Индуктивности катушка — это… Что такое Индуктивности катушка?

Катушка индуктивности на материнской плате компьютера.

Обозначение на электрических принципиальных схемах.

Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Такая система способна запасать магнитную энергию при протекании электрического тока.

Устройство

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, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах..

Свойства катушки индуктивности

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.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна: , где — индуктивность катушки, — угловая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

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.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, квадрату числа витков намотки и магнитной проницаемости сердечника.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек.

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна

Сопротивление потерь

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, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

• Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением.
• Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения.
• В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует паразитная ёмкость, что приводит к утечкам переменного тока между витками.

Потери в сердечнике

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

Потери в экране

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране.

Добротность

С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна

Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями, намоткой вида «универсаль», применением посеребрёного провода, применением многожильного провода вида «литцендрат».

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

ТКИ — это параметр, характеризующий зависимость индуктивности катушки от температуры.

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки.

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. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники.

Сдвоенные дроссели 

две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны при тех же габаритных размерах.

Применение катушек индуктивности

Применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка 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).
• Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
• Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

Смотри также

Wikimedia Foundation. 2010.

Как увеличить индуктивность катушки

Индуктивность катушки зависит от целого ряда ее конструктивных особенностей. К ним относятся число витков, диаметр, вид сердечника, его расположение и др. Для того чтобы индуктивность изменилась, достаточно соответствующих образом изменить хотя бы один из этих параметров.

Домотайте к катушке дополнительные витки. Это увеличит индуктивностьпри неизменных параметрах ее остальных конструктивных элементов, а у вариометра (катушки с подвижным сердечником) — сместит оба предела изменения индуктивности (верхний и нижний) в сторону увеличения. При намотке дополнительных витков может оказаться, что они не помещаются на каркасе. Не поддавайтесь соблазну использовать более тонкий провод, чем тот, что использован в катушке первоначально, чтобы не вызвать нагрев обмотки протекающим по ней током.

К катушке, не имеющей сердечника, добавьте таковой. Но помните, что он должен быть выполнен из такого материала, в котором рабочей частоте катушки не возникает потерь на вихревые токи. Для электромагнита, работающего на постоянном токе, подойдет сплошной стальной сердечник, для 50-герцового трансформатора — сердечник, набранный из оксидированных листов стали, в более высокочастотных катушках придется использовать сердечники из ферритов различных марок.

Помните, что даже при одном и том же количестве витков и прочих равных параметрах катушка большего диаметра будет иметь и большую индуктивность. Понятно, однако, что провода для ее изготовления потребуется больше.

Феррит выпускается с различной магнитной проницаемостью. Замените один ферритовый сердечник в катушке на другой, у которого значение этого параметра выше, и ее индуктивность увеличится. Но при этом уменьшится граничная частота, на которой такая катушка сможет работать без возникновения заметных потерь в сердечнике.

Существуют катушки, снабженные специальными механизмами для перемещения сердечника. Для того чтобы увеличить индуктивность в этом случае, вдвиньте сердечник внутрь каркаса.

Замкнутый магнитопровод при прочих равных условиях обеспечивает большую индуктивность, чем разомкнутый. Но старайтесь не применять такое решение в трансформаторах и дросселях, работающих при наличии постоянной составляющей. Она способна подмагничивать и насыщать замкнутый сердечник, тем самым, наоборот, вызывая снижение индуктивности катушки.

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.

Типы катушек индуктивности

Катушкой индуктивности

называется пассивный компонент, представляющий собой деталь имеющую обмотку в виде изолированной спирали, которая обладает свойством способным концентрировать переменное магнитное поле. Катушки индуктивности, в отличие от унифицированных резисторов и конденсаторов, являются нестандартными изделиями, а их конфигурация определяется из расчёта на определённое устройство.

Катушки индуктивности обладают характерными параметрами такими как: собственная емкость, добротность, индуктивность и температурная стабильность.

Величина индуктивности катушки прямо пропорциональна габаритным размерам и числу её витков. Индуктивность также зависит от материала сердечника устанавливаемого в катушку и применяемого экрана.

Катушка индуктивности без отводов

Катушка индуктивности с отводами

Вводя в катушку индуктивности стержень, который может быть изготовлен из, феррита, магнетита, железа и т.д. ее индуктивность заметно увеличивается. Подобное свойство позволяет уменьшить общее количество витков катушки и получить требуемую индуктивность. Индуктивность катушки можно регулировать поворотом резьбового сердечника.

В диапазоне коротких волн ( KB ) и ультра коротких волн ( УКВ ) используются катушки с относительно малой индуктивностью. В таких катушках монтируются латунные или алюминиевые сердечники, которые позволяют регулировать индуктивность в пределах плюс минус пяти процентов.

На величину активного сопротивления влияет сопротивление самой обмотки катушки и сопротивлением, из-за потерь электрической энергии в каркасе, сердечнике, экране. Чем меньше величина активного сопротивление, тем выше добротность катушки, а следовательно и ее качество.

Катушка индуктивности магнитодиэлектрическим сердечником

Катушка индуктивности с ферритовым и ферромагнитным сердечником

Индуктивность с диамагнитным сердечником (медь, алюминий, латунь)

Витки катушки, зачастую разделяются слоем изоляции, и тем самым образуют элементарный конденсатор, обладающий некоторой емкостью. Между отдельными слоями многослойных катушек индуктивности неизбежно образуется ёмкость. Из этого следует, что помимо индуктивности, катушки обладают некоторой емкостной величиной. Наличие собственной емкости катушки является нежелательным фактором, и ее, как правило, стараются уменьшить. Для этих целей используются различные конструкции форм каркасов катушек и специальные технологии намотки провода.

Катушки индуктивности, как правило, наматываются медным проводником, покрытым эмалевой или эмалево-шелковой изоляцией. В случае если требуется намотать катушки для ( ДВ ) длинноволнового и ( СВ ) средневолнового диапазонов используют одножильные проводники типов ПЭЛШО, ПЭЛШД, ПЭЛ, ПЭТ и др. а для ( KB ) коротковолнового и ( УКВ ) ультракоротковолнового диапазонов обычно наматывают проводники одножильного сечения типов ПЭЛ, ПЭЛУ, ПЭТ и др.

Технология намотки катушек индуктивности может быть различного исполнения. Имеется несколько наиболее распространённых способов укладки провода, это может быть сплошная намотка или с шагом, намотка навалом, а так же типа «универсаль».

Намотка в один слой применяется для изготовления катушек, которые работают в диапазоне коротких и ультракоротких волн. Как правило, индуктивность подобных катушек составляет от нескольких десятков до 500 мкГ. Каркас однослойных катушек имеет цилиндрическую форму и изготовляется из разнообразных материалов с диэлектрическими свойствами.

В случае если требуется получить достаточно большую индуктивность катушки( свыше 500 мкГ), оставляя её минимальные размерные параметры, применяют намотку несколькими слоями. Подобные катушки имеют большую внутреннюю емкость и для ее уменьшения провод укладывают в навал или типа «универсаль».

Катушка с изменяющейся индуктивностью

Катушка с подстройкой

Экранированная индуктивность

Дроссель

Дроссель, это та же катушка индуктивности, которая обладает большим сопротивлением переменному и малым сопротивлением постоянному току. Дроссели используются в качестве электронных компонентов в различных электротехнических и радиотехнических приборах и устройствах.

В радиоэлектронной аппаратуре применяются высокочастотные и низкочастотные дроссели. Дроссели изготовляют с однослойной навивкой, или укладкой проволоки типа «универсаль». Дроссели так же наматываются по секциям, чтобы уменьшить собственную емкость.

Обозначение дросселей на принципиальных схемах производится аналогично катушкам индуктивности и выглядит в виде четырех полуокружностей соединенных между собой.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока: индуктивное сопротивление

 

Индуктивность в цепи переменного тока будет влиять на силу переменного тока. Проверим это на следующем опыте.

Возьмем два источника питания. Один из них пусть будет источником постоянного напряжения, а второй – переменного. Причем подберем источники так, чтобы постоянное значение напряжения равнялось действующему значению переменного напряжения. Подключим к ним с помощью переключателя цепь, состоящую из лампочки и катушки индуктивности.

Причем лампочка и катушка подключены последовательно. Переключатель включим так, чтобы при одном положении цепь питалась от источника постоянного тока, а при другом – от источника переменного тока.

рисунок

При включении питания от источника постоянного тока лампочка загорится очень ярко. Если подключить цепь к источнику тока с переменным напряжением, то лампочка будет гореть, но заметно слабее. Можем сделать вывод, что действующее значение силы тока при переменном токе меньше, чем сила тока при постоянном источнике.

Индуктивность катушки

Это можно объяснить с помощью явления самоиндукции. ЭДС самоиндукции катушки будет достаточно большим, и будет препятствовать нарастанию силы тока, поэтому свое максимальное значение сила тока достигнет только спустя некоторое время. Если напряжение будет быстро меняться, то сила тока не будет успевать достигнуть своего максимального значения.

Можно сделать вывод, что индуктивность катушки будет ограничивать максимальное значение силы тока. Чем больше индуктивность катушки и частота изменения напряжения, тем меньше будет максимальное значение силы тока.

Рассмотрим цепь, в которой есть только катушка индуктивности. При этом значение сопротивления катушки и соединительных проводов пренебрежимо мало. 

рисунок

Выясним, как будут связаны напряжение на катушке с ЭДС самоиндукции в ней. При сопротивлении катушки равном нулю, напряженность электрического поля внутри проводника тоже будет равна нулю. Равенство нулю напряженности возможно.

Напряженности электрического поля создаваемого зарядами Eк будет соответствовать такая же по модулю и противоположно направленная напряженность вихревого электрического поля, которое появится вследствие изменения магнитного поля.

Следовательно, ЭДС самоиндукции ei будет равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля.

Следовательно:

ei = -u.

Сила тока будет изменяться по гармоническому закону:

I = Im*sin(ω*t).

ЭДС самоиндукции будет равна:

Ei = -L*i’ = -L*ω*im*cos(ω*t).

Следовательно, напряжение будет равно:

U = L*ω*Im*cos(ω*t) = L*ω*Im*sin(ω*t+pi/2).

Отсюда значение действующего напряжения будет равняться Um = L*ω*Im. Видим, что между колебаниями тока и напряжения получилась разность фаз равная pi/2.

Индуктивное сопротивление

 Следовательно, колебания силы тока отстают от колебания напряжения на pi/2. Это наглядно представлено на следующем рисунке.

рисунок

Im = Um/(ω*L). Введем обозначение XL = ω*L. Эта величина называется индуктивное сопротивление.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Конденсатор в цепи переменного тока: изменение силы тока в цепи
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРезонанс в электрической цепи: генератор на транзисторе

ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ И ИНДУКТИВНОСТЬ КАТУШКИ —

Если через катушку проходит изменяющийся ток, то ее витки пересекаются переменным магнитным полем, вызываемым этим током, и на концах катушки возникает ЭДС индукции. Для количественной характеристики этого процесса вводятся понятия потокосцепления и индуктивности катушки. На рис .2.13 по-казана катушка с током, витки которой пронизывают различное число силовых линий, следовательно, магнитные потоки различных витков различны. Эти магнитные потоки называют потоками самоиндукции, а их сумму для всех витков катушки называют потокосцеплением самоиндукции (ψ).

Рис. 2.13 Рис. 2.14 Рис. 2.15.

В том случае, когда магнитная проницаемость среды постоянна, между потокосцеплением и создающим его током существует линейная зависимость

ΨL = L I (2.15)

где L – коэффициент пропорциональности называемый индуктивность ка- тушки. Единицей индуктивности является генри (Гн): На практике, как пра- вило, пользуются более мелкими единицами: миллигенри (1 мГн=10^-3 Гн) и

микрогенри (1 мГн=10^-6 Гн).

Индуктивность цилиндрической катушки, у которой длина достаточно велика

по сравнению с диаметром также может быть определена по формуле:
L = μ_{0 S} w²/ l (2.16)

Так как eL = – dΨL /dt и ΨL = Li для катушки без ферромагнитного сердечника ( L=const) окончательно получим:

eL = -L di /dt (2.17)

ЭДС eL называют ЭДС самоиндукции, а рассмотренное явление возникно-вения ЭДС в катушке вследствие изменения тока в этой катушке – само индукцией. ЭДС самоиндукции, согласно принципу Ленца, препятствует изменению тока в катушке, поэтому ток достигает установившегося значе- ния постепенно. Для нахождения всей энергии, которая накопится в магнитном поле катушки за время dt при изменении тока от 0 до I, проинтегрируем выражение L di/dt и получим:

WL = L I² / 2 (2.18)

В том случае, когда переменное магнитное поле созданное током одной катушки, пересекает витки, другой катушки (рис. 2.14), и наоборот, на зажимах последней катушки возникает ЭДС, которую называют ЭДС взаимоиндукции.

Магнитные потоки взаимоиндукции, пропорциональны токам, их созда- ющим, следовательно, и потокосцепление взаимоиндукции пропорциональны этим токам:

Ψ12 = M12 i1 , Ψ21 = M21 i2 (2.19)

Коэффициенты пропорциональности М\.ч и М₂ называют взаимными индуктивностями. В том случае, когда катушки не содержат ферромаг-нитных сердечников, M12.= M21 i2 = M. Взаимная индуктивность M зависит от числа витков катушек, их размеров и взаимного расположения, а также

от магнитных свойств среды. Единица взаимной индуктивности M генри (Гн) При изменении потокосцепления взаимоиндукции первой катушки во второй катушке наводится ЭДС взаимоиндукции:

e12 = – dΨ12 /dt = -M di1 /dt (2.20)

Соответственно изменение потокосцепления взаимоиндукции второй катушки вызывает ЭДС взаимоиндукции в первой катушке

e2 1 = – dΨ2 1 /dt = -M di2 /dt (2.21)

Явление взаимоиндукции находит широкое применение в различных электро и радиотехнических устройствах. В частности, оно используется для транс- формации электроэнергии в целях переменного тока. Однако это явление может проявлять себя и как вредное. Например, в сердечнике катушки или трансформатора (рис.2.15) за счет явления взаимоиндукции возникает кольцевой ток, который называют вихревым. Протекание вихревых токов в сердечнике вызывает большие тепловые потери. Для уменьшения этих потерь ферромагнитные сердечники набирают из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с повышенным удельным электричес -ким сопротивлением.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Подробности

Просмотров: 530

«Физика — 11 класс»

Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока.
Есть цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания.

При подключении с помощью переключателя цепи к источнику постоянного напряжения или к источнику переменного напряжения постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения будут равны.
Однако лампа светится ярче при постоянном напряжении.
Значит действующее значение силы переменного тока в цепи меньше силы постоянного тока.

Это объясняется явлением самоиндукции.
При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно.
Возникающее при этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов.
По прошествии некоторого времени сила тока достигает наибольшего (установившегося) значения, соответствующего данному постоянному напряжению.
Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигнуть тех значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении.

Максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна быть равна нулю.
Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой.
Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля _i, порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля _к, создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи.

Из равенства _i = —_к следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля.

Так как удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать:

e_i = —u

.

При изменении силы тока по гармоническому закону

i = Im sin ωt

ЭДС самоиндукции равна:

е_i = —Li’ = —LωI_m cos ωt

Так как u = —e_i напряжение на концах катушки оказывается равным

где
U_m = LωI_m — амплитуда напряжения.

Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на , или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Амплитуда силы тока в катушке равна:

Если ввести обозначение

ωL = Х_L

и действующие значения силы тока и напряжения, то получим:

Величину X_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты ω.
Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки.
При ω = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (X_L = 0).
Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока.

Итак,
Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току.
Это сопротивление, называемое индуктивным, равно произведению циклической частоты на индуктивность.
Колебания силы тока в цепи с индуктивностью отстают по фазе от колебаний напряжения на .

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

MAO YEYE 20PCS / Lot MD0505 Индукторы 55-2,5T Регулируемая индуктивность с полой катушкой индуктивности 5 5: Amazon.com: Industrial & Scientific

---

В настоящее время недоступен.
Мы не знаем, когда и появится ли этот товар в наличии. ]]>

---

Характеристики

Фирменное наименование	МАО ЙЕЕ
Ean	7410771419421
Кол-во позиций	20
Номер детали	QR18-FA2019-C300
Размер	20 шт.
Код UNSPSC	32000000

---

Индуктор

— Катушка — Индуктивность — Единицы индуктивности

Конденсатор накапливает энергию в виде электрического поля, однако индуктор — катушка накапливает энергию в виде магнитного поля из-за явления самоиндукции.Кабель, по которому циркулирует ток, окружен магнитным полем. Направление потока магнитного поля определяется законом правой руки.

Поскольку индуктор состоит из кабельных шпилей, магнитное поле циркулирует по центру катушки, и оно проходит по всему периметру шпилей и возвращается к центру.

Одной из интересных особенностей является его противодействие резким изменениям электрического тока, протекающего через них. Это означает, что когда мы пытаемся изменить ток, который циркулирует через них (например, для подключения и отключения от источника постоянного тока), он будет пытаться поддерживать свое предыдущее состояние.

Это событие происходит постоянно, когда катушка индуктивности подключена к источнику переменного тока и вызывает разность фаз между приложенным к ней напряжением и протекающим через нее током.

Другими словами: индуктор — это элемент, который реагирует на изменения электрического тока, протекающего через него, создавая на его выводах напряжение, противодействующее приложенному напряжению. Это пропорционально скорости изменения тока.

Индуктор представляет собой пассивный электрический компонент, сделанный из проводящего провода
, свернутого в пружинную форму.

Что такое индуктивность? — Формула индуктивности

Индуктивность — это свойство электрического проводника, благодаря которому изменение тока через него индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) как в самом проводе, так и в любых соседних проводниках за счет взаимной индуктивности.

Катушка индуктивности имеет индуктивность (L) в один Генри (1H), когда ток, протекающий через катушку, изменяется со скоростью один ампер в секунду (А / с). Это изменение вызывает в нем напряжение в один вольт (1В). (ВЛ).

VL = -L di / dt

Увеличивая количество витков в катушке, мы можем увеличить индуктивность катушки. Соотношение между индуктивностью (собственной индуктивностью) и числом витков составляет:

Формула индуктивности: L = NΦ / I

где:

• L — индуктивность по Генри
• N — количество витков
• Φ — магнитный поток в Webers (Wb)
• I — это ток в амперах

Единицы индуктивности

Индуктивность измеряет величину сопротивления индуктора потоку электрического тока и измеряется в генри (H ).Мы можем найти значения миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн). Это значение зависит от следующего:

• Количество витков индуктора (чем больше витков, тем больше индуктивность).
• Диаметр шпилей (витков). Чем больше диаметр, тем больше индуктивность.
• Длина кабеля, из которого сделана катушка.
• Тип материала, из которого сделано ядро, если таковой имеется.

Силовые линии магнитного поля и противодействующая электродвижущая сила (CEMF)

Силовые линии магнитного поля расширяются, начиная с центра электрического проводника, а затем удаляются.

Сначала силовые линии проходят через сам проводник, а затем через воздух. Пока эти силовые линии находятся в электрическом проводнике, в самом проводнике генерируется электродвижущая сила (ЭДС). Генерируемое напряжение имеет направление, противоположное электрическому току. Из-за этого сила называется: Противоэлектродвижущая сила (CEMF).

По индуктивной нагрузке — собственный рисунок, выполненный в Inkscape 0.44, Public Domain, Link

Этот эффект приводит к тому, что временно не достигается максимальное значение тока в проводнике.Когда, в конце концов, изменение тока исчезает (ток имеет постоянное значение), силовые линии больше не расширяются и противодействующая электродвижущая сила исчезает.

Когда через проводник начинает течь ток, силовые линии магнитного поля начинают быстро расширяться, и достигается большая противодействующая электродвижущая сила. В это время противодействующая электродвижущая сила почти равна приложенному источнику напряжения. Таким образом, источник напряжения и противодействующая электродвижущая сила почти компенсируют друг друга, и ток небольшой.

По прошествии некоторого времени линии магнитного поля достигают своего максимального значения, противодействующая электродвижущая сила (CEMF) больше не генерируется, и единственная электродвижущая сила является источником напряжения. В это время по цепи течет максимальный ток, потому что нет сопротивления индуктивности.

Опять же, это свойство противодействия изменениям тока, самовыводящей электродвижущей силы в противоположном направлении (противодействие электродвижущей силе) называется индуктивностью .Единицей измерения индуктивности является генри (H), который обозначается заглавной буквой «L».

Пример расчета индуктивности

Пример

Какова собственная индуктивность 200-витковой медной катушки, которая создает магнитный поток 2 мВт при прохождении постоянного тока 5 ампер?

• N = 200 витков
• Φ = 2 мВтб = 0,002 Webers
• I = 5 ампер

Используя формулу индуктивности:

L = NΦ / I = (200) (0,002) / 5 = 0,08 Генри = 80 мГн.

Пример расчета ЭДС (VL)

Пример № 1

Какая самоиндуцированная ЭДС возникает в катушке индуктивности 250 мГн при пропускании постоянного тока 10 А через время 30 мс?

Используя приведенную выше формулу: VL = — L di / dt, где

• L = 250 мГн
• di = 10 А
• dt = 30 мс

ЭДС = VL = — L di / dt = — ( 250 x 10 ^-3 H) x (10 A) / (30 x 10 ^-3 с) = — 83,33 В.

Пример № 2

Какая самоиндуцированная ЭДС возникает в катушке 200 мГн при пропускании постоянного тока 3 А через время 20 мс?

• L = 200 м вод. Ст. = 0.{3}} в уравнении для геофона (7.9a) показывают, что для гармонической волны его можно приблизительно включить в член, включающий коэффициент затухания h {\ displaystyle h} в уравнении (7.9b).

  Фон

  Электромагнитный геофон с подвижной катушкой широко используется для наземных сейсмических работ. Основными элементами являются корпус с прикрепленным магнитом и катушка, подвешенная в магнитном поле с помощью пружин таким образом, что, когда приходящая сейсмическая волна перемещает корпус вертикально, инерция катушки заставляет его оставаться относительно неподвижным, что то есть, он движется иначе, чем в случае; относительное движение между катушкой и магнитным полем индуцирует в катушке напряжение, которое является копией сейсмического сигнала, вызвавшего движение земли.{\ rm {TM}}} Flexichoc и Vaporchoc являются товарными знаками Compagnie Géneralé de Géophysique; Maxipulse — торговая марка Western Geophysical Company.

  Пусть m {\ displaystyle m}, r {\ displaystyle r}, n {\ displaystyle n} и i {\ displaystyle i} будут массой, радиусом, количеством витков и током в катушке, R {\ displaystyle R} и L {\ displaystyle L} сопротивление и индуктивность катушки; H {\ displaystyle H} — напряженность магнитного поля, τ {\ displaystyle \ tau} — коэффициент механического демпфирования (демпфирующая сила равна τ × {\ displaystyle \ tau \ times}, вертикальная скорость катушки относительно H {\ displaystyle H }), K = 2πnrH = {\ displaystyle K = 2 \ pi nrH =} электромагнитная сила на катушке на единицу тока, z {\ displaystyle z} вертикальное смещение корпуса геофона.{2}} {mR}} \ right). \ End {align}}}

  Величина h {\ displaystyle {\ textit {h}}} называется коэффициентом демпфирования по следующей причине. Если h = 0 {\ displaystyle h = 0} в уравнении (7.9b), уравнение становится уравнением для незатухающего простого гармонического движения; если геофон находится в состоянии покоя, а катушка приводится в движение, она совершает постоянные колебания (теоретически) с неизменной амплитудой. Однако, если h ≠ 0 {\ displaystyle h \ neq 0}, амплитуда неуклонно уменьшается на фиксированную пропорцию каждый цикл; это уменьшение амплитуды называется демпфированием [см. также уравнение (2.{2} Л)}.

  Читать далее

  Также в этой главе

  Внешние ссылки

  Что такое индуктор (катушка)? | Тех

  Дата: 2021-08-24

  Что такое индуктор (катушка)?

  Катушки индуктивности называются пассивными компонентами, так же, как резисторы (R) и конденсаторы (C), и являются электронными. компоненты, помеченные буквой «L». Он имеет функцию поддержания постоянного тока. Способность индуктора выражается «индуктивностью».Единица — Генри (H).

  Катушка индуктивности имеет ту же структуру, что и катушка, но большинство индукторов, называемых индукторами, имеют одну обмотку (1 рулон). Некоторые намотаны только проводниками, а другие имеют сердечник внутри намотанных проводников. Действие индуктор пропорционален квадрату количества витков или радиуса и обратно пропорционален длина.

  Основные принципы индукторов

  Прежде всего, кратко объясним принцип работы индукторов.Когда электрический ток течет через проводника, вокруг него создается магнитная сила в направлении правой резьбы. Когда ток течет через индуктор с проводниками, намотанными вокруг него в одном направлении, магнитное поле, генерируемое вокруг проволока связывается и становится электромагнитом (рис. 1). И наоборот, также можно сгенерировать электрический ток от магнитной силы.

  Рисунок (1)

  Рисунок (2)

  Рисунок (3)

  Принцип индуктивности

  Когда магнит перемещается ближе или дальше от индуктора, который стал электромагнитом, магнитный поле индуктора изменяется.Это заставляет электрический ток течь, чтобы создать «силу против изменение », которое пытается сохранить направление и импульс магнитного поля. Это называется« электромагнитным индукция.

  Как показано на принципиальной схеме, когда через катушку индуктивности протекает постоянный ток (Рисунок 2), электродвижущая сила в направлении, которое мешает току, генерируется в начале текущего потока. Этот свойство называется самоиндуктивным эффектом.Однако позже, когда постоянный ток достигнет определенного значения, магнитный поток перестает изменяться, и электродвижущая сила больше не генерируется, поэтому ток больше не заблокирован.

  Электродвижущая сила, генерируемая в индукторе, пропорциональна скорости изменения тока (ΔI / Δt).

  V ＝ L ・ ΔI ／ Δt

  V: электродвижущая сила (В)
  L: индуктивность (H)
  ΔI / Δt: скорость изменения тока (А / с)
  

  С другой стороны, при подаче переменного тока (рис.3), напряжение становится больше, когда ток возрастает от 0 потому что скорость изменения тока самая большая. По мере того, как скорость увеличения тока замедляется, напряжение уменьшается, и в точке, где ток достигает максимума, напряжение становится равным нулю.

  Когда ток начинает падать от своего максимального значения, начинает генерироваться отрицательное напряжение, и напряжение находится в самой низкой точке, когда ток достигает нуля. Рассматривая здесь формы сигналов напряжения и тока, мы можем видеть, что электродвижущая сила генерируется с фазой, которая на 1/4 медленнее.

  Следовательно, пропускать переменный ток труднее, чем постоянный. Кроме того, если частота переменного тока превышает определенное значение, ток будет постоянно блокироваться электродвижущей силой, и ток не будет течь. Следовательно, чем выше частота переменного напряжения, тем труднее течь току.

  Обобщить

  • Когда течет ток, создается магнитная сила.
  • При изменении магнитного поля течет ток
  • Легко пропускать постоянный ток и трудно пропускать переменный ток.

  Благодаря этим свойствам катушки индуктивности используются во множестве приложений.

  Роль индукторов (катушек)

  1. Приложения для силовых цепей

  Как упоминалось выше, катушки индуктивности могут легко пропускать постоянный ток, но у них есть свойство, затрудняющее их пропускание. пропускают переменный ток. Кроме того, при прохождении переменного тока индукторы обладают свойством подавлять его волны и превращая его в более плавный ток. По этой причине индукторы используются в цепях питания для электронные схемы, работающие на постоянном токе.

  Обычные блоки питания представляют собой цепи переменного тока, поэтому для работы электронных схем необходимо пройти через сглаживающую цепь для регулировки тока. В этих сглаживающих цепях используются индукторы. Катушки индуктивности также полезны для удаления шума из-за их способности не пропускать высокочастотный переменный ток. Индукторы, используемые в источниках питания схемы в основном называются силовыми индукторами или дроссельными катушками.

  2. Приложения для высокочастотных цепей

  Основной механизм и концепция индукторов для высокочастотных цепей такие же, как и для источников питания. схемы.Однако высокочастотные цепи, которые часто используются для связи, такие как беспроводная локальная сеть, не работают. в диапазоне высоких частот от нескольких десятков МГц до нескольких ГГц, поэтому обычные катушки индуктивности не могут использоваться в таких схемы. Следовательно, катушки индуктивности с более высокими характеристиками (значение Q: добротность), чем обычные катушки индуктивности, являются использовал.

  В идеале индуктор должен выполнять только функцию индуктивности, но на самом деле он имеет внутреннюю и клеммную сопротивление, а также емкость распределения и другие характеристики, которые заставляют катушки действовать как электроды конденсатора.

  Конденсаторы являются противоположностью катушек индуктивности в том, что они имеют свойство пропускать переменный ток без прохождения постоянного тока. Текущий. Поэтому, когда частота низкая, характеристики индуктора преобладают, но когда частота превышает определенный уровень, функция конденсатора преобладает над функцией катушки индуктивности, и это больше не может использоваться в качестве индуктора.

  Частота, при которой происходит это реверсирование, называется собственной резонансной частотой.Когда ток с частоты, близкой к собственной резонансной частоте потоков, свойств индуктора и свойств конденсаторы компенсируют друг друга. В результате полное сопротивление (сопротивление в цепях переменного тока) индуктора уменьшается, и может течь больше тока. Воспользовавшись этим свойством, индукторы для высокочастотных цепей используются для извлечения сигналов с определенными частотами.

  3. Заявки на силовой трансформатор

  Катушки индуктивности

  также используются в трансформаторах, установленных на опорах электросети и т.п.В трансформаторных приложениях, их чаще называют не индукторами, а катушками. Когда на катушку индуктивности подается переменное напряжение, ток протекающий через него изменяется, что вызывает изменение магнитной силы, и эта магнитная сила влияет на окружающие индукторы, генерирующие напряжение. Такое действие называется «взаимной индукцией».

  В трансформаторе изменение магнитной силы, создаваемое током, протекающим через катушку с большим числом на количество витков воздействует соседняя катушка с меньшим количеством витков, тем самым генерируя большее напряжение и повышение напряжения.

  Помимо преобразования напряжения для силовых цепей, существуют другие типы индукторов, используемых в радио и беспроводные схемы, такие как «IFT», извлекающие сигналы промежуточной частоты, и «аудиопреобразователи», преобразовывать сигналы звуковой частоты.

  Виды индукторов (катушек)

  Далее давайте рассмотрим классификации основных индукторов и их характеристики. Есть много способов классифицировать их, но здесь мы сначала классифицируем их в соответствии со структурой обмотки.

  1. Катушка индуктивности с проволочной обмоткой

  Катушка индуктивности с проволочной обмоткой — это индуктор, наиболее близкий по форме к катушке, с проводником, намотанным по спирали. форма, как объяснено в первом разделе. Некоторые индукторы полые, а у других намотаны проводники. сердечник (например, шпулька в швейных машинах). Существуют различные размеры и формы в зависимости от приложение и значение индуктивности.

  Они подходят для цепей, в которых должен протекать большой ток или где требуется высокое значение индуктивности.

  2. Многослойные индукторы

  Многослойные индукторы состоят из чередующихся слоев феррита или керамики и катушек. Схема катушки изготовлены не путем намотки проводников, а путем трафаретной печати поверх феррита или другого материала. Слои и слои этого используются, чтобы придать ему свойства катушки. С другой стороны, благодаря своей структуре, он также имеет внутри конденсаторный компонент.

  Катушки индуктивности имеют разные названия в зависимости от назначения

  Катушки индуктивности используются в самых разных областях нашей повседневной жизни.В зависимости от приложения они называются катушки, дроссели, реакторы, соленоиды, сетевые фильтры и т. д., как и в случае трансформаторов. Ниже приводится список типичные имена.

  Дроссельная катушка

  Катушка индуктивности, которая в основном используется в цепях питания, называется дроссельной катушкой. Он используется для регулировки переменного тока до однонаправленный ток и убрать шум.

  Фильтр синфазных помех

  Фильтр синфазных помех имеет форму двух дроссельных катушек, интегрированных вместе, и используется для удаления шум в цифровых интерфейсах, таких как USB и HDMI.

  Тороидальная катушка

  Катушка с ферромагнитным сердечником в форме пончика называется тороидальной катушкой. В отличие от катушек со стержневыми сердечниками, магнитный поток в обмотке меньше утекает наружу. Следовательно, он очень стабилен и воспроизводим, а также часто используется в высокочастотных цепях.

  Мой электрический двигатель — измерения катушек

  Измерения катушки зажигания и Характеристика Любая конструкция с катушками зажигания более сложная, чем сама простейший потребует некоторых подробных знаний характеристик катушка зажигания, которая будет использована в конструкции.Подробные таблицы данных с тщательной характеристикой и ключевыми параметрами вряд ли будут доступны, но многие из этих значений могут быть получены относительно простое оборудование и техника. Некоторые проекты могут потребовать более подробной информации чем другие, поэтому в первую очередь определяются самые основные характеристики, и разрабатывается все более детализированная модель. Конструкция катушки зажигания очень похожа на структуру катушки зажигания. стандартный трансформатор, и большая часть моделирования и измерений методы действительны для обоих.В обоих случаях самый основной параметр отношение витков катушек. Есть довольно типичный диапазон для коэффициента передачи катушек зажигания, обычно между, возможно, От 50: 1 до 200: 1, причем 100: 1, вероятно, является наиболее распространенным. Измерения которые указывают на то, что передаточное число значительно выходит за пределы этого диапазона, может указывают на ошибку измерения или повреждение катушки. The Самый простой способ измерить коэффициент трансформации — приложить переменное напряжение к на одной катушке и сравните величину напряжения на другой катушке.Основная проблема при проведении этого измерения — быть осторожным с величина приложенного сигнала переменного тока. Применение слишком большого размера сингла может иметь несколько эффектов. Во-первых, слишком большое значение в вольт-секундах. продукт приведет к насыщению сердечника, что приведет к неправильному полученные результаты. Кроме того, если ток намагничивания в результате большого произведение вольт-секунд становится слишком большим, и источник напряжения высокий импеданс (например, с функциональным генератором), выход может насыщение, приводящее к отсечению и ошибочным измерениям.Сохранение Учитывая эти соображения, фактическое измерение очень просто. Рис.1: Измерение числа оборотов катушки зажигания Используя эти измерения, коэффициент поворота рассчитывается как среднеквадратичное значение. значение высоковольтной катушки, деленное на среднеквадратичное значение низкого катушка напряжения. Разделив 100 В на 983 мВ, получим отношение витков 101,7, почти 100: 1. Модель пока выглядит как Фиг.2: зажигание Модель катушки, передаточное число Помимо идеального действия трансформатора, измеренного выше, их также индуктивность параллельно с идеальным трансформатором, который называется индуктивностью намагничивания. Обычно намагничивание индуктивность указана на первичной стороне трансформатора; однако это может отражаться на любую обмотку квадратом отношения витков. В намагничивающая индуктивность — это индуктивность, которая измеряется на трансформаторные клеммы.Самый простой метод измерения индуктивность намагничивания определяется с помощью измерителя индуктивности, но функция Также можно использовать генератор, резистор и осциллограф. Я измерил индуктивность намагничивания моей катушки с помощью измерителя LCR и получила 5,5 мГн при первичная обмотка и 57,2 Н на вторичной. Обратите внимание, что эти два измерения измеряют один и тот же элемент в цепи — есть не измеряются два независимых элемента. Как свидетельство этого, разделив измеренную индуктивность вторичной обмотки на квадрат отношения витков, я.е. 57,2 H, разделенное на 102 2 , дает почти точно 5,5 mH. Рис.3: Зажигание Модель катушки, включая индуктивность намагничивания Эти измерения можно использовать для двойной проверки передаточного числа витков. измерения, сделанные и ранее. Дана индуктивность каждой катушки. по Ур. 1: индуктивность катушки где N — количество витков, а — сопротивление сердечника.Решая для сопротивления, получаем Ур. 2: Перестроен уравнения Используя значения, измеренные ранее, вычисляется передаточное число: 102: 1 по формуле. 2, что подтверждает первоначальный расчет. Следующее уточнение модели — добавление индуктивностей рассеяния. В индуктивность рассеяния представляет собой поток через одну катушку, которая не связан с другой катушкой и моделируется как последовательно включенная индуктивность. с намагничивающей индуктивностью.В частности, поток утечки равен в часть измеренной индуктивности намагничивания, которая не связана с в другую катушку, поэтому измеренная индуктивность рассеяния вычитается из самоиндуктивность, чтобы получить лучшую оценку. Рассмотрим идеальный трансформатор с закороченной вторичной обмоткой. В этом конфигурации, полное сопротивление первичной обмотки можно рассчитать как полное сопротивление вторичной обмотки, умноженное на квадрат отношения витков. С участием закороченная вторичная обмотка (т.е. импеданс вторичной обмотки равен нулю) Импеданс первичной обмотки также будет равен нулю. Фиг. 4: Трансформатор с закороченной вторичной обмоткой Если вторичная обмотка замкнута на практическом трансформаторе и импеданс измеряется на первичной обмотке, результат покажет некоторое конечное значение индуктивности присутствует. Это связано с индуктивностью рассеяния, который не связан со второстепенным и, следовательно, не представляет масштабированный импеданс вторичной обмотки. Фиг.5: Трансформатор с индуктивностью утечки Используя этот метод, индуктивность рассеяния для низкого и высокого напряжения катушки были измерены как 612 мкГн и 6,76 Гн соответственно. Добавление этих индуктивности рассеяния на модель приводит к Рис.6: Зажигание Модель катушки с включенной индуктивностью утечки Пока в модели учитывались только индуктивные эффекты; однако на более высоких частотах емкостное поведение становится доминирующий.Обычно это связано с емкостью между обмоток, но эти емкости не полностью объясняют поведение наблюдаемый. Просто сфокусированная модель, которая используется для описания индуктивность становится недостаточной по мере того, как длины волн становятся короче и сравнима по длине с самой катушкой. В какой-то момент, как частота увеличивается, индуктивное и емкостное сопротивление отменяются и катушка будет резонировать. Эта точка называется саморезонансной. частота. Сосредоточенная модель может быть изменена добавлением конденсатор для исправления его поведения в ограниченном диапазоне частот выше собственной резонансной частоты, не прибегая к передаче линейная модель.Определению собственной резонансной частоты помогает Дело в том, что на этой частоте катушка оказывается полностью резистивной. В в этот момент напряжение и ток через катушку будут в фазе, позволяя определять собственную резонансную частоту, качая частота и отмечая точку, в которой напряжение и ток находятся в фаза. Рис.7: Определение частоты саморезонанса Здесь частота собственного резонанса для моей катушки определена равной 38.55 кГц. Связь между резонансом и частотой для параллельного ЖК схема Ур. 3: резонансный Частота параллельной LC-цепи Решение этого уравнения для емкости дает результат Ур. 4: Определение Резонансная емкость Использование самоиндукции обмотки низкого напряжения и собственная резонансная частота, резонансная емкость может быть рассчитана до быть 3.49 нФ. Модель с такой емкостью показана ниже. Фиг. 8: Катушка зажигания с включенной емкостью В дополнение к уже обсужденным индуктивным и емкостным элементам, медные обмотки также имеют некоторое сопротивление. Эти значения могут быть легко измерить омметром. Я определил низкое напряжение и сопротивление катушки высокого напряжения 1,7 и 8,7 кОм соответственно. Заманчиво использовать значения непосредственно в модели; однако эти значения редко бывают точными на высоких частотах.Это несколько противоречит интуиции, поскольку сопротивление обычно не считается частотно-зависимый. В случае сопротивления на высоких частотах два эффекты, называемые эффектом кожи и близости, могут значительно увеличить устойчивость к сигналам переменного тока. Скин-эффект вызывает появление переменного тока увеличивая частоту, чтобы менее глубоко проникать в проводник из поверхность. Это уменьшает сечение, через которое ток течет, и, следовательно, увеличивает сопротивление. Глубина кожи, или эффективная глубина, на которую проникают токи, определяется уравнением Ур.5: Глубина кожи где это глубина кожи, это удельное сопротивление проводника (для меди) и является проницаемость свободного пространства (равна при большинство немагнитных материалов) и является относительная проницаемость проводника (примерно 1 для большинства цветные проводники.) Сопротивление отрезка провода с заданную длину и площадь поперечного сечения можно рассчитать по Ур. 6: Сопротивление где находится длина проводника и это поперечное сечение проводника.Если диаметр проволоки меньше чем вдвое глубина кожи, тогда площадь может быть вычислена с использованием . В противном случае сечение токопроводящей области будет меньше и должны быть вычислены, как показано на рис. 9. Рис.9: Площадь Проводимость для цилиндрического проводника Следовательно, сопротивление отрезка провода с диаметром меньше, чем глубина скин-фактора, определяется по формуле Ур.7. Сопротивление провода переменному току со скин-эффектом Эффект близости возникает, когда обмотка состоит из более чем одного слоя. толстый, и является результатом изменения магнитного потока от предыдущий слой, отменяющий ток внутри токовая обмотка и увеличение тока на внешней стороне обмотка. Эффект усиливается с каждым дополнительным слоем в катушке, и может значительно увеличить эффективное сопротивление переменного тока. Близость Рис.10: Близость Эффект Точная форма эффекта близости выходит за рамки настоящего обсуждение, поэтому комбинированный эффект скин-эффекта и эффекта близости объединили, чтобы показать их кумулятивный эффект на сопротивление переменному току. Рис.11: Dowell Участок Этот график, известный как график Дауэлла, можно использовать для расчета коэффициента на которое следует умножить сопротивление постоянному току, чтобы определить сопротивление переменному току.По оси X отложена высота проводника, деленная на глубина кожи на интересующей частоте и отслеживается по вертикали пока он не пересечет кривую количества слоев в катушке. Затем положение этой точки отмечается на вертикальной оси, и Считывается множитель сопротивления. Например, катушка из проводник с соотношением высоты к толщине обшивки в три и два слоя обмоток имеет сопротивление переменному току примерно в 12 раз выше, чем сопротивление постоянному току. сопротивление провода. Следует отметить, что эти кривые полученные для синусоидальных сигналов на заданной частоте.Переключение осциллограммы содержат частоты основной и высших гармоник, поэтому в зависимости от формы волны фактическое сопротивление может составлять примерно 1,2 в 2 раза выше, чем указано на графике Доуэлла. Если вы знаете конструктивные особенности своей катушки зажигания вы можете оценить сопротивление переменному току, используя этот метод. Более чем вероятно у вас не будет доступа к этой информации, если вы не разберете и разрушить катушку, которая, скорее всего, не нужна. Сопротивление переменного тока для данной частоты переключения можно определить простым измерением с достаточной верностью для этой модели.Предполагая, что частота переключения составляет 100 Гц сопротивления обмоток низкого и высокого напряжения были измеренные как 9,78 Ом и 9,38 кОм соответственно (по сравнению с 1,7 Ом и 8,7 кОм при постоянном токе.) Модель, включая сопротивления обмоток при 100 Гц показано на рис. 12. Фиг. 12: Модель катушки зажигания с включенными сопротивлениями катушки [Назад к катушкам зажигания] [Вернуться на главную] Вопросы? Комментарии? Предложения? Напишите мне на MyElectricEngine @ gmail.com Авторские права 2007-2010 Мэтью Кролак — Все права Зарезервированный. Не копируйте мои материалы, не спросив предварительно.

  5.5. Катушка индуктивности — петлевые антенны 1.0 документация

  5.5.1. Петля с воздушным сердечником

  Уиллер дал простые формулы индуктивности для круглых и квадратных катушек [Wheeler, 1982].

  Рис. 5.12: Круглая или квадратная катушка.

  Лундин дал формулу индуктивности однослойной круглой катушки или соленоида.Он отметил, что однослойную кольцевую катушку можно идеализировать как цилиндрический токовый слой. Если 2a

  5.5.2. Соленоид с воздушным сердечником

  На простой диаграмме, показанной на Рисунке 1, показано соотношение между индуктивностью, общими размерами и плотностью обмотки соленоидной катушки. Любое неизвестное может быть определено, если указаны другие количества. Таблица точна для многих витков тонкой проволоки, плотно намотанной в один слой. Он также точен на низких частотах для одного витка или нескольких витков тонкой ленты, плотно намотанной в один слой [Wheeler, 1950].2} \]

  На рис. 1 показана проницаемость стержня как функция отношения длины к диаметру для шести материалов, имеющихся в стержнях. Модификатор индуктивности показан на рисунке 2. Отношение длины обмотки к длине стержня дает модификатор индуктивности. Если стержень полностью намотан, K = 1. Более короткая, но центрированная обмотка даст более высокие значения K [Справочник по стержням Fair-Rite].

  Рис. 5.16: Модификатор магнитной проницаемости и индуктивности стержня.

  Для расчета индуктивности намотанного стержня можно использовать следующую формулу:

  Эта формула также была приведена в книге «Мягкие ферриты».[Снеллинг, 1969, паспорт удочек справедливого обряда]

  5.5.4. Эффективный радиус соленоида

  Распределение тока в проводе соленоида неравномерно на низкой частоте из-за изменения длины пути и деформации. Следовательно, при расчетах индуктивности может быть ошибка. Книгт исследовал эффективный радиус катушек и дал формулы и численные алгоритмы для эффективного радиуса сплошной прямоугольной и круглой проволоки [36].

  Индуктивность

  Индуктивность — это свойство электрического проводника, при котором изменение тока, протекающего по нему, индуцирует электромагнитное поле — ЭДС (т.е.м.ф.) — и электродвижущая сила в самом проводнике и в соседних проводниках за счет взаимной индуктивности.

  Единица индуктивности — генри — H.

  Цепь имеет индуктивность один генри , когда э.д.с. один вольт индуцируется изменением тока со скоростью один ампер в секунду .

  Индуцированное электромагнитное поле — ЭДС — в катушке можно выразить как

  ЭДС = -n dΦ / dt (1)

  , где

  ЭДС = электромагнитное поле — ЭДС (вольт)

  n = витков

  dΦ = изменение потока (webers, Wb)

  dt = время (с)

  В качестве альтернативы индуцированное электромагнитное поле — EMF — в катушке индуктивность L может быть выражена как

  ЭДС = -L dI / dt (2)

  , где

  L = индуктивность (генри, Гн)

  dI = изменение тока (амперы )

  dt = время (с)

  Пример — индуктивность

  ЭДС , индуцированная в катушке с 500 витками с изменением магнитного потока 30 мВт дюйм 30 мс можно рассчитать как

  ЭДС = -500 (30 10 ^-3 Вт) / (30 10 ^-3 с)

  = -500 Вольт

  Индуктивность катушки

  Для цилиндрической проволочной катушки, заполненной воздухом, индуктивность может быть рассчитана по эмпирической формуле

  L = μ _o n ² A / (l + 0.