Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна

Катушка индуктивности. Устройство и принцип работы.

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самых основ, и темой сегодняшней статьи будет катушка индуктивности. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку 🙂 То есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

L = \frac{\mu_0\thinspace \mu S N^2}{l}

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

• \mu_0 – магнитная проницаемость вакуума. Это табличная величина (константа) и равна она следующему значению: \mu_0 = 4 \pi \cdot 10^{-7}\medspace\frac{Гн}{м}
• \mu – магнитная проницаемость магнитного материала сердечника. А что это за сердечник и для чего он нужен? Сейчас выясним. Дело все в том, что если катушку намотать не просто на каркас (внутри которого воздух), а на магнитный сердечник, то индуктивность возрастет многократно. Посудите сами – магнитная проницаемость воздуха равна 1, а для никеля она может достигать величины 1100. Вот мы и получаем увеличение индуктивности более чем в 1000 раз
• S – площадь поперечного сечения катушки
• N – количество витков
• l – длина катушки

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный!

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь. Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

\varepsilon_s = -\frac{d\Phi}{dt}

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку I_L будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот  будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать.

Напряжение на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

\varepsilon_s = -L\medspace\frac{dI}{dt}

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

\varepsilon_L = -L\medspace\frac{dI}{dt}

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость! Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: \varepsilon < 0, i > 0, участок 3-4: \varepsilon > 0, i < 0). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника).

А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока).

И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

X_L = w\medspace L

Где w – круговая частота: w = 2 \pi f. [/latex]f[/latex] – это частота переменного тока. Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный (f = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение u? Здесь все на самом деле просто! По 2-му закону Кирхгофа:

u + \varepsilon_L = 0

А следовательно:

u = – \varepsilon_L

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе (ссылка) друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались!

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому разговор о катушках индуктивности мы продолжим в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна

Виды и характеристики катушек индуктивности. Для чего нужны данные элементы цепи и как они устроены.

Определение и принцип действия

Катушка индуктивности — это катушка смотанного в спираль или другую форму изолированного проводника. Основные особенности и свойства: высокая индуктивность при низкой ёмкости и активном сопротивлении.

Она накапливает энергию в магнитном поле. На рисунке ниже вы видите её условное графическое обозначение на схеме (УГО) в разных видах и функциональных назначениях.

Она может быть с сердечником и без него. При этом с сердечником индуктивность будет в разы больше, чем если его нет. От материала, из которого изготовлен сердечник, также зависит величина индуктивности. Сердечник может быть сплошным или разомкнутым (с зазором).

Напомним один из законов коммутации:

Ток в индуктивности не может измениться мгновенно.

Это значит, что катушка индуктивности — это своего рода инерционный элемент в электрической цепи (реактивное сопротивление).

Давайте поговорим, как работает это устройство? Чем больше индуктивность, тем больше изменение тока будет отставать от изменения напряжения, а в цепях переменного тока — фаза тока отставать от фазы напряжения.

В этом и заключается принцип работы катушек индуктивности – накопление энергии и задерживание фронта нарастания тока в цепи.

Из этого же вытекает и следующий факт: при разрыве в цепи с высокой индуктивностью напряжение на ключе повышается и образуется дуга, если ключ полупроводниковый — происходит его пробой. Для борьбы с этим используются снабберные цепи, чаще всего из резистора и конденсатора, установленного параллельно ключу.

Виды и типы катушек

В зависимости от сферы применения и частоты цепи может отличаться конструкция катушки.

По частоте можно условно разделить на:

• Низкочастотные. Пример — дроссель люминесцентной лампы, трансформатор (каждая обмотка представляет собой катушку индуктивности), реактор, фильтры электромагнитных помех. Сердечники чаще всего выполняются из электротехнической стали, для цепей переменного тока из листов (шихтованный сердечник).
  
• Высокочастотные. Например, контурные катушки радиоприемников, катушки связи усилителей сигнала, накопительные и сглаживающие дроссели импульсных блоков питания. Их сердечник изготавливают обычно из феррита.
  

Конструкция отличается в зависимости от характеристик катушки, например, намотка может быть однослойной и многослойной, намотанной виток к витку или с шагом. Шаг между витками может быть постоянным или прогрессивным (изменяющимся по длине катушки). Способ намотки и конструкция влияют на конечные размеры изделия.

Отдельно стоит рассказать о том, как устроена катушка с переменной индуктивностью, их еще называют вариометры. На практике можно встретить разные решения:

• Сердечник может двигаться относительно обмотки.
• Две обмотки расположены на одном сердечнике и соединены последовательно, при их перемещении изменяется взаимоиндукция и индуктивная связь.
• Сами витки для настройки контура могут раздвигаться или сужаться приближаясь друг к другу (чем плотнее намотка — тем больше индуктивность).

И так далее. При этом подвижная часть называется ротором, а неподвижная — статором.

По способу намотки бывают также различными, например, фильтры со встречной намоткой подавляют помехи из сети, а намотанные в одну сторону (согласованная намотка) подавляют дифференциальные помехи.

Для чего нужны и какие бывают

В зависимости от того, где применяется катушка индуктивности и её функциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. Давайте рассмотрим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу применения.

Дроссели. Обычно так называются устройства для ограничения тока, область применения:

• В пускорегулирующей аппаратуре для розжига и питания газоразрядных ламп.
  
• Для фильтрации помех. В блоках питания — фильтр электромагнитных помех со сдвоенным дросселем на входе компьютерного БП, изображен на фото ниже. Также используется в акустической аппаратуре и прочем.
  
• Для фильтрации определенных частот или полосы частот, например, в акустических системах (для разделения частот по соответствующим динамикам).
• Основа в импульсных преобразователях — накопитель энергии.

Токоограничивающие реакторы — используются для ограничения токов короткого замыкания на ЛЭП.

Примечание: у дросселей и реакторов должно быть низкое активное сопротивление для уменьшения их нагрева и потерь.

Контурные катушки индуктивности. Используются в паре с конденсатором в колебательном контуре. Резонансная частота подбирается под частоту приема или передачи в радиосвязи. У них должна быть высокая добротность.

Вариометры. Как было сказано — это настраиваемые или переменные катушки индуктивности. Чаще всего используются в тех же колебательных контурах для точной настройки частоты резонанса.

Соленоид — так называется катушка, длина которой значительно больше диаметра. Таким образом внутри соленоида образуется равномерное магнитное поле. Чаще всего соленоиды используются для совершения механической работы — поступательного движения. Такие изделия называют еще электромагнитами.

Рассмотрим, где используются соленоиды.

Это может быть активатор замка в автомобиле, шток которого втягивается после подачи на соленоид напряжения, и звонок, и различные исполнительные электромеханические устройства типа клапанов, грузоподъёмные магниты на металлургических производствах.

В реле, контакторах и пускателях соленоид также выполняет функцию электромагнита для привода силовых контактов. Но в этом случае его чаще называют просто катушка или обмотка реле (пускателя, контактора соответственно), как выглядит, на примере малогабаритного реле вы видите ниже.

Рамочные и кольцевые антенны. Их назначение — передача радиосигнала. Используются в иммобилайзерах автомобилей, металлодетекторах и для беспроводной связи.

Индукционные нагреватели, тогда она называется индуктором, вместо сердечника помещают нагреваемое тело (обычно металл).

Основные параметры

К основным характеристикам катушки индуктивности можно отнести:

1. Индуктивность.
2. Силу тока (для подбора подходящего элемента при ремонте и проектировании это нужно учитывать).
3. Сопротивление потерь (в проводах, в сердечнике, в диэлектрике).
4. Добротность — отношение реактивного сопротивления к активному.
5. Паразитная емкость (емкость между витками, говоря простым языком).
6. Температурный коэффициент индуктивности — изменение индуктивности при нагреве или охлаждении элемента.
7. Температурный коэффициент добротности.

Маркировка

Для обозначения номинала катушки индуктивности используют буквенную или цветовую маркировку. Есть два вида буквенной маркировки.

1. Обозначение в микрогенри.
   
2. Обозначение набором букв и цифр. Буква r – используется вместо десятичной запятой, буква в конце обозначения обозначает допуск: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М = ±20%.
   

Цветовую маркировку можно распознать аналогично таковой на резисторах. Воспользуйтесь таблицей, чтобы расшифровать цветные полосы или кольца на элементе. Первое кольце иногда делают шире остальных.

На это мы и заканчиваем рассматривать, что собой представляет катушка индуктивности, из чего она состоит и зачем нужна. Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по теме статьи:

Материалы по теме:

• Как сделать индукционный котел своими руками
• Что такое самоиндукция
• Калькулятор для расчета катушки индуктивности

Автор: Алексей Бартош

Катушка индуктивности | Виды катушек, практические опыты

Что такое катушка индуктивности

Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

Индуктивность

Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC – метра.

Что такое индуктивность?  Если через  провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

где

В – магнитное поле, Вб

I – сила тока, А

А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с  Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.

Самоиндукция

Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:

где

I – сила тока в катушке , А 

U – напряжение в катушке, В 

 R – сопротивление катушки, Ом

Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть  в разы больше, чем было до размыкания  цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

Типы катушек индуктивности

Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и  немагнитным сердечником. Снизу  на фото катушка с немагнитным сердечником.

Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник :-).  Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным  сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

А вот катушки индуктивности с сердечником:

В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

Дроссель

Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

Также существует еще один особый вид дросселей – это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

Что влияет на индуктивность?

От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов.  Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

Имеется ферритовый сердечник

Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

LC-метр  показывает 21 микрогенри.

Ввожу катушку на середину феррита

35 микрогенри. Уже лучше.

Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине.  Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности  в переменных катушках индуктивности:

где

1 – это каркас катушки

2 – это витки катушки

3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.

Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки

Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.

Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз.  Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

Замеряем индуктивность

15 микрогенри

Отдалим витки катушки друг от друга

Замеряем снова

Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка  не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.

Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

Замеряем

Офигеть! Увеличил количество витков  в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”. Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

Обозначение на схемах

Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

А при параллельном соединении получаем вот так:

При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек.  Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

Резюме

Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:

для чего она нужна и как работает, параметры

Индукционная катушка — это дроссель или изолированный проводник. Используется электрический каркас, композитные вставки. При рассмотрении понятия необходимо изучить свойства, основные особенности катушки индуктивности.

Определение устройства

Катушка индуктивности — это устройство, которое обладает малой емкостью и значительным сопротивлением. Дроссель является отменным проводником электрического тока, учитывается высокий показатель инерционности. Устройства применяются в качестве свернутого изолированного проводника. Винтовые, спиральные модификации способны справляться с помехами, колебаниями в сети.

Важно! Устройство работает в цепях переменного тока при низкой и высокой частоте.

Назначение и принцип действия

Специалисты задаются вопросом, зачем нужна токовая катушка индуктивности в цепи, и для этого необходимо разобраться в показателях. Коэффициент ЭДС (электродвижущая сила) показывает разницу между энергией и магнитным потоком. Устройства самоиндукции способны влиять на изменения в цепи. Чаще всего дроссели применяются в силовых установках. Они способны контролировать уровень напряжения, не допускают разрыва цепи.

Также компоненты устанавливаются на пару с конденсаторами либо резисторами. Благодаря работе катушки фильтры находятся в безопасности. Теперь вызывает интерес, как включается индукционная катушка. Принцип работы построен на изоляции проводников. В конструкции используется электрический каркас с различным сечением. За счёт намоток обеспечивается распределение ёмкости на дросселе.

Интересно! Витки наматываются с определенным шагом, многое зависит от типа катушки.

Виды и типы

Различают низкочастотные, высокочастотные модели. В отдельную категорию выделяют винтовые, спиральные катушки. Также существуют модификации, которые используются в радиотехнике. Они подходят для защиты конденсатора либо резонансных контуров.

Для трансформаторов годятся катушки с усилителем каскадом. В последнюю категорию выделены вариометры, основное отличие — высокая частота колебательных контуров. Дроссели могут быть одинарными либо сдвоенными. От этого зависит показатель индуктивности и питания системы.

Низкочастотные

Для включения в электрическую цепь, применяется низкочастотная катушка индуктивности. Она предназначена для подавления переменного тока. В формуле учитывается циклическая частота и показатели индуктивности. За основу в устройствах берётся сердечник, который изготавливается из стали. Он может быть с фильтрами либо без них.

Чтобы влиять на частоту, происходит игра с сопротивлением. В цепи постоянного тока напряжение должно быть неизменным. С целью понижения частоты применяются фильтры. Основная проблема — это малая ёмкость. Чтобы детально ознакомиться с дросселем, стоит подробнее узнать о резонансной частоте, которая выделяется на контуре рабочего сигнала.

Когда в цепях повышается напряжение, на каркас оказывается нагрузка. В цепи постоянного тока задействуются непрозрачные проволочные резисторы. Также для этих целей подходят однослойные катушки типа «универсал». Их особенность — использование ферритовых стержней.

Высокочастотные

Устройства изготавливаются с различными типами обмотки. Речь идет о наборе преимуществ, которые спасают в той или иной ситуации. Сфера применения элементов широка, учитывается значительная частота модуляции. Таким образом удается бороться с повышенным сопротивлением металлов. У катушек имеется сердечник.

Основная задача — это модуляция частоты генератора. Она происходит за счёт усиления сигнала, и за процессом можно проследить при подключении осциллографа. Многие высокочастотные катушки не отличаются стабильной работой, поскольку применяется керамический каркас. У него малый срок годности, плюс они восприимчивы к повышенной влажности.

Интересно! Современные товары изготавливаются из алюминия и являются компактными.

Электрикам известны контурные, безконтурные модификации высокой частоты. В зависимости от намотки учитывается стабильность электрических параметров. У моделей высокой частоты могут применяться магниты и провода. Речь идет о порошковых материалах, сделанных из диэлектриков.

Процесс изготовления связан с методом холодного прессования. Индуктивные датчики отличаются по защищенности. На предприятиях элементы могут погружать в раствор либо продевать в трубку. Это делается с целью избежания коротких замыканий. Мировые производители решают проблему путем использование вторичного витка.

У моделей значительное сопротивление и есть проблема с концентрацией электролита. Таким образом изменяются свойства катушки индуктивности. Проводимость раствора падает и повышается частота электромагнитного поля.

Основные технические параметры

Катушки индуктивности имеют следующие характеристики:

• добротность отклонения;
• эффективность;
• начальная индуктивность;
• температура;
• стабильность;
• предельная емкость;
• номинальная индуктивность.

Стабильность демонстрирует свойства устройства при изменении условий использования. Температура фиксируется вследствие различных причин. Многое зависит от размера каркаса. Когда температура уменьшается, индуктивность также снижается. Современные параметры — это цикличность, которая является отношением температуры к линейному расширению. Учитывается изменение в керамической основе плюс показатель плотности.

Температура отслеживается на горячей намотке. В этом плане хорошо себя показали многослойные дроссели с сердечником, которые сделаны из карбонильного железа. Ёмкость отображает количество витков катушки, берется в расчет количество секций и контуров. Высокочастотные модели считаются более емкостными и стабильными.

Номинальная индуктивность — это параметр, который учитывает изменение размеров волны. Измерение происходит в микрогенрах. Если смотреть на формулу, учитывается количество витков, длина намотки, плюс диаметр катушки.

Маркировка

При рассмотрении катушек индуктивности оценивается цветовая и кодовая маркировка. Если смотреть на первые цифры, отображается показатель индуктивности. Далее учитывается параметр отклонения:

• Серебряный 0,01 мкГн, 10%.
• Золотой 0,1 мкГн, 5%.
• Черный 0,1мкГн, 20%.
• Коричневый 1,1 мкГн.
• Красный 2, 2 мкГн.
• Оранжевый 1 мкГн.
• Желтый 4 мкГн.
• Зеленый 5 мкГн.
• Голубой 6 мкГн.
• Фиолетовый 7мкГн.
• Серый 8 мкГн.
• Белый 9 мкГн.

В нестабильной цепи переменного электрического тока не обойтись без катушки индуктивности. Выше описаны основные типы изолированных проводников, продемонстрированы их параметры. Учитывается уровень частоты, а также свойства.

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: история, конструкция, параметры

Катушка индуктивности – элемент электрических цепей, способствующий накоплению энергии магнитного поля. С использованием изделий изготавливаются колебательные резонансные контуры. Катушка называется потому, что вокруг бобины-сердечника обматывается нить проволоки. Часто в радиотехнике элементы именуют индуктивностями. Подходит случаю, конструкции иной раз мало напоминают катушку.

История создания катушки индуктивности

Катушки индуктивности наматываются фиксированным числом проводов. Этот факт  скрывают на уроках физики, избегая забивать ученикам мозги. Потом догадываются бедняги, пытаясь уловить смысл термина бифилярная обмотка двигателя. Нитей бывает больше, выделяют катушки индуктивности:

• трифилярные;
• тетрафилярные;
• пентафилярные.

Обычные катушки индуктивности называют унифилярными – нить проволоки одна. Сразу возникает справедливый вопрос – зачем конструкции? Изобретатель катушку индуктивности неизвестен. Ответы дают, виноват Тесла… Далеко от истины.

Дроссель

Один знаток Майл.ру – не исключено, админ ресурса – ответил: отцом катушек индуктивности является Майкл Фарадей, якобы, открыл магнитную индукцию (согласно англоязычной страничке Википедии). Напрашивается вывод, историковед не владеет вопросом. Главная причина критики “Ответов” Майл – некомпетентность. Фарадей открыл индукцию, применив тороидальный трансформатор с двумя изолированными обмотками. Намного сложнее конструкция, нежели катушка, явление заключалось сопровождалось выходом скачка тока при изменении магнитного поля сердечника.

Произошло описанное в 1831 году, первый электромагнит сконструирован малоизвестным в России Уильямом Стердженом. Знаете, как выглядел прибор? Правильно – катушка индуктивности из 18 витков оголенной медной проволоки с хорошим лакированным ферромагнитным сердечником формы лошадиной подковы. При пропускании по обмотке тока железо в округе притягивалось устройством. Годом выхода первого электромагнита в свет историки считают 1824. Раньше, нежели Фарадей начал эксперименты.

Наставник Хампфри Дэви счел работу плагиатом. Ученик не решался продолжить, конфликтовать открыто. Получилось, в 1829 году безвременно Хампфри Дэви ушел из жизни, благодаря чему Майкл Фарадей возобновил работу. Не потому считаем неверными скудные сведения рунета по рассматриваемому вопросу. Вторая причина кроется в гальванометрах: первый сконструирован 16 сентября 1820 года Иоганном Швейггером. Годом позже великий Ампер усовершенствовал прибор, угадайте, что входило в состав новинки? Правильно – катушка индуктивности, составленная несколькими витками проволоки.

В 1826 году Феликс Савари разряжал лейденскую банку через несколько витков проволоки, обмотанной вокруг стальной иглы. Наблюдая остаточную намагниченность металла. Фактически Савари создал первый колебательный контур, правильно сделав выводы о происходящих процессах.

Майкл Фарадей бессилен стать изобретателем индуктивности. Скорее ученый работал в этом направлении, вел некоторые исследования, получил новый закон касательно электромагнетизма. В результате вопрос об изобретателе катушки индуктивности оставляем открытым. Рискнем предположить, у субъекта темы два отца:

Лаплас и Швейггер

1. Лаплас на основе доклада Эрстеда высказал предположение: действие тока на магнитную стрелку можно усилить, изогнув провод.
2. Швейггер реализовал услышанное на практике, создав первый в мире гальванометр, использовав доклады Ампера о зависимости угла отклонения стрелки от силы тока.

Конструкция катушки индуктивности

Вокруг прямолинейного проводника с постоянным током создается круговое магнитное поле. Линии напряженности напоминают спираль. Некто догадался свернуть провод кольцом, чтобы вклад элементарных сегментов сложился в центре. В результате внутри конструкции магнитное поле намного выше, нежели снаружи. Линии визуально наблюдаем на железных опилках. На Ютуб множество роликов, где через индуктивность пропускают ток, демонстрируя упорядоченную ориентацию металлической пыли в момент замыкания контактов. Конструкция способна запасать впрок магнитное поле подобно конденсатору, накапливающему заряд. Катушками называют только индуктивности, содержащие намотку лакированного провода. В микрополосковой технологии напыляемые для запасания магнитного поля элементы логично именовать индуктивностями.

Если в катушке, совсем как в той, что используют швеи, несколько витков провода расположить один за другим бок о бок так, чтобы ось была общей, линии напряженности магнитного поля суммируются. Простейшая индуктивность, способная накапливать энергию магнитного поля. При резком пропадании напряжения образуется явление обратной-ЭДС широко известное технике. Выступает причиной искрения коллекторных двигателей. Используется лакированный (с лаковой изоляцией) медный провод нужного сечения. Количество витков, форма сердечника определяются предварительно расчетами или по имеющемуся образцу.

Противо-ЭДС является паразитной, для гашения последовательно с катушкой включают емкость размером побольше, пытаясь занизить суммарное реактивное сопротивление. В импеданс индуктивности входят с положительным знаком, емкости – с отрицательным. Тесла изобрел катушку, взял патент. Но конструкция представляла собой плоскую спираль (лабиринт) с двойной намоткой. Ученый показал, индуктивность одновременно характеризуется значительным емкостным сопротивлением, при исчезновении напряжения явления обратной ЭДС никак не проявляет себя.

Бифилярные катушки сегодня широко используются. Что касается обратной ЭДС, служит причиной розжига разрядных ламп (дневного света). Вернемся к конструкции. В первом электромагните проволока оголенная, современные катушки индуктивности наматываются лакированным. Тонкая изоляция при необходимости может быть легко снята (например, токсичной муравьиной кислотой), в исходном состоянии надежно защищает конструкцию против короткого замыкания.

Внутри катушки находится сердечник из ферромагнитного материала. Форма не важна, сечение лучше брать круглым. На высоких частотах магнитный поток (см. Преобразователь напряжения) выходит на поверхность сердечника, смысл применения ферромагнитных сплавов пропадает, иногда используется латунь (даже композитные материалы, диэлектрики). Снижает индуктивность, на высоких частотах запасаемая за период мощность невелика. Трюк проходит. У многих возникает вопрос – зачем нужен сердечник?

Сердечник катушки индуктивности выступает опорой, долговечным каркасом, усиливая магнитное поле. Индукция связана с напряженностью поля через постоянную магнитной проницаемости среды. У ферромагнитных материалов параметр поистине велик. В тысячи раз больше, нежели воздуха, большинства металлов. С ростом частоты необходимость в сердечнике снижается, возникают некоторые негативные эффекты, два из которых особенно важны:

Линии магнитного поля, сформированные опилками

1. Переменное магнитное поле наводит вихревые токи, посредством которых функционируют индукционные плитки. Результат представите сами: какой нагрев сердечника вызовет. Сердечники силовых трансформаторов собираются из специальной электротехнической стали с высоким сопротивлением, разбиваются тонкими листами, изолированными взаимно слоем лака. Шихтование позволит сильно снизить влияние вихревых токов.
2. Второй эффект называется перемагничиванием. Отнимает энергию поля, вызывает нагрев материала. Явление характерно для ферромагнитных материалов, устраняется использованием латуни.

В микрополосковой технологии предусмотрено исполнение индуктивностей в виде плоских спиралей: проводящий материал через трафарет напыляется на подложку (возможный метод). Напоминает конструкцию Николы Тесла. Номинал  катушка индуктивности имеет весьма малый, иного не надо на частотах СВЧ. Расчет ведется по специальным справочникам, хотя пользуются преимущественно инженеры-конструкторы.

Для намотки индуктивности изготавливают специальные приспособления, напоминающие катушку спиннинга. На ось одевается сердечник с ограничителем по бокам, вращая ручку, мастер внимательно считает количество оборотов, отмеряет нужную длину. Медленно, по способу челнока рука двигается влево-вправо, витки ровно ложатся последовательно.

Зачем нужны бифилярные катушки индуктивности

Иногда катушка наматывается в две и более проволочных нитей. Тесла конструкцию применял для увеличения емкостных качеств. В результате становилось возможным экономить материалы – говорили выше. Что касается состояния на современном этапе развития технологий, причиной создания бифилярных катушек может быть следующее:

Бифилярные катушки индуктивности

1. Одна обмотка заземляется. Устраняет паразитную противо-ЭДС, вызывающую искрение, некоторые другие негативные эффекты. Когда резко пропадает напряжение, магнитное поле по большей части наводит тока в заземленной обмотке, поскольку активное сопротивление цепи наименьшее. Эффект противо-ЭДС гасится. В импульсных реле вспомогательная обмотка закорачивается. Энергия поля невелика, рассеивается активным сопротивлении меди в виде тепла.
2. Идеи Тесла не забыты. Часто в виде бифилярных катушек изготавливаются резисторы малого номинала. Сопротивления часто имеют схожее строение. Например, известные МЛТ, лента навивается на керамическое основание. Суть затеи повысить емкостное сопротивление, компенсируя индуктивность. Импеданс резистора обращается в чисто активный. Смысл мероприятия велик при работе на переменном токе. В цепях постоянного мнимая часть импеданса (реактивное сопротивление) роли не играет.
3. В импульсных блоках питания напряжение одной полярности, меняется по амплитуде. Позволит бифилярный трансформатор защитить от явления паразитной противо-ЭДС, спасает ключевой транзистор от пробоя. Дополнительная обмотка заземляется через диод, в обычном режиме не влияет на работу устройства. Противо-ЭДС имеет обратное направление. В результате p-n-переход открывается, разница потенциалов ограничивается прямым падением напряжения. Для кремниевых полупроводниковых диодов значение составляет 0,5 В. Понятно, напряжение не может пробить ключевой транзистор практически любого типа.
4. Идеи Тесла используются при создании вечных двигателей (в литературе: СЕ – сверхъединичных устройств, с КПД выше 1). Используется возможность устранения реактивного сопротивления для идеализации процесса работы.

Параметры катушек индуктивности

Главной характеристикой катушек называют индуктивность. Физическая величина, в СИ измеряемая Гн (генри), характеризующая величину мнимой составляющей сопротивления конструкции. Параметр показывает, как много магнитного поля запасет катушка. Для простоты энергию за период считают пропорциональной произведению LI2, где L – индуктивность, I – протекающий в системе ток.

Формула расчета индуктивности

Теоретический расчет главного параметра катушек сильно определен конструкцией. Выпускаются специальные методические пособия, формула (см. рисунок: S – площадь сечения намотки, l – длина катушки, N – количество витков проволоки, в формуле – магнитная постоянная и магнитная проницаемость сердечника), приведенная на картинке, частный вариант. Когда индуктивность напоминает катушку. Имеются специальные программы для персонального компьютера, упрощающие процесс.

К вторичным параметрам катушек индуктивности относят:

• Добротность. Характеризует потери на активном сопротивлении.
• Собственная индуктивность (см. выше).
• Температурная стабильность параметров.

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.

Общее использование индукторов

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

Когда переменный ток протекает через индукторы, 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.

Благодаря использованию индукторов схемы настройки могут выбирать желаемую частоту. В электронных устройствах, таких как схемы радионастройки и телевидение, наряду с индуктором используются конденсаторы.Он изменяет частоту и помогает выбирать из нескольких каналов частоты.

• Для хранения энергии в устройстве.

Катушки индуктивности могут накапливать энергию. Энергия хранится в виде магнитного поля и исчезнет при отключении источника питания. Вы можете видеть 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, контактирующем с потоком переменного тока, создает магнитное поле.

Индукторы регулируют 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 на 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 теперь 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 петли из проволоки 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 определяется по формуле:

Различные типы индукторов

В зависимости от типа материала индукторы бывают разных типов.

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 для обеспечения более низкой пиковой индуктивности 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

с железным 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 в соответствии с магнитной коэрцитивной силой, 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).У ферритового сердечника много 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, протекающий 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 - индуктивность, выраженная в Генри, и интеграл напряжения, проходящего через катушку индуктивности.

Примечание: I _o - это начальный ток, протекающий через индуктор, если он есть.

Пример: Если напряжение на катушке индуктивности составляет 6cos (3000t) В, а индуктивность 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 катушке индуктивности, 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 пластмассовый каркас соответствующего диаметра и должен быть равен необходимому 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 формулу выше, 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 по длине катушки в поперечном сечении сердечника. Большая площадь катушки дает меньшее сопротивление формированию потока магнитного поля с учетом силы 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 образует относительно длинную катушку. Этот тип катушек имеет меньшее количество потокосцеплений 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.Это 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.

Что такое индуктор - его работа, параметры, факторы и применение

Индуктор и его работа, параметры, факторы и применение

Катушка индуктивности - один из наиболее часто используемых электрических компонентов в цепи. Его называют дросселем, змеевиком или реактором.

Индуктор:

Индуктор - это пассивный электрический компонент с двумя выводами, который накапливает энергию в магнитном поле . Это магнитное поле создается за счет протекания через него тока.

Он в основном состоит из катушки, окружающей сердечник. Каждая катушка по сути является индуктором. Изменение тока через катушку создает вокруг нее магнитное поле. Это магнитное поле, согласно закону Ленца , индуцирует ЭДС на катушке, противоположную направлению входного тока. Таким образом, индуктор препятствует любому изменению тока питания.

Индуктивность:

Индуктивность - это способность или свойство индуктора создавать электродвижущую силу (ЭДС или напряжение) из-за изменения электрического тока.

Это отношение напряжения к скорости изменения тока через индуктор.

L = V / (di / dt)

Единицей индуктивности СИ является Генри , названная в честь американского ученого Джозефа Генри. Его эквивалент - Вебер / Ампер.

1 Генри - это величина индуктивности, когда изменение тока на 1 ампер в секунду в катушке создает ЭДС в 1 вольт. Он обозначается как H.

Индуктивность катушки индуктивности зависит от многих факторов, которые кратко обсуждаются ниже.Индукторы обычно имеют индуктивность от 1 мкГн до 20Гн.

Обозначение индуктора:

Существуют различные типы индукторов. На схеме они обозначены различными символами. Обозначения некоторых индукторов приведены ниже:

Работа индуктора:

Согласно правилу электромагнетизма, закон Эрстеда , когда постоянный ток проходит через прямой проводник, вокруг него создается магнитное поле. Это.Сила магнитного поля зависит от тока питания. Если ток через проводник изменить, результирующее магнитное поле также изменится. Создаваемое магнитное поле перпендикулярно проводнику.

Направление создаваемого магнитного поля можно определить с помощью правила для правой руки Флеминга или правила для правой руки. Согните палец, как будто держите проводник, и направьте большой палец в направлении тока. Большой палец показывает направление тока, а фигурные пальцы показывают направление магнитного поля вокруг проводника.

Как мы знаем, индуктор - это проводник, обернутый в виде катушки. Изменяющееся магнитное поле создается путем изменения тока, проходящего через него. Изменяющееся магнитное поле заставляет магнитные линии пересекать часть проводника, что вызывает ЭДС в проводах. Это явление известно как самоиндукция.

Согласно Ленцу, эта ЭДС, наведенная в катушке, противоположна по направлению току питания и препятствует любому изменению тока питания. Чем выше скорость изменения тока питания, тем выше скорость изменения магнитного поля и сильнее встречный индуцированный ток.

Проще говоря, реактивное сопротивление (сопротивление) катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты питающей сети. Он увеличивается до такой степени, что полностью блокирует входной ток. Таким образом, индуктор блокирует переменный ток, в то время как он ведет себя как замыкающая цепь для постоянного тока.

Параметры индуктора:

Параметры любого электронного компонента определяют его производительность и использование. Это дает нам представление о том, как и в какой схеме следует использовать эти компоненты.Некоторые параметры индуктора приведены ниже:

Сопротивление постоянному току (DCR):

Сопротивление индуктора для постоянного тока называется сопротивлением постоянному току.

В идеале, индуктор не должен иметь сопротивления постоянному току (DCR), но имеет тенденцию иметь некоторое сопротивление на уровне сигналов 0 Гц или около него. В схеме оно моделируется как отдельное последовательное сопротивление с индуктором.

Чтобы измерить сопротивление индуктивности постоянному току, подайте постоянное напряжение и измерьте ток через него. Затем рассчитайте сопротивление, используя закон Ома для заданных напряжения и тока.

R _DC = V / I

Обычно это около нескольких Ом. Сопротивление индуктивности постоянному току зависит от длины и площади поперечного сечения используемого провода. Он ниже для катушек индуктивности с низкой стоимостью и выше для катушек с высокой номинальной мощностью.

Ток насыщения:

По сути, увеличение тока через катушку, намотанную вокруг ферромагнитного сердечника, увеличивает создаваемый в нем поток. В определенный момент сердечник полностью насыщается, и увеличение тока не приводит к увеличению потока в сердечнике.Таким образом, ток, при котором сердечник становится насыщенным, известен как ток насыщения катушки индуктивности.

Превышение тока насыщения снижает проницаемость сердечника. Это впоследствии приводит к резкому уменьшению индуктивности индуктора. Снижение индуктивности при токе насыщения составляет от 10 до 20%.

Помните, что только ферромагнитные материалы могут иметь внутри магнитный поток. Таким образом, индуктор с воздушным сердечником не имеет тока насыщения.

Номинальный ток:

Это максимальный номинальный ток, который провод, используемый в обмотке индуктора, может выдерживать при определенной температуре.Индуктор может безопасно работать при этом номинальном токе, не повреждая обмотку.

Превышение номинального тока индуктора приведет к термическому повреждению изоляции обмоток, вызывая короткое замыкание витков (что в конечном итоге приведет к разрушению всего устройства).

Постоянный ток через индуктор не должен превышать номинальный ток индуктора.

Проницаемость сердечника:

Магнитная проницаемость сердечника играет жизненно важную роль в индуктивности индуктора.Увеличение проницаемости сердечника увеличивает индуктивность. Размер, форма и материал сердечника влияют на индуктивность.

Собственная емкость:

Как мы знаем, в катушке индуктивности несколько витков. Между каждым из этих витков есть емкость, потому что витки находятся в непосредственной близости и имеют другой потенциал (только в переменном токе, потому что в постоянном токе обмотка короткая).

При увеличении частоты увеличивается индуктивное реактивное сопротивление и уменьшается емкостное реактивное сопротивление.Благодаря этому индуктор работает как конденсатор.

Для уменьшения собственной емкости витки обмотки высокочастотных катушек индуктивности расположены далеко друг от друга.

Саморезонансная частота:

Как мы установили, между витками катушки существует емкость. Эта емкость создает параллельную LC-цепь.

При увеличении частоты наступает момент, когда индуктивное реактивное сопротивление становится равным емкостному реактивному сопротивлению. Эта частота известна как резонансная частота.

Катушка индуктивности имеет очень высокий импеданс на резонансной частоте и выглядит как разомкнутая цепь.

Увеличение частоты выше резонансной приведет к уменьшению емкостного реактивного сопротивления, и катушка индуктивности начнет вести себя как конденсатор. Чтобы избежать этой проблемы, индукторы используются ниже их собственной резонансной частоты.

Потери мощности в индукторе:

Потери в меди

Потери, возникающие из-за сопротивления обмотки катушки индуктивности, называются потерями в меди.Эти потери зависят от тока, протекающего через индуктор.

Потери в меди = I ² R

Гистерезисные потери

Потери мощности из-за реверсивного магнитного поля в сердечнике называются гистерезисными потерями.

Во время положительного полупериода сердечник намагничивается и насыщается. Во время отрицательного полупериода сердечник не размагничивается сразу, а тратит часть энергии в сердечнике.

Различные материалы сердечника имеют разные коэффициенты гистерезиса.Материалы с низким коэффициентом гистерезиса имеют низкие гистерезисные потери.

Потери на вихревые токи

Ток, индуцируемый в сердечнике индуктора из-за окружающего его магнитного поля, называется вихревым током. Потери из-за этого тока называются потерями на вихревые токи.

Эти потери можно минимизировать, используя ламинированный сердечник.

Факторы, влияющие на индуктивность индуктора:

Индуктивность - это результат действия магнитного поля из-за силы тока на виток в катушке.Есть 4 основных фактора, которые влияют на индуктивность катушки индуктивности. Каждый из них подробно описан ниже;

Длина катушки:

Предположим, что все остальные факторы остаются неизменными, увеличение длины катушки уменьшает индуктивность катушки индуктивности.

Из-за увеличения длины катушки появляется большее сопротивление магнитному полю, создаваемому током на оборот.

Площадь поперечного сечения катушки

Если все остальные факторы остаются неизменными, увеличение площади поперечного сечения катушки увеличивает индуктивность катушки индуктивности.

Из-за увеличения площади поперечного сечения создается меньшее сопротивление создаваемому магнитному полю.

Число витков

Магнитное поле создается за счет протекания тока в этих витках, поэтому увеличение числа витков увеличивает общее магнитное поле. Таким образом увеличивается индуктивность катушки.

Проницаемость сердечника:

Магнитная проницаемость сердечника увеличивает магнитное поле катушки в сто раз.Таким образом, наличие сердечника с высокой магнитной проницаемостью увеличивает индуктивность той же катушки.

Типы индукторов

Вот подробный пост о различных типах индукторов, таких как соленоиды, дроссели, фиксированные и регулируемые индукторы, с их применением.

Применение индуктора

Частотно-селективные схемы (фильтры)

Катушка индуктивности вместе с резистором и конденсатором может использоваться в различных частотных фильтрах, таких как фильтр верхних и нижних частот, полосовой и полосовой фильтр.

Эти частотные фильтры используются для отделения ненужной частотной составляющей от сигнала.

Связанные сообщения:

Схема настройки:

Дроссель в сочетании с конденсатором используется в схеме настройки в радио и телевидении и т. Д. Для выбора желаемой частоты.

Датчик:

Индуктор используется в датчиках для обнаружения объекта в непосредственной близости без какого-либо физического контакта. Катушка индуктивности, как мы знаем, создает вокруг себя магнитное поле, когда через нее протекает ток или любое изменение магнитного поля вызывает индуцированный ток в катушке индуктивности.

Любой металлический объект рядом с индуктором нарушает его магнитное поле. Изменение магнитного поля вызовет ток в индукторе. Любое изменение тока можно обнаружить, подключив его к цепи измерения тока. Таким образом, с помощью этой техники мы можем обнаружить любой металлический объект.

Индуктивный датчик приближения и датчик дорожного движения с индукционной петлей являются наиболее распространенными индуктивными датчиками. Оба они используются для обнаружения объекта, а последний используется для определения количества движения на оживленном перекрестке.Данные трафика используются для эффективного управления сигналами.

Трансформаторы

Трансформатор - это, по сути, две отдельные катушки индуктивности, расположенные в непосредственной близости с общим сердечником, который использует магнитный поток, создаваемый одной катушкой, и индуцирует ЭДС в другой катушке посредством взаимной индукции.

Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения при передаче энергии.

Электромагнитное реле:

Электромагнитное реле - это электронный переключатель, который имеет индуктивную катушку, которая создает магнитное поле, когда катушка находится под напряжением.Это магнитное поле сближает контакты клеммы, позволяя течь току.

Асинхронные двигатели

В асинхронных двигателях ротор вращается из-за вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой через статор. Скорость его ротора зависит от вращающегося магнитного поля, которое зависит от частоты питания. Таким образом, единственный способ изменить скорость - использовать индуктор.

Связанное сообщение:

Введение в индукторы - что такое индуктор, основы, типы и работа индукторов

Один пассивный компонент, который всегда остается неясным, - это индукторы . Это структуры, похожие на катушки, которые вы найдете в большинстве силовых электронных схем, и именно из-за их свойств работают ваши трансформаторы. Причина, по которой многие люди не понимают индукторов, заключается в том, что они изменяют не только электрическое поле, но и магнитное поле вокруг него. В этом руководстве мы познакомимся с основами Inductor и демистифицируем его, чтобы мы знали, как и когда использовать его в наших приложениях.

Что такое индуктор?

Катушка индуктивности , пожалуй, самый простой из всех электронных компонентов, сконструированный так же, как резистор - простой кусок проволоки, намотанный на катушку. Однако здесь сопротивление - это не то свойство, которое мы ищем. Это происходит из-за формы проволоки - катушки - она ​​создает магнитное поле, когда через нее проходит ток. Это индуцированное магнитное поле придает этому кусочку провода некоторые интересные электрические свойства, особенно индуктивность, что и дало этим частям их название.

Разница между индуктором и конденсатором

О конденсаторе мы уже узнали в предыдущей статье. И теперь, когда вы познакомились с основами индуктивности, у вас может возникнуть вопрос: « В чем разница между индуктором и конденсатором? ”

Во-первых, оба накапливают энергию, когда к нему прикладывается потенциал напряжения, но конденсатор хранит энергию в форме электрического поля, а индуктор хранит энергию в форме магнитного фелида.Хорошо, но как это влияет на его работоспособность.

Нам нужно очень глубоко вникнуть, чтобы понять это, но пока вы можете просто вспомнить, что конденсатор пытается выровнять напряжение в цепи, то есть ему не нравится изменение потенциала на каждом компоненте, и, следовательно, он будет заряжаться. или разрядите для повышения напряжения. Индуктору, с другой стороны, не нравится изменение тока в цепи, поэтому при изменении тока он будет заряжаться или разряжаться, чтобы уравнять ток в цепи.

Также помните, что индуктор меняет полярность во время разряда, поэтому потенциал во время зарядки будет противоположен потенциалу во время разряда.

Обозначения для индукторов

Как и многие другие электронные компоненты, символ индуктора представляет собой упрощенную пиктограмму того, как он выглядит на самом деле:

Линии возле символа обозначают основной материал - об этом мы поговорим позже.

Работа индуктора

Катушка индуктивности, как уже упоминалось, представляет собой просто катушку с проволокой.

Прежде чем мы перейдем к чему-либо еще, зададимся вопросом, почему катушка?

Как мы уже знаем, любой проводник с током создает магнитное поле следующим образом:

Однако, если вы подставите значение тока в формулы, то поймете, что создаваемое магнитное поле крошечное - почти незначительное, если только токи не являются невероятно высокими, порядка мегаампер.

Итак, чтобы увеличить магнитное поле, создаваемое проволокой определенной длины, мы наматываем ее в виде катушки.Это увеличивает магнитное поле, например:

Эту форму также называют соленоидом .

Когда на выводы индуктора подается напряжение, протекающий ток создает магнитное поле. Это магнитное поле снова создает индуцированный ток в индуктивности противоположной полярности согласно закону Ленца. Токи не компенсируют друг друга - скорее, индуцированный ток активно пытается противодействовать входящему току из-за напряжения на катушке индуктивности.Общий результат этой битвы состоит в том, что ток через катушку индуктивности не может быстро меняться - это всегда линейный наклон.

Измерение индуктора

Рабочее поведение катушки индуктивности . ставит интересный вопрос - как количественно измерить поведение катушки индуктивности с помощью легко измеряемых величин?

Мы могли бы попробовать измерить индукторы по создаваемому ими магнитному полю. Как только мы это сделаем, у нас возникнут проблемы.Магнитное поле, создаваемое индуктором, зависит от тока, который проходит через него, поэтому даже небольшой индуктор может создавать большое магнитное поле.

Вместо этого мы могли бы использовать тот же подход, который мы использовали для конденсаторов, и мы можем определить индуктивность цепи как изменение напряжения, индуцированное при изменении тока с определенной скоростью.

Математически,

В = L (dI / dt)

Где V - напряжение, L - индуктивность, I - ток, а t - период времени.

Индуктивность, «L», измеряется в Генри, названном в честь Джозефа Генри, американского ученого, открывшего электромагнитную индукцию.

Формула для расчета индуктивности катушки с проволокой определяется следующей формулой:

L = (мкн2а) / л

Где L - индуктивность в Генри, µ - постоянная проницаемости, т.е. коэффициент того, насколько легко магнитное поле может быть создано в данной среде, n - количество витков, a - площадь катушки, а l - длина катушки.

Опять же, Генри - очень большая единица измерения, поэтому на практике индукторы измеряются в микрогенри, мкГн, что составляет миллионную долю Генри, или миллигенри, мГн, что составляет тысячную долю Генри. Иногда вы можете даже встретить очень маленькие индуктивности, измеряемые в нано-генри, которые составляют тысячную долю мкГн.

Различные типы индукторов

Теперь µ в приведенном выше уравнении имеет некоторые интересные значения. Это предполагает, что магнитным полем внутри индуктора можно управлять.Как уже упоминалось выше, иногда магнитное поле, создаваемое даже соленоидом, иногда не соответствует требованиям. Вот почему почти во всех случаях вы найдете индукторы, сформированные вокруг материала сердечника.

Ядра - это материалы, которые поддерживают создание магнитного поля. Обычно они сделаны из железа и его соединений, таких как феррит (оксид железа). Используя сердечник, можно получить большее магнитное поле, чем без него.

1. ИНДУКТОРЫ ВОЗДУШНОГО ЖИЛА:

Как следует из названия, у этого типа индуктора нет сердечника - материал сердечника - воздух! Поскольку воздух имеет относительно низкую проницаемость, индуктивность индукторов с воздушным сердечником довольно мала - редко превышает 5 мкГн.Поскольку они имеют низкую индуктивность, скорость нарастания тока довольно высока для приложенного напряжения, что позволяет им работать с высокими частотами. В основном они используются в радиочастотных цепях.

2. ИНДУКТОРЫ ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЦА

Железо, пожалуй, самый узнаваемый магнитный материал, что делает его идеальным выбором для индукторов. Они имеют форму индукторов с железным сердечником. Обычно их используют для фильтрации низкочастотных линий, поскольку они могут быть довольно мощными и иметь большую индуктивность.Они также используются в аудиоаппаратуре.

3. ИНДУКТОРЫ ИЗ ФЕРРИТА

Феррит - это просто порошок оксидов железа. Этот порошок смешивают с эпоксидной смолой и формуют сердечники, на которые можно наматывать провода. Катушки индуктивности с ферритовым сердечником - самые узнаваемые из-за их матового серо-черного цвета. Они также очень хрупкие и легко ломаются. Это наиболее широко используемые типы индукторов, поскольку проницаемость можно точно контролировать, контролируя соотношение феррита и эпоксидной смолы в смеси.

Последовательные и параллельные индукторы

Катушки индуктивности, подключенные последовательно и параллельно, ведут себя прямо противоположно конденсаторам.

Например, чтобы рассчитать индуктивность группы последовательно соединенных индукторов, вы можете просто просуммировать значения отдельных индуктивностей.

L = L1 + L2 +… + Ln

Где L - общая индуктивность, а L1, L2… Ln - отдельные индуктивности.

Предположим, у вас есть две катушки индуктивности, одна из которых измеряет 10 мкГн, а другая - 15 мкГн, тогда, включив их последовательно, вы получите общую индуктивность 25 мкГн.

Катушки индуктивности, включенные параллельно, ведут себя так же, как и резисторы, подключенные параллельно, индуктивность определяется по формуле:

1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 +… + 1 / Ln

Где L - общая индуктивность, а L1, L2… Ln - отдельные индуктивности.

Таким образом, если вы соедините две индуктивности 10 мкГн параллельно, вы получите индуктивность 5 мкГн.

Полезные формулы индукторов

1. ЭНЕРГИЯ, СОХРАНЕННАЯ ИНДУКТОРАМИ:

Катушки индуктивности могут накапливать энергию так же, как конденсаторы, но энергия исчезает в тот момент, когда вы отключаете питание, и магнитное поле исчезает.Другими словами, индуктор без питания не может поддерживать свое магнитное поле.

E = ½ * L * I2

Где E - энергия в Джоулях, L - индуктивность в Генри, а I - ток в амперах.

Если у вас есть индуктор на 20 мкГн с протекающим через него током 5 А, то запасенная энергия будет 0,00025 Дж. В этом аспекте индукторы, как и конденсаторы, также хранят очень мало энергии.

2. ТЕКУЩИЙ ПРИРОСТ

Эта формула уже обсуждалась, но к ней стоит присмотреться.

В / L = dI / dt

Где V - напряжение, приложенное к катушке индуктивности, L - индуктивность, I - ток, а t - время.

Это означает, что когда на катушку индуктивности подается постоянное напряжение, ток растет с линейной крутизной. Это может быть полезно для создания скачков тока, так же как конденсатор создает скачки напряжения при постоянном токе.

3. ИМПЕДАНС

Катушки индуктивности имеют сопротивление, которое зависит от частоты по формуле:

XL = 2π * f * L

Где XL - это индуктивный импеданс, f - частота в герцах, а L - индуктивность в Генри.

Поведение индуктора в цепях

Удивительно, но катушки индуктивности в значительной степени бесполезны в цепях постоянного тока, поскольку там течет постоянный ток, а катушка индуктивности действует как кусок проволоки.

В основном они используются в цепях переменного тока. Как упоминалось выше, они имеют импеданс, что делает их полезными для ограничения тока в цепи переменного тока, такой как балласты люминесцентных ламп.

Их также можно использовать для фильтрации сигналов.

В первом случае катушка индуктивности пропускает весь постоянный ток через нее на землю, предотвращая попадание всех низких частот на выход.На более высоких частотах сопротивление катушки индуктивности постоянно увеличивается, поэтому сигнал может проходить на выход, поэтому он называется фильтром высоких частот.

Во втором случае индуктор пропускает постоянный ток и низкие частоты, но блокирует все высокие частоты на выходе, поэтому он называется фильтром нижних частот.

Катушки индуктивности в реальной жизни

, поскольку они сделаны из медной проволоки и феррита, имеют тенденцию быть дорогими и чаще всего используются в радиоприемниках, источниках питания и телекоммуникационном оборудовании.

В источниках питания используется свойство индуктора предотвращать резкие изменения тока. Вместе с конденсатором он предотвращает резкие изменения выходного напряжения и тока источника питания.

RF используется интересная LC-схема, называемая резервуаром. Конденсатор заряжается и разряжается в катушке индуктивности, которая создает его магнитное поле. Когда магнитное поле схлопывается, создается напряжение, которое заряжает конденсатор. Это создает периодические колебания, которые можно использовать для генерации высоких частот.

Частоту можно рассчитать по формуле:

Где f - частота в герцах, L - индуктивность в Генри, а C - емкость в Фарадах.

Заключение

И это все практические знания, которые вам потребуются для работы с индукторами. Они по сути простые устройства и не так распространены, как их родственники из конденсаторов и резисторов, но все же очень полезны.

Что такое индуктор: его конструкция и работа

Катушка индуктивности - один из основных пассивных компонентов в электронике. Основные пассивные компоненты в электронике - резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Индукторы тесно связаны с конденсаторами, поскольку оба они используют электрическое поле для хранения энергии, и оба являются двумя оконечными пассивными компонентами. Но конденсаторы и катушки индуктивности имеют разные конструктивные свойства, ограничения и использование.

Индуктор - это компонент с двумя выводами, который накапливает энергию в своих магнитных полях.Его также называют катушкой или дросселем. Он блокирует любые изменения тока, протекающего через него.

Катушка индуктивности характеризуется значением индуктивности, которое представляет собой отношение напряжения (ЭДС) к изменению тока внутри катушки. Единица индуктивности - это Генри . Если ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется со скоростью один ампер в секунду, и внутри катушки создается 1 В ЭДС, то значение индуктивности будет равно 1 Генри.

В электронике катушка индуктивности со значением Генри используется редко, так как это очень высокая величина с точки зрения применения.Обычно в большинстве приложений используются гораздо более низкие значения, такие как Милли Генри, Микро Генри или Нано Генри.

Символ индуктора показан на изображении ниже -

Этот символ представляет собой скрученные провода, что означает, что провода сконструированы в виде катушки.

Конструкция индуктора

Катушки индуктивности сформированы из изолированных медных проводов, которые затем сформированы в виде катушки. Катушка может быть разной формы и размера, а также может быть обернута материалом другого типа.

Индуктивность индуктора сильно зависит от множества факторов, таких как количество витков провода, расстояние между витками, количество слоев витков, тип материалов сердечника, его магнитная проницаемость, размер, форма и т. Д.

Существует огромная разница между Ideal Inductor и реальными индукторами, используемыми в электронных схемах. Настоящая катушка индуктивности имеет не только индуктивность, но также емкость и сопротивление. Плотно намотанные катушки создают измеримую паразитную емкость между витками катушки. Эта дополнительная емкость, а также сопротивление провода изменяют высокочастотное поведение катушки индуктивности.

Катушки индуктивности используются почти в каждом электронном продукте, некоторые варианты применения индукторов своими руками:

Как работает индуктор?

Перед тем как продолжить обсуждение, важно понять разницу между двумя терминами: Магнитное поле и Магнитный поток .

Во время протекания тока через проводник создается магнитное поле . Эти две вещи линейно пропорциональны. Следовательно, если ток увеличится, магнитное поле также увеличится. Это магнитное поле измеряется в системе СИ: тесла, (Тл). Итак, , что такое магнитный поток ? Ну, это измерение или величина магнитного поля, которое проходит через определенную область. Магнитный поток также имеет единицу измерения в стандарте СИ, это Weber .

Итак, на данный момент на индукторах есть магнитное поле, создаваемое протекающим через них током.

Для дальнейшего понимания необходимо понимание закона индуктивности Фарадея. Согласно закону индуктивности Фарадея , генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

  VL = N (dΦ / dt)  

Где N - количество витков, а Φ - величина магнитного потока.

Конструкция индуктора

Одна общая стандартная конструкция индуктора и принцип работы могут быть продемонстрированы как медный провод, плотно намотанный на материал сердечника. На изображении ниже медный провод плотно намотан на материал сердечника, что делает его пассивным индуктором с двумя выводами.

Когда ток течет по проводу, электромагнитное поле будет развиваться по проводнику, и возникнет электродвижущая сила или ЭДС в зависимости от скорости изменения магнитного потока.Таким образом, потокосцепление будет Nɸ.

Индуктивность намотанной катушки индуктивности в материале сердечника считается равной

  мкН  2  А / л  

где N количество витков

А - площадь поперечного сечения материала сердечника

L - длина катушки

µ - постоянная проницаемость материала сердечника.

Формула сгенерированной обратной ЭДС :

  Vemf (L) = -L (di / dt)  

где di / dt - скорость изменения тока

L - это самоиндукция.

Направление наведенной ЭДС будет противоположным приложенному источнику тока.

На рынке есть легко доступные измерители индуктивности для измерения индуктивности катушки, но он также может быть построен из нескольких компонентов. Вот два измерителя индуктивности DIY :

Почему индуктор блокирует переменный ток, а не постоянный ток ?

Довольно интересно. Чтобы понять это, нужно понять закон Ленца. Согласно закону Ленца, направление тока, индуцированного в проводнике из-за изменения магнитного поля, таково, что он создает магнитное поле, которое противодействует изменению, которое его вызвало.

Итак, есть два типа приложений. Первый - подать постоянный ток через катушку индуктивности, а второй - подать переменный ток через катушку индуктивности.

Когда через катушку индуктивности подается переменный ток, переменный ток изменяет ток, которому противодействует катушка индуктивности, путем увеличения реактивного сопротивления. Чем выше частота переменного тока, тем выше скорость изменения тока и выше блокирующий эффект катушки индуктивности.

Но в то время, когда через катушку индуктивности подается постоянный ток , она действует как близкое к короткому замыканию с очень низким сопротивлением.В установившемся режиме постоянного тока скорость изменения тока равна нулю, что в дальнейшем делает di / dt равным нулю. Таким образом, не было индуцированного напряжения, и индуктор не препятствовал прохождению постоянного тока.

  P  L  = L (di / dt) i  

  P = V  2  R  

  Вт (т) = Li  2  (т) / 2