотные катушки разделяются на однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без сердечников и катушки с магнитными и немагнитными сердечниками, бескаркасные, цилиндрические плоские и печатные.

    Для работы в цепи переменного тока низкой частоты, на звуковых частотах, во входных фильтрах блоков питания, в цепях питания осветительного электрооборудования применяются катушки с достаточно большой индуктивностью. Их индуктивность достигает десятки и даже сотни генри, а в обмотках могут создаваться большие напряжения и протекать значительные токи.

    Для увеличения индуктивности при изготовлении таких катушек применяют магнитопроводы (сердечники), собранные из отдельных тонких изолированных пластин сделанных из специальных магнитных материалов – электротехнических сталей, пермаллоев и др.

    Применение наборных магнитопроводов обусловлено тем, что под действием переменного магнитного поля в сплошном магнитопроводе, который можно рассматривать как множество короткозамкнутых витков, образуются вихревые токи, которые нагревают магнитопровод, бесполезно потребляя часть энергии магнитного поля. Изоляция же между слоями стали оказывается на пути вихревых токов и значительно снижает потери.

    Катушки с магнитопроводами из изолированных пластин можно разделить на дроссели и трансформаторы.

    Основные параметры катушек индуктивности

    Свойства катушек могут быть охарактеризованы четырьмя основными параметрами: индуктивностью, добротностью, собственной емкостью и стабильностью.

    1. Индуктивность.

    Индуктивность (коэффициент самоиндукции) является основным электрическим параметром и характеризует величину энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергии она запасает в своем магнитном поле.

    Индуктивность зависит от размеров каркаса, формы, числа витков катушки, диаметра и марки провода, а также от формы и материала магнитопровода (сердечника).

    В радиолюбительских схемах, как правило, величину индуктивности не указывают, так как радиолюбителя интересует не эта величина, а количество витков провода в катушке, диаметр и марка провода, способ намотки (внавал, виток к витку, крест на крест, секционная намотка) и размеры каркаса катушки.

    2. Добротность.

    Добротность (Q) характеризуется качеством работы катушки индуктивности в цепях переменного тока и определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь.

    Активное сопротивление включает в себя сопротивление провода обмотки катушки; сопротивление, вносимое диэлектрическими потерями в каркасе; сопротивление, вносимое собственной емкостью и сопротивления, вносимые потери в экраны и сердечники.

    Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество. В большинстве случаев добротность катушки определяют резонансные свойства и к.п.д. контура.
    Современные катушки средних размеров имеют добротность около 50 – 300.

    3. Собственная емкость.

    Катушки индуктивности обладают собственной емкостью, которая увеличивается по мере увеличения числа витков и размеров катушки. Между соседними витками существует межвитковая емкость, из-за которой некоторая часть тока проходит не по проводу, а через емкость между витками, отчего сопротивление между выводами катушки уменьшается.

    Все дело в том, что общее напряжение, приложенное к катушке, разделяется на межвитковые напряжения из-за чего между витками образуется электрическое поле, вызывающее скопление зарядов. Витки, разделенные слоями изоляции, образуют обкладки множества маленьких конденсаторов, через которые протекает часть тока, из общей емкости которых и складывается собственная емкость катушки. Таким образом катушка обладает не только индуктивными но и емкостными свойствами.

    Собственная емкость является вредным параметром и ее стремятся уменьшить применением специальных форм каркаса и способом намотки провода.

    4. Стабильность.

    Стабильность катушки характеризуется изменением ее параметров под воздействием температуры, влажности и во времени.

    Изменение индуктивности под влиянием температуры характеризуют температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), равным относительному изменению индуктивности при изменении температуры на 1°С. ТКИ катушки определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса.

    Влажность вызывает увеличение собственной емкости и диэлектрических потерь, а также понижает стабильность катушки. Для защиты от действия влажности применяется герметизация или пропитка и обволакивание обмотки негигроскопичными составами.

    Такие катушки обладают более низкой добротностью и большой собственной емкостью, но при этом они более устойчивы к воздействию влаги.

    Катушки индуктивности с магнитопроводами

    Для получения малогабаритных катушек различного назначения применяют магнитопроводы (сердечники), которые изготавливают из магнитодиэлектриков и ферритов. Катушки с магнитопроводами имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, малую длину провода и небольшие размеры.

    Ценным свойством катушек с магнитопроводами является возможность их подстройки, т.е. изменения индуктивности в небольших пределах путем перемещения внутри катушки специального цилиндрического подстроечника, состоящего из феррита с напрессованной на него резьбовой втулкой.

    Магнитодиэлектрики представляют собой измельченное вещество, содержащее в своем составе железо (ферромагнетик), частицы которого равномерно распределены в массе диэлектрика (бакелита или аминопласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.

    Ферриты представляют собой твердые растворы окислов металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающееся при этом вещество – полупроводниковая керамика – обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.

    Основным достоинством ферритов является высокая магнитная проницаемость, которая позволяет существенно уменьшить размеры катушек.

    В старых принципиальных схемах магнитопроводы из магнитодиэлектриков и ферритов обозначались одинаково – утолщенной штриховой линией (рис. а). Впоследствии стандарт ЕСКД оставил этот символ для магнитопроводов из магнитодиэлектрика, а для ферритовых ввел обозначение, ранее применявшееся только для магнитопроводов низкочастотных дросселей и трансформаторов – сплошную жирую линию (рис. б). Однако согласно последней редакции ГОСТ 2.723.68 (март 1983г.) магнитопроводы катушек изображают линиями нормальной толщины (рис. в).

    Катушки, индуктивность которых можно изменять с помощью магнитопровода, на электрических схемах указываются при помощи знака подстроечного регулирования, который вводится в ее условное обозначение.

    Изменение индуктивности обозначают двумя способами: либо знаком подстроечного регулирования пересекающим обозначения катушки и магнитопровода (рис. а), либо только пересечением магнитопровода с изображением его над катушкой (рис. б).

    Экранированные катушки индуктивности

    Для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электромагнитным полем катушки и влияния на катушку окружающего пространства, ее экранируют, т.е. помещают в замкнутом металлическом экране.

    Однако под влиянием экрана изменяются основные электрические параметры катушки: уменьшаются индуктивность и добротность, увеличивается сопротивление и собственная емкость.

    Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам расположен экран, т.е. изменение параметров зависит от соотношения между размерами катушки и размерами самого экрана.

    Для высокочастотных катушек экраны выполняются в виде круглых или прямоугольных стаканов из алюминия, меди или латуни с толщиной стенок 0,3 – 0,5 мм.

    Чтобы на схемах обозначить экранированную катушку, ее условное обозначение помещают в знак экранирования, который соединяют с корпусом.

    Также необходимо отметить, что экранировать необходимо лишь катушки большого размера, диаметр которых составляет более 15 – 20 мм.

    Катушки диаметром не более 4 – 5 мм создают магнитное поле в относительно небольшом пространстве и при удалении таких катушек от других деталей на расстояние в 4 – 5 раз больше их диаметра опасных связей, как правило, не возникает, поэтому они не нуждаются в специальном экранировании.

    Обозначение катушек с отводами и начала обмотки

    В радио и электротехнической аппаратуре, например, в приемниках или импульсных преобразователях напряжения, иногда используют не всю индуктивность катушки, а только некоторую ее часть. Для таких случаев катушки изготавливают с отводом или отводами.

    При разработке некоторых конструкций иногда необходимо строго соблюсти начало и конец обмотки катушки или трансформатора. Чтобы указать, какой из концов обмотки является началом, а какой – концом, у вывода начала обмотки ставят жирную точку.

    Для подстройки катушек на частотах свыше 15…20 МГц часто применяют магнитопроводы из немагнитных материалов (меди, алюминия и т.п.). Возникающие в таком магнитопроводе под действием магнитного поля катушки вихревые токи создают свое поле, противодействующее основному, в результате чего индуктивность катушки уменьшается.

    Немагнитный магнитопровод-подстроечник обозначают так же, как и ферритовый, но рядом указывают химический символ металла, из которого он изготовлен. На рисунке изображен подстроечник, изготовленный из меди.

    Вот и все, что хотел рассказать о катушках индуктивности.
    Удачи!

    Литература:
    1. В. А. Волгов «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры».
    2. В. В. Фролов «Язык радиосхем».
    3. М. А. Сгут «Условные обозначения и радиосхемы».

    Практическое руководство по катушкам индуктивности

    Большинство проводящих материалов (металлов) является парамагнитными или ферромагнитными, в то время как большинство непроводящих материалов (неметаллов) является диамагнитными. Любой проводник обладает некоторой индуктивностью в ответ на изменение величины или направления протекания тока. Даже обычный прямой провод имеет индуктивность, хотя она достаточно мала, чтобы пренебрегать ею. Если провод свернуть в петлю — его индуктивность увеличится. Чем больше сделать таких одинаковых витков, тем большая индуктивность будет присуща проводу. Индуктивность одиночной петли или катушки из провода может быть многократно увеличена с помощью подходящего ферромагнитного сердечника.

    Простейшими катушками индуктивности являются катушки с воздушным сердечником (рисунок 1). Они сделаны путем намотки провода вокруг пластмассового, деревянного или любого не ферромагнитного сердечника. Индуктивность катушки зависит от числа витков, радиуса и общей формы, также она пропорциональна числу витков и диаметру катушки. Индуктивность обратно пропорциональна длине провода для заданного диаметра катушки и числу витков. Итак, чем ближе будут витки, тем больше будет индуктивность. Электропроводность катушек индуктивности зависит от материала и толщины провода. Потери (в виде тепла) в значительной степени зависят от материала, используемого в качестве сердечника.

     

    Рис. 1. Пример катушки индуктивности с воздушным сердечником 

    Катушки с воздушным сердечником имеют небольшую индуктивность, которая может составлять максимум 1 мГн. Катушки с воздушным сердечником могут быть рассчитаны так, что будут пропускать через себя ток практически неограниченной величины при условии использования проводника большой длины, смотанного в катушку большого радиуса. Такие катушки индуктивности практически не вносят потерь, так как воздух не рассеивает много энергии в виде тепла. Чем выше частота переменного тока, тем меньше индуктивность, необходимая для получения значительных эффектов. Таким образом, катушки индуктивности с воздушным сердечником вполне подходят для применения в высокочастотных цепях переменного тока благодаря отсутствию потерь, способности пропускать через себя большие токи и достаточным значениям индуктивности.

    При использовании железных или ферритовых сердечников индуктивность может быть значительно увеличена. Однако порошкообразный, железный или ферритовый сердечник вносит значительные потери электрической энергии в виде тепла. Использование ферромагнитных сердечников также ограничивает максимальную величину рабочего тока катушек индуктивности. В ферромагнитных сердечниках насыщение происходит при протекании максимального рабочего тока. При увеличении тока сверх этого критического значения индуктивность может начать уменьшаться. При больших токах ферромагнитные сердечники могут достаточно сильно нагреваться, что может привести к их разрушению и необратимому существенному изменению номинальной индуктивности катушки.

    Соленоид против катушек индуктивности

     

    Соленоиды часто путают с катушками индуктивности. Соленоиды — это катушки проводов, которые предназначены для использования в качестве электромагнитов. Многие индукторы также являются катушками проводов, но они предназначены для обеспечения индуктивности в электрической цепи. Катушки индуктивности цилиндрической формы также называют соленоидными катушками, но только из-за их конструкции, схожей с конструкцией соленоида. Тем не менее, они не предназначены для использования в качестве электромагнита. Соленоиды специально используются в качестве электромагнитов и обычно имеют подвижный или статический сердечник. Обычно соленоиды используются в качестве электромагнитов в электрических звонках, электродвигателях, работающих на постоянном токе, и в реле.

    Соленоидные катушки как индуктивности

     

    Простейшими и наиболее распространенными индуктивностями являются соленоидные катушки. Эти индуктивности представляют собой цилиндрические катушки, намотанные вокруг диамагнитного или ферромагнитного сердечника. Они являются самыми простыми с точки зрения проектирования и изготовления.

    Соленоидная, или цилиндрическая катушка может быть легко использована для подстройки величины индуктивности, если в конструкцию интегрировать механизм перемещения ферромагнитного сердечника катушки внутрь и наружу. Путем перемещения сердечника внутрь катушки и обратно можно изменять ее эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности. Это называется настройкой магнитной проницаемости и используется для подстройки частот в радиочастотных схемах.

    Сердечник можно сделать подвижным, прикрепив его к винтовому валу и закрепив гайкой на другом конце катушки. Когда вал винта вращается по часовой стрелке — сердечник перемещается внутрь катушки, увеличивая эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности. Когда вал винта вращается против часовой стрелки — сердечник выдвигается, уменьшая эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности.

    Тороиды как катушки индуктивности

    Сегодня еще одной наиболее распространенной формой катушек индуктивности является тороид. Тороиды имеют кольцевой ферромагнитный сердечник, на который намотан провод. Тороиды нуждаются в меньшем числе витков и физически меньше при той же величине индуктивности и рабочей величине тока, по сравнению с соленоидными катушками (рисунок 2). Другим важным преимуществом тороидов является то, что магнитный поток находится внутри сердечника, что позволяет избежать нежелательной взаимной индуктивности.

    Рис. 2. Сильноточные тороидальные катушки индуктивности 

    Однако намотать провод на тороид сложно. Регулировать магнитную проницаемость тороида еще сложнее. Проектирование катушек с тороидальным сердечником и переменной величиной индуктивности требует реализации громоздкой и сложной конструкции. В цепях, где требуется взаимная индуктивность, катушки должны быть намотаны на один и тот же сердечник в случае, если тороид используется в качестве катушки индуктивности.

    Индуктивности на основе чашеобразных Р-сердечников*

     

    В типичных катушках индуктивности — соленоидных и тороидных — провод намотан вокруг ферромагнитного сердечника. Катушки индуктивности на основе чашеобразных сердечников – это другой тип индуктивностей, в котором обмотка катушки находится внутри ферромагнитного сердечника. Чашеобразный ферромагнитный сердечник имеет форму двух половин в виде чаш со специальным цилиндрическим выступом (керном) на дне одной из половин, на котором размещается обмотка. Обе половины имеют отверстия, из которых извлекается провод катушки. Вся сборка скрепляется болтом и гайкой.

    Катушки данного типа, как и тороиды, обладают большой индуктивностью и электропроводностью при небольших габаритах и меньшем числе витков. Магнитный поток, как и в случае с тороидами, остается внутри. Таким образом, нет нежелательной взаимной индуктивности с сердечниками. Опять же, как и в случае с тороидами, очень трудно варьировать величину индуктивности катушек данного типа. Изменять величину индуктивности в катушках индуктивности на основе Р-сердечников возможно только путем изменения числа витков и при использовании отводов в разных точках катушки.

    *- В литературе также встречается термин “Р-сердечник закрытого типа”. В ГОСТ 19197-73 данному типу сердечников присвоено название – “броневой”.

    Линия передачи как индуктивность

    В цепях постоянного тока катушки индуктивности ведут себя почти так же, как и обычный провод, обладая незначительным сопротивлением, но не более того. Таким образом, они находят применение преимущественно в электрических цепях переменного тока. В аудиосхемах в качестве индуктивностей обычно используются тороиды, катушки на основе круглых чашеобразных сердечников или аудиотрансформаторы. Номинал индуктивности, применяемый в таких электрических цепях, варьируется от нескольких мГн до 1 Гн. Катушки индуктивности вместе с конденсаторами используются в аудиосхемах для подстройки. В настоящее время микросхемы практически полностью вытеснили катушки индуктивности и конденсаторы в аудиосистемах и других подобных областях применения.

    При увеличении частоты должны использоваться индуктивности с сердечниками меньшей проницаемости. На нижнем конце радиочастотного спектра используются те же катушки индуктивности, что и в аудиоприложениях. На частотах до нескольких МГц весьма распространены катушки индуктивности с тороидальным сердечником. Для частот 30…100 МГц предпочтительны катушки с воздушным сердечником. Для частот более 100 МГц в линии передачи используются высокочастотные индуктивности и специальные трансформаторы. Линии передачи малой длины (четверть длины волны сигнала или меньше) сами могут быть использованы в качестве индуктивности для подстройки частоты радиосигналов. Линия передачи, используемая в качестве подобной индуктивности, обычно представляет собой коаксиальный кабель.

    Индуктивности в цепях постоянного тока

    Катушки индуктивности практически бесполезны в цепях постоянного тока. Однако можно предположить, что катушка индуктивности, подключенная к цепи постоянного тока, может быть полезна для понимания принципов ее работы и особенностей поведения пульсирующих напряжений постоянного тока. Предположим, что обычная катушка индуктивности подключена к источнику напряжения через ключ. При замыкании ключа на индуктивность подается напряжение, вызывающее быстрое изменение протекающего через нее тока. Когда приложенное напряжение увеличивается от нуля до пикового значения (за короткое время), индуктивность противодействует изменяющемуся через нее току, индуцируя напряжение, противоположное по полярности приложенному напряжению. Индуцированное напряжение при подаче питания на катушку индуктивности называется обратной ЭДС и определяется по формуле 1:

    VL = – L*(di/dt),   (1)

    где:

    • VL – напряжение (обратная ЭДС), индуцированная на катушке;
    • L – индуктивность катушки;
    • di/dt – скорость изменения тока во времени.

    Согласно приведенной формуле 1, внезапное изменение тока через катушку индуктивности дает бесконечное напряжение, что физически невозможно. Таким образом, ток через катушку индуктивности не может измениться мгновенно. Ток сталкивается с влиянием индуктивности при каждом небольшом изменении его величины и медленно возрастает до своего пикового постоянного значения. Итак, в начальный момент времени катушка индуктивности представляет собой разрыв цепи, когда переключатель замкнут. Обратная ЭДС наводится на катушку индуктивности до тех пор, пока изменяется значение протекающего через нее тока. Индуцированная обратная ЭДС всегда остается равной и противоположной возрастающему приложенному напряжению. Когда напряжение и ток от источника приближаются к постоянному значению, обратная ЭДС падает до нуля, а катушка индуктивности начинает вести себя как обычный провод. При подаче напряжения на катушку индуктивности мощность, запасенная ею, определяется по формуле 2:

    P = V * I = L*i*di/dt,   (2)

    где:

    • P – электрическая мощность, запасенная в катушке;
    • V – величина пикового напряжения на катушке индуктивности;
    • I – величина пикового тока, протекающего через катушку индуктивности.

    Энергия, запасенная индуктивностью при подаче напряжения, определяется по формуле 3:

    W = ∫P.dt = ∫L*i*(di/dt)dt = (1/2)LI2,   (3)

    где:

    • W – электрическая энергия, запасенная в катушке индуктивности в виде магнитного поля;
    • I – максимальное значение тока, протекающего через катушку.

    Когда происходит отключение источника напряжения (путем размыкания ключа), напряжение на индуктивности падает с постоянного пикового значения до нуля. В отличие от конденсаторов, при отключении источника напряжения напряжение на индуктивности не поддерживается. Фактически оно уже упало до нуля, тогда как ток, проходящий через него стал постоянным. Теперь, когда приложенное напряжение падает от пикового постоянного значения до нуля, ток, протекающий через катушку индуктивности, также падает с постоянного пикового значения до нуля. Катушка противодействует падению тока, вызывая прямую ЭДС в направлении приложенного напряжения. Из-за индуцированной прямой ЭДС ток, проходящий через катушку индуктивности, падает до нуля с более медленной скоростью. Как только ток уменьшается до нуля, прямая ЭДС также падает до нуля.

    Таким образом, при подаче напряжения питания электрическая энергия преобразовывалась в магнитное поле в катушке индуктивности, что было очевидно по обратной ЭДС, индуцированной на ней. При отключении напряжения питания та же самая электрическая энергия возвращается индуктором в цепь в форме прямой ЭДС. Всякий раз, когда напряжение на катушке индуктивности увеличивается, возникает обратная ЭДС, а всякий раз, когда напряжение на катушке уменьшается, возникает прямая ЭДС.

    На практике обратная или прямая ЭДС, которая наводится на катушке индуктивности, во много раз больше приложенного напряжения. Если источник индуктивности подключен к источнику напряжения или катушка индуктивности подключена к цепи постоянного тока без какой-либо защиты, электрическая энергия, возвращаемая при размыкании переключателя, выделяется в виде скачка напряжения или искры на контактах переключателя. Если индуктивность или ток в цепи достигают достаточно больших значений, то энергия выделяется в форме дуги или искры на контакте переключателя и может даже сжечь или расплавить его. Этого можно избежать, используя резистор и конденсатор, соединенные в RC-цепь и включенные последовательно с контактом переключателя. Такая RC-цепь называется снабберной и позволяет электрической энергии, выделяемой катушкой индуктивности, заряжать и разряжать конденсатор, поэтому она не повреждает другие компоненты. Во многих электрических цепях для сохранения компонентов схемы от обратной или прямой ЭДС катушек индуктивности или соленоидов используются защитные диоды.

    Катушка индуктивности в цепи переменного тока

    Катушка индуктивности противодействует любому изменению тока, который протекает через нее, а переменный ток, в свою очередь, отстает на 90° от напряжения. В начальный момент времени, когда напряжение источника подается на катушку, ток через нее протекает максимальный, но в противоположном направлении. При подаче напряжения ток протекает через катушку индуктивности из-за индуцированной обратной ЭДС, которая противоположна приложенному напряжению. Индуцированное на катушке напряжение всегда равно и противоположно по знаку приложенному напряжению в любой момент времени. Когда приложенное напряжение возрастает от нуля до пикового значения, ток через катушку падает от максимума до нуля.

    Когда прикладываемое напряжение падает от максимального значения до нуля, то на катушке индуцируется прямая ЭДС, заставляя ток противоположного направления расти от нуля до пикового значения. Когда приложенное напряжение меняет полярность и возрастает до пикового значения, ЭДС снова индуцируется на катушке, вызывая падение обратного тока от пикового значения до нуля. Когда приложенное напряжение снова падает до нуля в обратном направлении, в катушке индуцируется прямая ЭДС, заставляющая ток снова расти от нуля до максимального значения в противоположном направлении. Это продолжается для каждого цикла протекания переменного тока.

    Индуктивное сопротивление

    Противодействие протекающему току из-за наличия индуктивности называется индуктивным сопротивлением. Амплитуда тока через катушку индуктивности обратно пропорциональна частоте приложенного напряжения. Поскольку напряжение на катушке (обратная или прямая ЭДС) пропорционально индуктивности, то амплитуда тока также обратно пропорциональна величине индуктивности. Итак, противодействие току из-за наличия индуктивности в виде индуктивного сопротивления определяется по формуле 4:

    XL = 2πfL= ωL   (4)

    Соответственно, пиковая амплитуда тока, проходящего через катушку индуктивности, определяется по формуле 5:

    Ipeak = Vpeak/XL= Vpeak/ ωL,   (5)

    где:

    • Ipeak – пиковое значение переменного тока, протекающего через катушку индуктивности;
    • Vpeak – пиковое значение переменного напряжения, приложенного к катушке;
    • XL – индуктивное сопротивление.

    Как резистивное и емкостное сопротивление, так и единица индуктивного сопротивления измеряется в омах. Следует отметить, что в электрических цепях нет потерь энергии из-за наличия емкостного или индуктивного сопротивления, что нельзя сказать об обычном резистивном сопротивлении. Тем не менее, реактивное сопротивление может ограничивать уровни тока через конденсатор или катушку индуктивности.

    Применение катушек индуктивности

    Катушки индуктивности используются в электрических цепях переменного тока. Они обычно применяются в аналоговых схемах, схемах обработки сигналов и в системах телекоммуникаций, а также используются вместе с конденсаторами для создания фильтров различных топологий. В телекоммуникационных системах индуктивности применяются в составе специальных фильтров, которые нужны для подавления возможных бросков напряжения и предотвращения утечки информации через линии системы электропитания.

    Трансформаторы, которые используются для повышения или понижения напряжения переменного тока, состоят из двух катушек индуктивности, объединенных в единую конструкцию определенным образом. Индуктивности также используются для временного хранения электрической энергии в цепях выборки-хранения и источниках бесперебойного питания. В цепях электропитания катушки индуктивности (где они называются фильтрующими дросселями) используются для сглаживания пульсирующих токов.

    Поведение индуктивности при прохождении через нее сигнала можно определить следующим образом:

    • Всякий раз, когда приложенное к катушке индуктивности напряжение увеличивается, катушка генерирует обратную ЭДС, в результате чего ток через нее падает с максимального значения до нуля или даже ниже этого уровня. Всякий раз, когда прикладываемое напряжение уменьшается, катушка создает прямую ЭДС, в результате чего ток через нее повышается с нуля или текущего уровня до максимального значения или даже до более высокого.
    • Обратная или прямая ЭДС сохраняется на катушке индуктивности до тех пор, пока приложенное напряжение, а следовательно и ток через нее изменяются. Когда приложенное напряжение достигает определенного постоянного значения, обратная или прямая ЭДС падает до нуля, и постоянный ток протекает через катушку индуктивности без какого-либо противодействия, как в обычном соединительном проводе.
    • Из-за наличия индуктивности скорость изменения тока в цепи замедляется. Если сигнал переменный, то ток всегда будет отставать от напряжения на 90° из-за наличия индуктивности.
    • Благодаря индуктивному или емкостному сопротивлению потери энергии отсутствуют. Энергия, запасенная катушкой индуктивности в форме магнитного поля или конденсатором в форме электростатического поля, возвращается обратно в цепь, как только приложенное напряжение падает до нуля или меняет полярность. Однако из-за реактивного сопротивления пиковый уровень тока (амплитуда сигнала) ограничен.

    Источник: https://www.engineersgarage.com

    катушки индуктивностью

    катушки индуктивностью

    Задача 10814

    По катушке индуктивностью L = 5 мкГн течет ток силой I = 3 A. При выключении тока он изменяется практически до нуля за время Δt = 8 мс. Определить среднее значение э. д. с. самоиндукции, возникающей в контуре.

    Задача 13595

    Катушка индуктивностью L = 1,5 Гн и сопротивлением Rl = 15 Ом и резистор сопротивлением R2 = 150 Ом соединены параллельно и подключены к источнику, электродвижущая сила которого ε = 60 В, через ключ К. Определите напряжение на зажимах катушки через t1 = 0,01 с и t2 = 0,1 с после размыкания цепи.

    Задача 70240

    Ток, который изменяется по закону І = 3 cos 2t (время – в секундах, ток – в амперах), проходит по катушке индуктивностью L = 40 мГн. Установить закон изменения и максимальное значение ЭДС самоиндукции.

    Задача 12293

    Катушка индуктивностью L = 10 мГн соединена последовательно с резистором R = 47 Ом. Их подключают к источнику ЭДС. Определить постоянную времени цепи, и время в течении которого ток через катушку достигнет значения 0,95 от максимального значения.

    Задача 13757

    Определите, через какое время сила тока замыкания достигнет 95% от предельною значения, если источник ЭДС замыкают на катушку индуктивностью L = 0,5 Гн и сопротивлением R = 12 Ом.

    Задача 14155

    Ток, изменяющийся по синусоидальному закону с частотой равной 50 Гц, протекает по катушке с индуктивностью 2 мГн. Определить амплитуду данного тока, если значение ЭДС самоиндукции, возникающее за интервал времени, в течение которого ток в катушке изменяется от минимального до максимального значения, составляет 4 В.

    Задача 19634

    На графике показана зависимость от времени силы переменного электрического тока I, протекающего в катушке с индуктивностью l = 5 мГн. Чему равен модуль ЭДС самоиндукции в момент времени t = 10 мс?

    Задача 19663

    На графике показана зависимость от времени силы переменного электрического тока I, протекающего в катушке с индуктивностью L = 5 мГн. Чему равно ЭДС самоиндукции в момент времени t = 40 мс?

    Индуктивность. Виды катушек и контур. Работа и особенности

    Индуктивность характеризует магнитные свойства цепи тока. Она прямо пропорциональна магнитному потоку и обратно пропорциональна силе тока в контуре.

    Индуктивность

    Электрический ток во время протекания по контуру образует магнитное поле. Индуктивностью называют способность получать энергию от источника тока и создавать из нее магнитное поле.

    При повышении тока на обмотке магнитное поле повышается, а при снижении уменьшается. Катушкой называется винтовая катушка в виде спирали из изолированного провода, с индуктивностью, при малой емкости и сопротивлении которая  имеет единицу измерения Гн (Генри) и определяется по формуле:

    L = Φ / I, где L – индуктивность катушки, I – сила тока, Φ – магнитный поток.

    Катушка обладает некоторой особенностью. При подаче на нее постоянного напряжения, в ней образуется напряжение, противоположное по знаку, и длящееся очень короткий промежуток времени. Это явление назвали ЭДС самоиндукции. ЭДС – это электродвижущая сила.

    При размыкании цепи напряжение и ЭДС суммируются поэтому, сначала ток будет иметь двойную величину, а затем упадет до нуля. Время падения тока зависит от величины индуктивности катушки.

    Виды катушек
    Катушки можно разделить на типы:
    • С магнитным сердечником. Его материалом может быть сталь, ферритовый сердечник. Они предназначены для увеличения величины индуктивности.
    • Без сердечника. Катушки наматываются в виде спирали, на бумажной трубке. Применяются для создания незначительной индуктивности (до 5 мГн).

    Чаще всего применяют сердечники из пластин, выполненных из электротехнической стали, для снижения вихревых токов, а также сердечники в виде ферритовых колец различных размеров (тороидальные), обеспечивающие создание значительной индуктивности, в отличие от обычных цилиндрических сердечников.

    Катушки со значительной величиной индуктивности выполняют в виде трансформатора с металлическим сердечником. От обычного трансформатора они отличаются числом обмоток. В такой катушке есть одна первичная обмотка, а вторичной нет.

    Особенности
    • При соединении нескольких катушек по параллельной схеме, необходимо следить, чтобы они были расположены на плате друг от друга как можно дальше, во избежание взаимного влияния катушек друг на друга магнитными полями.
    • Расстояние между витками на тороидальном сердечнике не влияет на свойства индуктивной катушки.
    • Для создания наибольшей индуктивности витки на катушке необходимо наматывать вплотную между собой.
    • При использовании в качестве сердечника ферритового цилиндра с наибольшей индуктивностью будет центр.
    • Чем меньше число витков на катушках, тем ниже у них индуктивности.
    • При последовательной схеме соединения катушек, общая индуктивность цепи складывается из индуктивностей каждой катушки.
    Емкость катушки

    Витки обмотки катушки отделены друг от друга диэлектрическим слоем, поэтому они образуют своеобразный конденсатор, который характеризуется своей емкостью. В катушках, имеющих несколько слоев обмотки, емкость образуется между слоями. В результате, катушка имеет свойство не только индуктивности, но и емкости.

    Чаще всего емкость катушки оказывает отрицательное воздействие на элементы электрической схемы. Поэтому от емкости катушки избавляются разными способами. Например, каркас катушки изготавливают особой формы, витки наматывают по специальной технологии. При намотке катушки виток к витку, ее емкость также повышается.

    Колебательный контур

    Если подключить конденсатор и катушку по схеме, изображенной на рисунке, то получается контур колебаний, который широко применяется в радиотехнических устройствах.

    Если навести ЭДС в катушке или зарядить конденсатор, то в контуре будут происходить некоторые колебательные процессы. Конденсатор при разряде возбуждает магнитное поле в катушке индуктивности. При истощении заряда конденсатора, катушка возвращает энергию снова в конденсатор, но с противоположным знаком, с помощью ЭДС самоиндукции. Такой процесс повторяется в виде электромагнитных синусоидальных колебаний.

    Частота таких колебаний является резонансной частотой, зависящей от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Колебательный контур, соединенный по параллельной схеме имеет значительное сопротивление на частоте резонанса. Это дает возможность применять его для избирательности частоты в цепях входа в радиоаппаратуре, а также в усилителях частоты и схемах генераторов частоты.

    При параллельной схеме соединения контура колебаний имеются два реактивных элемента, которые обладают разной силой реактивности. Применение такого типа контура позволяет сделать вывод, что при параллельном соединении элементов необходимо суммировать только их проводимости, а не сопротивления. На частоте резонанса сумма проводимостей элементов контура нулевая, что позволяет говорить о сопротивлении переменному току стремящемуся к бесконечности.

    За 1 период колебаний действия контура происходит обмен энергией между катушкой и емкостью. В таком случае образуется контурный ток, значительно превосходящий величину тока во внешней цепи.

    Индуктивность и конденсатор

    Токоведущие части различных устройств могут образовывать индуктивности. Такими частями являются предохранители, токоотводящие шины, соединительные выводы и другие аналогичные части. Если дополнительно присоединить к конденсатору шины, то образуется индуктивность, которая оказывает влияние на работу электрической цепи. Также, на работоспособность цепи влияет емкость и сопротивление.

    Индуктивности, образующияся на частоте резонанса вычисляется по формуле:

    Ce = C / (1 – 4Π2f2LC), где Ce – это емкость конденсатора (эффективная), f – частота тока, L – индуктивность катушки, С – действительная емкость, П – число «пи».

    Величина индуктивности должна всегда учитываться в схемах с силовыми конденсаторами большой емкости. В схемах с импульсными конденсаторами важным фактором является значение собственной индуктивности. Разряд таких конденсаторов происходит на индуктивные контуры, делящиеся на виды:
    • Колебательные.
    • Апериодические.

    В конденсаторе индуктивность зависит от вида соединения элементов в схеме. При параллельной схеме это значение складывается из индуктивностей элементов схемы. Для снижения индуктивности электрического устройства, необходимо токопроводящие части конденсатора расположить таким образом, чтобы магнитные потоки компенсировались, то есть, проводники с одним направлением тока располагают как можно дальше друг от друга, а с противоположным направлением – рядом друг с другом.

    При сближении токоведущих частей и уменьшении диэлектрического слоя можно добиться снижения индуктивности секции конденсатора. Это достигается с помощью разделения одной секции на несколько небольших емкостей.

    Похожие темы:

    Что такое индуктор? | Койлкрафт

    Катушки индуктивности и дроссели

    Катушка индуктивности — это пассивный электрический компонент, который противодействует резким изменениям тока. Индукторы также известны как катушки или дроссели. Электрический символ индуктора — L.

    .

    Для чего используется индуктор?

    Катушки индуктивности замедляют скачки или скачки тока, временно сохраняя энергию в электромагнитном поле, а затем возвращая ее обратно в цепь.

    Индуктор с воздушным или керамическим сердечником Индуктор с ферритовым или железным сердечником

    Как катушки индуктивности прикреплены к печатным платам?

    Катушки индуктивности

    для поверхностного монтажа (SM) помещаются на верхнюю часть печатной платы (PCB) на контактные площадки с паяльной пастой, а затем паяются оплавлением.Индукторы со сквозными отверстиями (TH) устанавливаются наверху печатной платы с выводами, проходящими через отверстия в плате, а затем припаяны волной на задней стороне.

    В каких приложениях используются индукторы?

    Катушки индуктивности в основном используются в электрических и электронных устройствах для следующих основных целей:

    1. Подавление, блокировка, ослабление или фильтрация / сглаживание высокочастотного шума в электрических цепях
    2. Хранение и передача энергии в преобразователях мощности (dc-dc или ac-dc)
    3. Создание настроенных генераторов или LC (индуктор / конденсатор) «резервуарных» цепей
    4. Согласование импеданса

    Что такое дроссель?

    Катушка индуктивности, размещенная последовательно (в линию) с проводником, например, проводом или дорожкой печатной платы, блокирует или препятствует изменениям тока и действует как фильтр нижних частот.Поскольку катушки индуктивности ограничивают или блокируют изменения тока, их также называют «дросселями». Например, широкополосный (широкополосный) дроссель смещения в соответствии со смещением постоянного тока усилителя блокирует широкий диапазон высоких частот, позволяя при этом пропускать постоянный ток. Таким образом, дроссель смещения изолирует смещение постоянного тока от радиочастотного сигнала к усилителю.

    Федеральная комиссия по связи (FCC) разработала стандарты и сертифицирует электронные устройства, продаваемые или производимые в США, на соответствие требованиям к электромагнитным помехам (EMI).Всемирные организации по стандартизации электромагнитной совместимости (EMC) включают CISPR, IEC, ISO и EN. Нормы FCC являются обязательными и применяются к таким устройствам, как компьютеры, импульсные источники питания, телевизионные приемники, передатчики, а также промышленные, научные и медицинские (ISM) устройства, излучающие радиочастотное излучение. Катушки индуктивности используются в электрических цепях для снижения электромагнитных помех за счет ослабления высокочастотного шума, чтобы соответствовать требованиям к электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.

    Время нарастания тока с индуктором 1 мкГн при 10 В постоянного тока
    и 10 Ом нагрузка менее 10 мкс Время нарастания тока с индуктором 10 мкГн на 10 В постоянного тока
    и 10 Ом нагрузка больше 40 мкс Рисунок 1

    Как я могу улучшить эффективность фильтрации в цепи?

    Обычно высокие значения индуктивности необходимы для фильтрации низкочастотного шума, и наоборот: более низкие значения индуктивности используются для фильтрации высокочастотного шума.Высокие значения индуктивности эффективно замедляют время нарастания тока переходных процессов, таких как замыкание переключателя. Графики в Рис. 1 демонстрируют, как индуктор 10 мкГн «сглаживает» время нарастания больше, чем индуктор 1 мкГн.

    Катушки индуктивности

    также можно комбинировать с конденсаторами для создания еще более эффективных LC-фильтров. Существует несколько возможных вариантов настройки LC-фильтра, каждая из которых предполагает компромисс между равномерностью затухания и частотным поведением и резкостью спада фильтра.

    В этом эталонном проектном документе Coilcraft представлены эталонные конструкции фильтров Баттерворта 3-го порядка и эллиптических ЖК-фильтров 7-го порядка, в которых используются стандартные индукторы для достижения частот среза в диапазоне от 0,3 до 3000 МГц.

    Хотя использование высоких значений индуктивности или создание LC-фильтров улучшает фильтрацию, для этого требуется больше места на плате. Поскольку для фильтрации более высоких частот можно использовать более низкие значения индуктивности, переключение на работу на более высокой частоте может позволить использовать катушки индуктивности меньшего размера.

    Как индукторы используются в преобразователях мощности?

    В импульсных источниках питания индукторы используются для хранения энергии и передачи энергии выходной нагрузке или конденсатору. Индукторы в преобразователях мощности служат для фильтрации «пульсаций» тока на выходе. Высокие значения индуктивности приводят к более низкому току пульсаций, что повышает эффективность и снижает электромагнитные помехи. См. Рисунок 2.

    Как индукторы используются в настроенных схемах?

    Настроенные схемы используются для передачи или приема сигналов радио- или СВЧ-диапазона.Катушки индуктивности можно комбинировать с конденсаторами для создания настроенных LC-контуров, таких как генераторы.

    Преобразователь DC-DC с низким пульсациями тока с индуктором 7,5 мкГн Преобразователь постоянного тока в постоянный ток с низким уровнем пульсаций с индуктором 75 мкГн Рисунок 2

    Как добротность влияет на полосу пропускания контуров LC?

    Q-фактор (Q) — это мера диссипативной характеристики катушки индуктивности. Индукторы с высокой добротностью имеют низкое рассеивание и используются для создания точно настроенных узкополосных схем. Катушки индуктивности с низкой добротностью имеют более высокое рассеивание, что приводит к широкополосным характеристикам.

    Что такое собственная резонансная частота индуктора?

    Настоящие катушки индуктивности имеют межвитковую емкость обмотки, которая действует как элемент параллельной цепи. Саморезонансная частота (SRF) катушки индуктивности — это частота, на которой индуктивное реактивное сопротивление равно по величине емкостному реактивному сопротивлению обмоток. В SRF индуктивный и емкостной фазовые углы компенсируются, и полное сопротивление фактически является чисто резистивным. Величина импеданса увеличивается с частотой до собственной резонансной частоты (SRF), где полное сопротивление катушки индуктивности достигает максимального значения.На частотах выше SRF сопротивление уменьшается с увеличением частоты.

    Импеданс (Z) — это характеристика электрических компонентов, которая включает комбинацию вектора сопротивления и фазы. Сопротивление имеет свойство рассеивания: энергия используется, а не восстанавливается. Фаза — это задержка между приложенным напряжением на компоненте и током, протекающим через него, чаще всего выражается как угол в градусах (°) или радианах. И сопротивление переменному току, и фаза катушек индуктивности меняются в зависимости от частоты.

    Как используются индукторы для согласования импеданса?

    Согласование импеданса обычно включает в себя согласование импеданса источника питания с импедансом электрической нагрузки. Максимальная мощность передается от источника к нагрузке, когда полное сопротивление нагрузки согласуется с сопротивлением источника, что повышает эффективность схемы. Если нагрузка является емкостной по сравнению с источником, можно использовать катушки индуктивности для противодействия емкости нагрузки и, таким образом, согласования ее полного сопротивления.

    Какие типы индукторов производит компания Coilcraft?

    Coilcraft разрабатывает и производит стандартные индукторы различных размеров и конструкций для удовлетворения разнообразных требований к фильтрации, настройке и согласованию импеданса.

    Примечания к приложению

    Основные факты об индукторах [Урок 1] Обзор индукторов — «Как работают индукторы?»

    Направляющая индуктора

    Катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, способный накапливать электрическую энергию в виде магнитной энергии.По сути, он использует проводник, намотанный на катушку, и когда электричество течет в катушку слева направо, это создает магнитное поле в направлении по часовой стрелке.

    Ниже представлено уравнение индуктивности катушки индуктивности. Чем больше витков намотано на сердечник, тем сильнее создается магнитное поле. Сильное магнитное поле также создается за счет увеличения площади поперечного сечения индуктора или изменения сердечника индуктора.

    Давайте теперь предположим, что через катушку индуктивности течет переменный ток. «AC» (переменный ток) относится к току, уровень и направление которого циклически меняются с течением времени. Когда ток собирается течь к индуктору, магнитное поле, создаваемое этим током, пересекает другие обмотки, вызывая индуцированное напряжение и, таким образом, предотвращая любые изменения уровня тока. Если ток вот-вот возрастет внезапно, электродвижущая сила генерируется в направлении, противоположном току, то есть в направлении, в котором ток уменьшается, что предотвращает любое увеличение тока.И наоборот, если ток вот-вот упадет, электродвижущая сила создается в том направлении, в котором ток увеличивается.

    Эти эффекты индуцированного напряжения возникают даже тогда, когда направление тока меняется на противоположное. Перед преодолением индуцированного напряжения, которое пытается заблокировать ток, направление тока меняется на противоположное, чтобы ток не протекал.

    Уровень тока остается неизменным, когда постоянный ток течет к катушке индуктивности, поэтому наведенное напряжение не создается, и можно считать, что возникает закороченное состояние.Другими словами, индуктор — это компонент, который позволяет постоянному току, но не переменному току, проходить через него.

    • Катушка индуктивности накапливает электрическую энергию в виде магнитной энергии.
    • Катушка индуктивности не пропускает через себя переменный ток, но пропускает через нее постоянный ток.

    Свойства индукторов используются во множестве различных приложений. Существует множество различных типов индукторов, и в следующем уроке будут описаны приложения, для которых индукторы лучше всего подходят.

    ответственное лицо: Murata Manufacturing Co., Ltd. T.K

    Сопутствующие товары

    Катушки индуктивности

    Статьи по теме

    Будьте в курсе!

    Получайте электронные письма от Мураты с последними обновлениями на этом сайте.
    Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень)

    mail_outline

    Общие сведения об индуктивности »Электроника

    Понимание основ индуктивности позволяет более эффективно использовать катушки индуктивности и трансформаторы.

    Индуктивность и руководство по трансформатору Включает:
    Индуктивность Символы Закон Ленца Собственная индуктивность Расчет индуктивного реактивного сопротивления Теория индуктивного реактивного сопротивления Индуктивность проволоки и катушек Трансформеры

    Индуктивность — ключевой параметр в электрических и электронных схемах. Подобно сопротивлению и емкости, это базовое электрическое измерение, которое в той или иной степени влияет на все цепи.

    Индуктивность используется во многих областях электрических и электронных систем и схем.Компоненты могут быть разных форм и называться разными именами: катушки, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы и т. Д. . . Каждый из них также может иметь множество различных вариантов: с сердечником и без сердечника, а материалы сердечника могут быть разных типов.

    Понимание индуктивности и различных форм и форматов катушек индуктивности и трансформаторов помогает понять, что происходит в электрических и электронных цепях.

    Термин индуктивность был введен Оливером Хевисайдом в 1886 году.Принято использовать символ L для обозначений индуктивностей, показанных на принципиальных схемах, и индуктивности в уравнениях в честь физика Генриха Ленца.

    Основы индуктивности

    Индуктивность — это способность катушки индуктивности накапливать энергию в магнитном поле, создаваемом потоком электрического тока.

    Энергия требуется для создания магнитного поля, и эта энергия должна высвобождаться при падении поля.

    В результате магнитного поля, связанного с протеканием тока, индукторы генерируют противоположное напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в цепи.

    Индуктивность возникает из-за магнитного поля, создаваемого электрическими токами, протекающими в электрической цепи. Обычно катушки с проволокой используются, поскольку катушка увеличивает связь магнитного поля и усиливает эффект.

    Есть два способа использования индуктивности:

    • Самоиндукция: Самоиндуктивность — это свойство цепи, часто катушки, посредством чего изменение тока вызывает изменение напряжения в этой цепи из-за магнитного эффекта, вызванного протеканием тока.Можно видеть, что самоиндукция применяется к одной цепи — другими словами, это индуктивность, обычно в пределах одной катушки. Этот эффект используется в одиночных катушках или дросселях.
    • Взаимная индуктивность: Взаимная индуктивность — это индуктивный эффект, когда изменение тока в одной цепи вызывает изменение напряжения во второй цепи в результате магнитного поля, которое связывает обе цепи. Этот эффект используется в трансформаторах.

    Определение единиц индуктивности

    При обозначении катушки индуктивности на принципиальной схеме или в уравнении обычно используется символ «L».На принципиальных схемах индукторы обычно пронумерованы, L1, L2 и т. Д.

    Единицей индуктивности в системе СИ является генри, H, который можно определить как скорость изменения тока и напряжения.

    Определение генри:

    Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, и это приводит к электродвижущей силе в один вольт.

    Один генри равен 1 Вб / А.

    Индуктивность — что происходит

    Когда ток течет внутри проводника, будь то прямой или в форме катушки, вокруг него создается магнитное поле, и это влияет на то, как нарастает ток после замыкания цепи.

    С точки зрения того, как индуктивность влияет на электрическую цепь, это помогает посмотреть, как работает цепь, сначала для постоянного, а затем для переменного тока. Хотя они следуют одним и тем же законам и имеют одинаковые результаты, это помогает объяснению, пример постоянного тока проще, и тогда это объяснение можно использовать в качестве основы для случая переменного тока.

    • Постоянный ток: По мере создания цепи ток начинает течь.Когда ток увеличивается до постоянного значения, создаваемое магнитное поле приобретает окончательную форму. Когда это происходит, магнитное поле изменяется, поэтому это индуцирует напряжение обратно в саму катушку, как и следовало ожидать в соответствии с законом Ленца.
      Катушка индуктивности в цепи с батареей и резистором. Постоянная времени T в секундах цепи, которая будет включать значение индуктивности L Генри и соответствующее сопротивление цепи R Ом, может быть рассчитана как L / R. T — это время, за которое ток I amps повысится до 0.63 от его окончательного установившегося значения V / R. Энергия, запасенная в магнитном поле, составляет 1/2 L I 2 .
      Повышение тока при приложении постоянного напряжения к катушке индуктивности. Когда ток отключается, это означает, что фактически сопротивление цепи внезапно возрастает до бесконечности. Это означает, что отношение L / R становится очень малым, и магнитное поле очень быстро падает. Это представляет собой большое изменение магнитного поля, и, соответственно, индуктивность пытается поддерживать ток, и устанавливается обратная ЭДС, чтобы противодействовать этому, возникающему из-за энергии, хранящейся в магнитном поле.Напряжение означает, что на контакте переключателя могут появиться искры, особенно при разрыве контакта. Это приводит к появлению ямок на контактах и ​​износу любых механических переключателей. В электронных схемах эта обратная ЭДС может разрушить полупроводниковые устройства, поэтому часто используются способы уменьшения этой обратной ЭДС.
    • Переменный ток: Для случая прохождения переменного тока через катушку индуктивности используются те же основные принципы, но, поскольку форма волны повторяется, мы склонны смотреть на то, как реагирует индуктор, несколько иначе, как так удобнее.

      По самой своей природе форма переменного сигнала постоянно меняется. Это означает, что результирующее магнитное поле всегда будет изменяться, и всегда будет создаваться наведенная обратная ЭДС. Результатом этого является то, что индуктор препятствует прохождению через него переменного тока из-за индуктивности. Это в дополнение к вызванному сопротивлением омическому сопротивлению провода.

      Это означает, что если омическое сопротивление катушки индуктивности низкое, она будет пропускать постоянный ток, постоянный ток с небольшими потерями, но может иметь высокое сопротивление для любого высокочастотного сигнала.Эта характеристика катушки индуктивности может использоваться для обеспечения того, чтобы любые высокочастотные сигналы не проходили через катушку индуктивности.

    Еще одним аспектом индуктивности является то, что реактивное сопротивление катушки индуктивности и реактивное сопротивление конденсатора могут действовать вместе в цепи, подавляя друг друга. Это называется резонансом и широко используется в полосовых фильтрах.

    Индуктивность проводов и катушек

    Прямые провода и катушки имеют индуктивность. Обычно катушки используются для индукторов, потому что соединение магнитного поля между различными витками катушки увеличивает индуктивность и позволяет удерживать провод в меньшем объеме.

    Для большинства низкочастотных приложений индуктивностью прямого провода можно пренебречь, но по мере увеличения частоты в диапазоне УКВ и за его пределы индуктивность самого провода может стать значительной, и соединения должны быть короткими, чтобы минимизировать влияние. .

    Доступно

    расчетов, позволяющих достаточно точно рассчитать индуктивность проводов, но индуктивность катушек немного сложнее и зависит от множества факторов, включая форму катушки и постоянную материала внутри катушки и вокруг нее. .

    Индуктивность — ключевой аспект проводов и катушек. Индуктивность — это незаменимая характеристика, которая может быть очень полезна во многих схемах.

    Другие основные концепции электроники:
    Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
    Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

    Что такое индуктор? — Основы схемотехники

    Катушка индуктивности — это пассивный двухконтактный электрический компонент, состоящий из катушки с проводом. Он сконструирован как резистор, который состоит из проволоки простой длины, свернутой в спираль. Он хранит энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток. Индуктор обычно состоит из изолированного провода, намотанного в катушку вокруг сердечника, предназначенного для использования магнетизма и электричества.Катушка индуктивности меняется каждый раз, когда через нее протекает ток.

    Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует в проводнике электродвижущую силу, описываемую законом индукции Фарадея. Однако закон Ленца гласит, что индуцированное напряжение имеет полярность, которая противодействует изменению тока, который его создал. Следовательно, индукторы препятствуют любым изменениям тока через них.

    Катушка индуктивности способна накапливать энергию в виде магнитных полей. Поскольку электричество течет в катушку слева направо, оно создает магнитное поле по часовой стрелке.

    Общие области применения катушек индуктивности

    Использование индукторов зависит от требований к передаче электроэнергии. Его можно использовать в следующих целях:

    Когда переменный ток протекает через катушки индуктивности, он создает ток в противоположном направлении. Затем индуктор перекрывает поток переменного тока и пропускает постоянный ток. Он используется в источнике питания, где переменный ток преобразуется в постоянный.

    С помощью индукторов схемы настройки могут выбирать желаемую частоту. Электронные устройства, такие как схемы радионастройки и телевидение, используют конденсаторные типы вместе с катушкой индуктивности.Он изменяет частоту и помогает выбирать частоту из нескольких каналов.

    • Для хранения энергии в устройстве

    Катушки индуктивности могут накапливать энергию. Энергия сохраняется в виде магнитного поля и исчезает при отключении источника питания. Вы можете увидеть это в компьютерных схемах, где можно переключать блоки питания.

    Индуктивные датчики приближения очень надежны в эксплуатации и являются бесконтактными. Основным принципом этого является индуктивность, которая представляет собой магнитное поле в катушке, препятствующее прохождению электрического тока.Механизм датчиков приближения используется в светофорах для определения плотности движения.

    Реле действует как электрический выключатель. Использование катушки индуктивности в переключателе, который контактирует с потоком переменного тока, создает магнитное поле.

    Индукторы контролируют скорость двигателя. Вал в двигателе будет вращаться из-за магнитного поля, создаваемого переменным током. Вы можете зафиксировать скорость двигателя в зависимости от частоты источника питания.

    Вы можете спроектировать трансформатор, используя комбинацию индукторов с общим магнитным полем. Системы передачи энергии иллюстрируют одно из основных применений трансформаторов. Они используются для уменьшения или увеличения мощности передачи в качестве понижающих или повышающих трансформаторов.

    В качестве фильтров можно использовать комбинацию катушек индуктивности и конденсаторов. Частота входного сигнала при входе в схему ограничивается с помощью этих фильтров. По мере увеличения частоты питания увеличивается и сопротивление катушки индуктивности.

    Закон индукции Фарадея

    Как обсуждалось в предыдущей статье об электромагнетизме, Майкл Фарадей экспериментировал с током, протекающим через катушку с проволокой, чтобы создать магнитное поле. Он наблюдал, будет ли магнитное поле индуцировать ток во второй катушке провода, но, к сожалению, магнитное поле не возникло. Позже он понял, что изменяющееся магнитное поле вызывает электрический ток в проволочной петле. Эту идею мы сейчас называем законом индукции Фарадея.

    Эксперимент Фарадея

    Закон индукции Фарадея гласит, что изменяющееся магнитное поле вызывает электродвижущую силу (ЭДС) в проводе контура. Электродвижущая сила заставляет электроны двигаться и образовывать ток. Изменение площади проволочной петли и изменение угла между петлей и магнитным полем индуцирует ток. Это связано с тем, что непосредственно индуцирует ЭДС, известную как магнитный поток. Магнитный поток — это полное магнитное поле, которое проходит через проволочную петлю, и когда это поле изменяется, оно индуцирует электродвижущую силу.

    Уравнение магнитного потока:

    Различные типы индукторов

    Существуют различные типы индукторов в зависимости от материала, из которого они изготовлены.

    Индуктор с воздушным сердечником

    Катушки индуктивности с керамическим сердечником также называют индукторами с воздушным сердечником. Керамика — наиболее часто используемый материал для сердечников индуктора. Его основная цель — придать форму катушке. Он имеет очень низкие потери в сердечнике и высокое качество, что делает его идеальным для высокочастотных приложений, где требуются низкие значения индуктивности.Кроме того, керамика имеет очень низкий коэффициент теплового расширения. Даже для диапазона рабочих температур стабильность индуктивности индуктора высока. Не будет увеличения значения проницаемости из-за материала сердечника, поскольку керамика не имеет магнитных свойств. При создании радиочастотных настроечных катушек, цепей фильтров и демпфирующих цепей используются индукторы с воздушным сердечником, чтобы обеспечить более низкую пиковую индуктивность и в высокочастотных приложениях, таких как теле- и радиоприемники.

    Примеры характеристик:

    • Допуск: ± 2%
    • Индуктивность: 0.85 мГн
    • Калибр провода: 18 AWG
    • Сопротивление постоянному току: 0,44 Ом
    • Допустимая мощность: 30 Вт RMS

    Индуктор с железным сердечником

    Катушки индуктивности

    со стальным сердечником — лучший вариант, когда вам нужны небольшие индукторы. У них высокая мощность и высокое значение индуктивности. Однако их пропускная способность на высоких частотах ограничена. Он применим в звуковом оборудовании, но, в отличие от других индукторов с сердечником, имеет ограниченное применение.

    Индуктор с ферритовым сердечником

    Его еще называют ферромагнитным материалом.Он обладает магнитными свойствами и состоит из смешанного оксида металла, железа и других элементов для создания кристаллических структур.

    Есть два типа ферритов — мягкие ферриты и твердые ферриты. Они классифицируются по магнитной коэрцитивности, которая представляет собой напряженность магнитного поля, необходимую для размагничивания ферромагнитного материала от состояния полного насыщения до нуля. Феррит состоит из XFe204, где X представляет собой переходные материалы. Чаще всего используются комбинации намагниченных материалов: марганец и цинк (MnZn) или цинк и никель (NiZn).Ферритовый сердечник имеет множество применений. Его можно использовать на высоких и средних частотах, в цепи переключения и Pi-фильтрах.

    Примеры характеристик:

    • Запатентованные ферритовые материалы 5H и 10H и их эквиваленты
    • Подходит для диапазона ≥ 150 кГц
    • Диапазон рабочих температур от -25 ° C до + 120 ° C
    • UL 94 V – 0 огнестойкий класс для основы и бобины

    Расчет напряжения на индукторе

    При расчете напряжения на катушке индуктивности мы используем формулу:

    Чтобы рассчитать напряжение на катушке индуктивности, нам нужно сначала найти L.L — это индуктивность, выраженная в Генри, и производная тока, проходящего через катушку индуктивности.

    Пример: Если ток, проходящий через катушку индуктивности, составляет 60sin (2000t), а ее индуктивность составляет 70 мкГн, каково напряжение на катушке индуктивности?

    Расчет тока через индуктор

    При расчете напряжения на катушке индуктивности мы используем формулу:

    Чтобы рассчитать ток через катушку индуктивности, нам нужно сначала найти L. L — это индуктивность, выраженная в Генри, и интеграл напряжения, проходящего через катушку индуктивности.

    Примечание: I o — это начальный ток, проходящий через катушку индуктивности, если таковая имеется.

    Пример: Если напряжение на катушке индуктивности составляет 6cos (3000t) В, а индуктивность катушки индуктивности составляет 6 мкГн, какой ток проходит через катушку индуктивности? (Начальные условия: I o = 0A)

    Расчет индуктивности проволочной катушки

    При расчете индуктивности катушки с проволокой мы используем формулу:

    Магнитный поток вокруг катушки вызывает ее индуктивность.Чем сильнее магнитный поток для определенного значения тока, тем больше его индуктивность. Это означает, что у вас будет более высокая индуктивность при большем количестве витков катушки и более низкая индуктивность при меньшем количестве витков. Таким образом, приведенная выше формула показывает, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков.

    Как построить катушку индуктивности с проволокой

    Чтобы вычислить удельную индуктивность по Генри, мы можем использовать формулу:

    Где:

    • L = индуктивность в Micro Henries [мкГн]
    • d = диаметр катушки от одного центра провода до другого центра провода.Его следует указывать в дюймах.
    • l = длина катушки, указанная в дюймах
    • n = количество витков

    Но при этом помните следующее:

    • Длина катушки, используемой в индукторе, должна быть равна или 0,4 диаметра катушки.
    • Как показано в приведенной выше формуле, индуктивность индуктора с воздушным сердечником изменяется как квадрат числа витков. Таким образом, значение длины умножается в четыре раза, если количество витков удваивается.Значение длины умножается на два, если количество витков увеличивается до 40%.

    Как намотать катушку

    1. Сначала катушка должна быть намотана на пластиковый каркас соответствующего диаметра и должен быть равен диаметру сердечника.
    2. Обмотка должна быть плотной, а соседние витки должны располагаться как можно ближе.
    3. После завершения намотки медленно извлеките сердечник, не трогая катушку.
    4. Нанесите тонкий слой эпоксидной смолы на поверхность змеевика для механической поддержки.
    5. Наконец, снимите изоляцию с концов катушки.

    Пример. Допустим, вам нужно сделать катушку индуктивности, обеспечивающую индуктивность 20 мкГн. Диаметр катушки составляет 2 дюйма, а длина катушки — 2,25 дюйма. Вам нужно найти количество витков катушки.

    Подставляя значения в приведенную выше формулу, где:

    • L = 20 дюймов
    • d = 2 дюйма
    • l = 2,25 дюйма

    Катушка провода Характеристики , влияющие на индуктивность

    1.Количество витков или витков в катушке

    Чем больше витков провода в катушке, тем большее количество генерируемого магнитного поля измеряется в ампер-витках. Это означает, что чем больше витков провода в катушке, тем больше индуктивность, а чем меньше витков, тем меньше индуктивность.

    2. Площадь змеевика

    Площадь катушки измеряется в продольном направлении через катушку в поперечном сечении сердечника. Большая площадь катушки дает меньшее сопротивление формированию потока магнитного поля при определенной силе поля.Это означает, что большая площадь катушки приводит к большей индуктивности, а меньшая площадь катушки приводит к меньшей индуктивности.

    3. Длина рулона

    Чем больше длина катушки, тем меньше индуктивность, и, наоборот, чем короче длина катушки, тем больше индуктивность. Широко разнесенная катушка составляет относительно длинную катушку. Этот тип катушки имеет меньше магнитных связей из-за большего расстояния между каждым витком. Следовательно, он имеет относительно низкую индуктивность. С другой стороны, катушка с близко расположенными витками образует относительно короткую катушку.Такое близкое расстояние увеличивает потокосцепление, увеличивая индуктивность катушки. Удвоение длины катушки при сохранении того же числа витков снижает индуктивность вдвое.

    4. Основной материал

    Чем больше магнитная проницаемость сердечника, тем больше индуктивность. Магнитный сердечник сердечника из мягкого железа — лучший путь для магнитных силовых линий, чем немагнитный сердечник. Высокая проницаемость магнитного сердечника из мягкого железа имеет меньшее сопротивление магнитному потоку, что приводит к большему количеству магнитных силовых линий.Это увеличение магнитных силовых линий увеличивает силовые линии, разрезая каждую петлю катушки. Затем он увеличивает индуктивность катушки.


    Индукторы

    ― Часть 2 Основы индукторов ② ｜ Электроника ABC ｜ TDK Techno Magazine

    Поведение индуктора на постоянном токе

    Переходная характеристика катушки

    Из-за эффекта самоиндукции катушки (индукторы) создают электродвижущую силу (индуктивную электродвижущую силу), которая ориентирована таким образом, чтобы противодействовать изменению тока.Следовательно, когда на катушку подается напряжение, ток не начинает течь сразу, а когда напряжение снимается, ток не прекращается сразу. Неравномерное изменение тока или напряжения, которое происходит, например, в точке включения или выключения переключателя, называется переходной характеристикой (переходным явлением) катушки. Например, в схеме, показанной ниже, где катушка и неоновая лампа (напряжение начала разряда не менее нескольких десятков вольт) подключены параллельно, простое замыкание переключателя батареи (напряжение всего несколько вольт) не приведет к включите неоновую лампу.Но если выключатель разомкнут, когда через катушку протекает ток, загорится неоновая лампа. Электродвижущая сила (V), создаваемая катушкой из-за эффекта самоиндукции, пропорциональна коэффициенту изменения тока (ΔI / Δt). Когда переключатель установлен в положение ON, ток постепенно увеличивается, и поэтому электродвижущая сила не превышает напряжения источника питания. Но когда переключатель установлен в положение OFF, протекающий ток мгновенно отключается, что означает, что коэффициент изменения тока большой, вызывая создание большой электродвижущей силы, достаточной для зажигания неоновой лампы.

    Энергия, запасаемая катушкой

    В приведенной выше схеме можно зажечь неоновую лампу, потому что катушка накапливает энергию. Эта энергия пропорциональна индуктивности катушки и квадрату тока. Когда переключатель установлен в положение OFF, накопленная энергия мгновенно высвобождается, создавая высокую электродвижущую силу.

    Поведение катушки переменного тока

    Индуктивное реактивное сопротивление (XL)

    Катушка (индуктор) плавно пропускает постоянный ток, но имеет сопротивление переменному току.Сопротивление увеличивается по направлению к более высоким частотам. Этот эффект называется индуктивным реактивным сопротивлением (XL) катушки. Следующее соотношение существует между частотой переменного тока (f) и индуктивностью (L).

    Форма кривой напряжения и тока в цепи переменного тока с катушкой

    Переменный ток от промышленной розетки переменного тока имеет синусоидальную форму.Когда катушка подключена к источнику переменного тока, эффект самоиндукции создает электродвижущую силу, ориентированную таким образом, чтобы противодействовать изменению тока. Таким образом, изменение тока задерживается на 90 градусов (1/4 цикла) по отношению к изменению напряжения.

    Намагничивание сердечника и магнитная проницаемость

    Кривая намагничивания и магнитное насыщение

    Магнитный поток (Φ), создаваемый в катушке, пропорционален индуктивности (L) и протекающему току (I).Поскольку индуктивность пропорциональна магнитной проницаемости, использование магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и приложение большого тока приведет к созданию более сильного магнитного потока. Однако есть пределы способности магнитного материала собирать магнитный поток, и когда ток увеличивается до определенной точки, сердечник достигает магнитного насыщения. Плотность магнитного потока (B) в этой точке называется максимальной плотностью магнитного потока (Bm).

    Процесс намагничивания сердечника и изменение магнитной проницаемости

    Когда сердечник намагничивается, магнитная проницаемость сердечника изменяется.Как показано на графике ниже, магнитная проницаемость (μ) выражается градиентом кривой намагничивания сердечника (θ). Начальный градиент около начала кривой — это начальная магнитная проницаемость (μ0). Эта начальная магнитная проницаемость — это то, что обычно называют магнитной проницаемостью, и это также значение, которое указано в каталогах для ферритовых материалов. Увеличение тока в катушке и, таким образом, увеличение намагниченности в конечном итоге приведет к достижению максимальной магнитной проницаемости.Это называется максимальной магнитной проницаемостью (мкм), после которой значение снова падает.

    Потери на вихревые токи в сердечнике

    Когда в катушку подается переменный ток, создается электродвижущая сила, которая противодействует изменению магнитного потока, и в сердечнике течет концентрический ток. Это называется вихревым током, и он лишает систему мощности RI2 (R: сопротивление, I: ток), которая уходит в виде джоулева тепла.Это называется потерей на вихревые токи. У металлических сердечников с низким электрическим сопротивлением потери на вихревые токи более выражены. Ламинированные сердечники, используемые для силовых трансформаторов, представляют собой попытку уменьшить потери на вихревые токи. Однако потери будут увеличиваться по направлению к более высоким частотам, что приведет к выделению большего количества тепла. Поскольку феррит имеет высокое удельное сопротивление, потери на вихревые токи низкие, что делает этот материал пригодным для многих применений, таких как высокочастотные катушки и высокочастотные трансформаторы.

    Индукторы

    : 4 шага — инструкции

    Вместо того, чтобы углубляться в то, как работают индукторы, давайте обсудим общие индукторы, с которыми вы можете столкнуться, начиная с электроники, и для чего их можно использовать.

    Катушки обычно имеют в виду, когда говорят об индукторе. Как вы уже узнали, это просто моток провода, тщательно настроенный для поддержания магнитного поля определенной силы.Они повсеместно используются в электронике, особенно при работе с беспроводными устройствами. Имеется множество различных форм-факторов, с которыми вы можете столкнуться при работе с катушками, но в конечном итоге все они представляют собой просто катушки с проводом.

    Трансформаторы представляют собой две катушки с проволокой, намотанные на общий сердечник. Первая обмотка считается первичной (или входной), а другая обмотка — вторичной (или выходной). Когда ток проходит через одну катушку, он индуцирует электрическое поле в другой катушке.Изменяя количество витков провода в каждой катушке, каждая из них имеет разную величину индуктивности, и, в свою очередь, — не каламбур — на вторичной катушке имеется другое напряжение, чем на первичной. Присутствующее напряжение находится в прямой зависимости от разницы между двумя катушками. Проще говоря, если разница между первичной и вторичной обмотками составляет 10: 1, то на первичной обмотке будет в 10 раз больше напряжения, чем на вторичной.

    Электромагниты — это просто катушки из проволоки, намотанные вокруг ферромагнитного сердечника, который намагничивается при электрическом заряде.Электромагниты мало чем отличаются от индукторов с одной катушкой. Однако они сконструированы таким образом, что предназначены для работы в качестве электромеханического устройства и не играют значительной роли в регулировании электричества в цепи.

    Вы можете очень просто поэкспериментировать с созданием собственного электромагнита, намотав тугую катушку из магнитной проволоки вокруг большого гвоздя. Чтобы включить его, соскребите немного покрытия с концов магнитного провода и подключите его к батарее 9 В.

    Герконовые реле — это герконовые переключатели, которые были упакованы внутри катушки с проводом. Когда на катушку подается ток, она намагничивается, и переключатель срабатывает. Реле — это фантастика, потому что цепь катушки электрически изолирована от контактов геркона. Другими словами, вы можете использовать одну схему для управления переключателем в совершенно другой схеме, не беспокоясь о том, что они когда-либо соединятся вместе. Таким образом, вы можете использовать цепь низкого напряжения для управления герконом включения / выключения в цепи с гораздо более высоким напряжением.

    Соленоид похож на электромагнит в том смысле, что он представляет собой просто катушку с проводом. Однако он отличается тем, что имеет неограниченное ядро. При подаче напряжения сердечник либо проталкивается, либо протягивается линейно через корпус соленоида. Часто соленоиды имеют механические компоненты, такие как возвратная пружина и / или стопорное кольцо, чтобы вернуть их в исходное положение и предотвратить полное освобождение сердечника от катушки.

    Аудиоколонка на самом деле представляет собой просто индуктор.Если вы присмотритесь, вы увидите катушку с проволокой, лежащую на вершине большого магнита. Когда на катушку подается питание, она движется вперед и назад, вызывая вибрацию тонкой диафрагмы, называемой конусом. Затем конус вытесняет воздух и создает звуковые волны относительно своего движения.

    И если этого было недостаточно, динамические микрофоны, по сути, тоже являются индукторами. Они сконструированы так же, как динамики, за исключением того, что работают противоположным образом. Когда колеблющееся давление воздуха, создаваемое звуковой волной, ударяется о тонкую диафрагму, она перемещает ее вперед и назад, что, в свою очередь, создает напряжение, пропорциональное звуку.Это напряжение обычно довольно мало, и его необходимо усилить.

    И последнее, но не менее важное: у нас есть двигатели. Хотя они слишком сложны, чтобы их можно было рассматривать в качестве настоящих катушек индуктивности, как и все остальное, перечисленное здесь, они содержат катушки и работают на основе принципов индуктивности. Чтобы упростить ситуацию, при подаче питания на двигатель постоянного тока создается электрическое поле, которое раскручивает двигатель в одном направлении. Когда полярность двигателя меняется, магнитное поле меняется, и двигатель вращается в противоположном направлении.

    Индуктивность | Физика II

    Индукция — это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. До сих пор обсуждалось множество примеров, некоторые из которых более эффективны, чем другие. Трансформаторы, например, спроектированы так, чтобы быть особенно эффективными при наведении желаемого напряжения и тока с очень небольшими потерями энергии в другие формы. Есть ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько «эффективно» данное устройство? Ответ — да, и эта физическая величина называется , индуктивность . Взаимная индуктивность — это влияние закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. См. Рис. 1, где простые катушки индуцируют ЭДС друг в друге.

    Рис. 1. Эти катушки могут вызывать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор. Их взаимная индуктивность M указывает на эффективность связи между ними. Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 вызывает ЭДС в катушке 2.(Обратите внимание, что « E 2 индуцированный» представляет наведенную ЭДС в катушке 2.)

    Во многих случаях, когда геометрия устройств фиксирована, магнитный поток изменяется за счет изменения тока. Поэтому мы сконцентрируемся на скорости изменения тока Δ I / Δ t как причине индукции. Изменение тока I 1 в одном устройстве, катушка 1 на рисунке, индуцирует ЭДС 2 в другом. Мы выражаем это в форме уравнения как

    [латекс] {\ text {emf}} _ {2} = — M \ frac {\ Delta {I} _ {1}} {\ Delta t} \\ [/ latex],

    , где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами.Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность M , тем эффективнее связь. Например, катушки на рисунке 1 имеют небольшой M по сравнению с катушками трансформатора на рисунке 3 от Transformers. Единицами измерения для M являются (В ⋅ с) / A = Ом ⋅ с, который назван henry (H) в честь Джозефа Генри. То есть 1 H = 1 Ω⋅s. Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток I 2 в катушке 2, мы индуцируем ЭДС 1 в катушке 1, что равно

    [латекс] {\ text {emf}} _ {1} = — M \ frac {\ Delta {I} _ {2}} {\ Delta t} \\ [/ latex],

    , где M то же самое, что и для обратного процесса.Трансформаторы работают в обратном направлении с такой же эффективностью или взаимной индуктивностью M . Большая взаимная индуктивность M может быть или нежелательна. Мы хотим, чтобы трансформатор имел большую взаимную индуктивность. Но такой прибор, как электрическая сушилка для одежды, может вызвать опасную ЭДС на корпусе, если взаимная индуктивность между его катушками и корпусом велика. Один из способов уменьшить взаимную индуктивность M состоит в том, чтобы намотать катушки против ветра для подавления создаваемого магнитного поля.(См. Рисунок 2.)

    Рис. 2. Нагревательные катушки электрической сушилки для одежды могут быть намотаны в противоположную сторону, так что их магнитные поля нейтрализуют друг друга, что значительно снижает взаимную индуктивность по сравнению с корпусом сушилки.

    Самоиндукция , действие закона индукции Фарадея устройства на самого себя, также существует. Когда, например, увеличивается ток через катушку, магнитное поле и магнитный поток также увеличиваются, вызывая противоэдс, как того требует закон Ленца.И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, которая препятствует уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение магнитного потока полностью связано с изменением тока Δ I через устройство. Индуцированная ЭДС связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока. Выдается

    [латекс] \ text {emf} = — L \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} [/ latex],

    , где L — собственная индуктивность устройства. Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется катушкой индуктивности и обозначено символом на рисунке 3.

    Рисунок 3.

    Знак минус является выражением закона Ленца, означающего, что ЭДС препятствует изменению тока. Единицами самоиндукции являются генри (Гн), как и для взаимной индуктивности. Чем больше самоиндукция L устройства, тем сильнее оно сопротивляется любому изменению тока через него. Например, большая катушка с множеством витков и железным сердечником имеет большой L и не позволит току быстро меняться. Чтобы избежать этого эффекта, необходимо добиться небольшого размера L , например, за счет встречной намотки катушек, как на рисунке 2.Катушка индуктивности 1 H — это большая катушка индуктивности. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим устройство с L = 1,0 Гн, через которое протекает ток 10 А. Что произойдет, если мы попытаемся быстро отключить ток, возможно, всего за 1,0 мс? ЭДС, заданная как ЭДС = — L (Δ I / Δ t ), будет препятствовать изменению. Таким образом, ЭДС будет индуцирована ЭДС = — L (Δ I / Δ t ) = (1,0 H) [(10 A) / (1,0 мс)] = 10 000 В. Положительный знак означает, что это большое напряжение идет в том же направлении, что и ток, противодействуя его уменьшению.Такие большие ЭДС могут вызвать дуги, повредить коммутационное оборудование, и поэтому может потребоваться более медленное изменение тока. Есть применение для такого большого наведенного напряжения. Во вспышках камеры используются батарея, два индуктора, которые работают как трансформатор, и система переключения или генератор для создания больших напряжений. (Помните, что нам нужно изменяющееся магнитное поле, вызванное изменяющимся током, чтобы вызвать напряжение в другой катушке.) Система генератора будет делать это много раз, когда напряжение батареи повышается до более чем тысячи вольт.(Вы можете услышать пронзительный вой от трансформатора, когда конденсатор заряжается.) Конденсатор сохраняет высокое напряжение для последующего использования для питания вспышки. (См. Рисунок 4.)

    Рис. 4. Благодаря быстрому переключению катушки индуктивности можно использовать батареи 1,5 В для индукции ЭДС в несколько тысяч вольт. Это напряжение можно использовать для хранения заряда в конденсаторе для последующего использования, например, в насадке для вспышки камеры.

    Можно рассчитать L для индуктора, учитывая его геометрию (размер и форму) и зная создаваемое магнитное поле.В большинстве случаев это сложно из-за сложности создаваемого поля. Таким образом, в этом тексте индуктивность L обычно является заданной величиной. Единственным исключением является соленоид, потому что он имеет очень однородное поле внутри, почти нулевое поле снаружи и простую форму. Поучительно вывести уравнение для его индуктивности. Начнем с того, что наведенная ЭДС определяется законом индукции Фарадея как ЭДС = — Н (Δ Φ / Δ t ) и, по определению самоиндукции, как ЭДС = — L . (Δ I / Δ т ).Приравнивая эти доходности к

    [латекс] \ text {emf} = — N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} = — L \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} \\ [/ latex]

    Решение для L дает

    [латекс] L = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta I} \\ [/ latex]

    Это уравнение для самоиндукции L устройства всегда верно. Это означает, что самоиндукция L зависит от того, насколько эффективен ток для создания магнитного потока; чем эффективнее, тем больше Δ Φ / Δ I .Давайте воспользуемся этим последним уравнением, чтобы найти выражение для индуктивности соленоида. Поскольку площадь A соленоида является фиксированной, изменение магнитного потока составляет Δ Φ = Δ ( B A ) = A Δ B . Чтобы найти Δ B , заметим, что магнитное поле соленоида определяется выражением [латекс] B = {\ mu} _ {0} {nI} = {\ mu} _ {0} \ frac {NI} { \ ell} \\ [/ латекс]. (Здесь n = N ​​/ , где N ​​ — количество катушек, а — длина соленоида.{2} A} {\ ell} \ text {(соленоид)} \\ [/ latex].

    Это самоиндукция соленоида с площадью поперечного сечения A и длиной . Обратите внимание, что индуктивность зависит только от физических характеристик соленоида, в соответствии с его определением.

    Пример 1. Расчет самоиндукции соленоида среднего размера

    Рассчитайте самоиндукцию соленоида длиной 10,0 см и диаметром 4,00 см, который имеет 200 катушек.

    Стратегия

    Это простое применение [латекса] L = \ frac {{\ mu} _ {0} {N} ^ {2} A} {\ ell} \\ [/ latex], поскольку все величины в уравнении, кроме L известны. {2} \ влево (1.{2} \ right)} {0.100 \ text {m}} \\ & = & 0.632 \ text {mH} \ end {array} \\ [/ latex].

    Обсуждение

    Этот соленоид среднего размера. Его индуктивность около миллигенри также считается умеренной.

    Одно из распространенных применений индуктивности используется в светофорах, которые могут определить, когда автомобили ждут на перекрестке. Электрическая цепь с индуктором размещается на дороге под местом остановки ожидающей машины. Кузов автомобиля увеличивает индуктивность, и схема изменяется, посылая сигнал на светофор, чтобы изменить цвет.Точно так же металлоискатели, используемые для безопасности аэропортов, используют ту же технику. Катушка или индуктор в корпусе металлоискателя действует как передатчик и как приемник. Импульсный сигнал в катушке передатчика вызывает сигнал в приемнике. На самоиндукцию цепи влияет любой металлический предмет на пути. Такие детекторы могут быть настроены на чувствительность, а также могут указывать приблизительное местонахождение обнаруженного на человеке металла.

    No related posts.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *