Применение катушек индуктивности — Меандр — занимательная электроника

Катушки индуктивности позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичными областями их применения являются сглаживающие фильтры и различные селективные цепи.

Электрические характеристики катушек индуктивности определяются их конструкцией, свойствами материала магнитопровода и его конфигурацией, числом витков обмотки.

Ниже приведены основные факторы, которые следует учитывать при выборе катушки индуктивности:

• требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн),
• максимальный ток катушки. Большой ток очень опасен из-за слишком сильного нагрева, при котором повреждается изоляция обмоток. Кроме того, при слишком большом токе может произойти насыщение магнитопровода магнитным потоком, что приведет к значительному уменьшению индуктивности,
• точность выполнения индуктивности,
• температурный коэффициент индуктивности,
• стабильность, определяемая зависимостью индуктивности от внешних факторов,
• активное сопротивление провода обмотки,
• добротность катушки. Она обычно определяется на рабочей частоте как отношение индуктивною и активного сопротивлений,
• частотный диапазон катушки.

В настоящее время выпускаются радиочастотные катушки индуктивности на фиксированные значения частоты с индуктивностями от 1 мкГн до 10 мГн. Для подстройки резонансных контуров желательно иметь катушки с регулируемой индуктивностью.

Однослойные с незамкнутым магнитопроводом катушки индуктивности применяются в цепях настройки приборов.

Многослойные с не замкнутым магнитопроводом катушки используются в фильтрах и высокочастотных трансформаторах. Многослойные катушки индуктивности броневого типа с сердечником из феррита применяются в фильтрах низких и средних частот и трансформаторах, а аналогичные катушки, но со стальным сердечником используются в сглаживающих дросселях и низкочастотных фильтрах.

Применение катушек индуктивности

1. Применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности.
2. 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..
3. Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
4. Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
5. 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.
6. Катушки используются также в качестве электромагнитов.
7. Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.
8. Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна). Рамочная антенна, DDRR, Индукционная петля.
9. Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
10. Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

Применение катушек индуктивности » сайт для электриков

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности, используемые в радиотехнике

Эти катушки используются совместно с конденсаторами для организации резонансных контуров. Они должны иметь высокую термо- и долговременную стабильность, и добротность, требования к паразитной ёмкости обычно несущественны.

Катушки связи, или трансформаторы связи

Взаимодействующие магнитными полями пара и более катушек обычно включаются параллельно конденсаторам для организации колебательных контуров. Такие катушки применяются для обеспечения трансформаторной связи между отдельными цепями и каскадами, что позволяет разделить по постоянному току, например, цепь базы последующего усилительного каскада от коллектора предыдущего каскада и т. д. К нерезонансным разделительным трансформаторам 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 (коэффициент взаимоиндукции).

Вариометры

Это катушки, индуктивностью которых можно управлять (например, для перестройки частоты резонанса колебательных контуров) изменением взаимного расположения двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая обычно располагается внутри первой и вращается (ротор). Существуют и другие конструкции вариометров. При изменении положения ротора относительно статора изменяется степень взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника относительно обмотки, либо изменением длины воздушного зазора замкнутого магнитопровода.

Дроссели

Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Дроссели включаются последовательно с нагрузкой для ограничения переменного тока в цепи, они часто применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента, а также в качестве балласта для включения разрядных ламп в сеть переменного напряжения. 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 или кольца), нанизанные на отдельные провода или группы проводов (кабели) для подавления синфазных высокочастотных помех.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенные дроссели

Это две намотанных встречно или согласованно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. При согласной намотке эффективны для подавления дифференциальных помех. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.Предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов из питающей сети, так и во избежание проникновения в питающую сеть электромагнитных помех, генерируемых устройством. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный сердечник (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — сердечник ферритовый.

Обозначение, параметры и разновидности катушек индуктивности

Одним из самых известных и необходимых элементов аналоговых радиотехнических схем является катушка индуктивности. В цифровых электронных схемах индуктивные элементы практически потеряли свою актуальность и применяются только в устройствах питания как сглаживающие фильтры. Катушки индуктивности на принципиальных схемах обозначаются латинской буквой “L” и имеют следующее изображение. Разновидностей катушек индуктивности существуют десятки. Они бывают высокочастотные, низкочастотные, с подстроечными сердечниками и без них. Бывают катушки с отводами, катушки, рассчитанные на большие напряжения. Вот так, например, выглядят бескаркасные катушки. Катушки для СВЧ аппаратуры называются микрополосковыми линиями.

Они даже внешне не похожи на катушки. С катушками индуктивности связан такой эффект как резонанс и гениальный Никола Тесла получал на резонансных трансформаторах миллионы вольт. Основной параметр катушки это её индуктивность. Величина индуктивности измеряется в Генри (Гн, англ. – «H»). Это достаточно большая величина и поэтому на практике применяют меньшие значения (мГн, mH – миллигенри и мкГн, μH– микрогенри) соответственно 10 -3 и 10 -6 Генри. Величина индуктивности катушки указывается рядом с её условным изображением (например, 100 μH). Чтобы не запутаться в микрогенри и миллигенри, советую узнать, что такое сокращённая запись численных величин.

Маркировка цветная.

Многие факторы влияют на индуктивность катушки. Это и диаметр провода, и число витков, а на высоких частотах, когда применяют бескаркасные катушки с небольшим числом витков, то индуктивность изменяют, сближая или раздвигая соседние витки. Часто для увеличения индуктивности внутрь каркаса вводят сердечник из ферромагнетика, а для уменьшения индуктивности сердечник должен быть латунным. То есть можно получить нужную индуктивность не увеличением числа витков, что ведёт к увеличению сопротивления, а использовать катушку с меньшим числом витков, но использовать ферритовый сердечник. Катушка индуктивности с сердечником изображается на схемах следующим образом.

В реальности катушка с сердечником может выглядеть так. Также можно встретить катушки индуктивности с подстроечным сердечником. Изображаются они вот так. Катушка с подстроечным сердечником вживую выглядит так. Такая катушка, как правило, имеет сердечник, положение которого можно регулировать в небольших пределах. При этом величина индуктивности также меняется. Подстроечные катушки индуктивности применяются в устройствах, где требуется одноразовая подстройка. В дальнейшем индуктивность не регулируют. Наряду с подстроечными катушками можно встретить и катушки с регулируемой индуктивностью. На схемах такие катушки обозначаются вот так. В отличие от подстроечных катушек, регулируемые катушки индуктивности допускают многократную регулировку положения сердечника, а, следовательно, и индуктивности. Ещё один параметр, который встречается достаточно часто это добротность контура.

Под добротностью понимается отношение между реактивным и активным сопротивлением катушки индуктивности. Добротность обычно бывает в пределах 15 – 350. На основе катушки индуктивности и конденсатора выполнен самый необходимый узел радиотехнических устройств, колебательный контур. На схеме изображён входной контур простого радиоприёмника рассчитанного на работу в диапазонах средних и длинных волн. В настоящее время в этих диапазонах станций практически нет. Катушка индуктивности L1 имеет достаточно большое число витков, чтобы перекрыть диапазон по максимуму. Для улучшения приёма к первой обмотке L1 подключается внешняя антенна. Это может быть простой кусок проволоки длиной в пределах двух метров.

Благодаря большому числу витков в индуктивности L1 присутствует целый спектр частот и как минимум пять — шесть работающих радиостанций. Две индуктивности L1 и L2 намотанные на одном каркасе представляют собой высокочастотный трансформатор. Для того чтобы выделить на катушке индуктивности L2 станцию, работающую, допустим на частоте 650 КГц необходимо с помощью переменного конденсатора C1 настроить колебательный контур на данную частоту. После этого выделенный сигнал можно подавать на базу транзистора усилителя высокой частоты. Это одно из применений катушки индуктивности. Точно на таком же принципе построены выходные каскады радио- и телевизионных передатчиков только наоборот. Антенна не принимает слабый сигнал, а отдаёт в пространство ЭДС.

Обозначение катушек индуктивности.

Магнитопроводы для катушек

Важным параметром, характеризующим качество катушек, является добротность, численно равная отношению ее индуктивного сопротивления переменному току данной частоты к сопротивлению постоянному току. Чтобы увеличить добротность, пользуются разными конструктивными приемами, но наибольший эффект дает введение в катушку магнитопровода (сердечника) из специального магнитного материала. При внесении магнитопровода в катушку силовые линии магнитного поля концентрируются в магнитопроводе, так как его сопротивление магнитному потоку значительно меньше, чем воздуха.

Маркировка катушек.

В результате магнитный поток, а следовательно, и индуктивность катушки увеличиваются в несколько раз, что позволяет уменьшить число витков, а значит, и сопротивление катушки постоянному току. Кроме того, используя магнитолроводы, удается значительно уменьшить размеры катушек и очень простым способом (перемещением магнитопровода) осуществить регулировку их индуктивности. Поскольку катушки с магнитопроводами обычно работают в цепях переменного тока (исключение — катушки электромагнитных реле и некоторые другие), применять оплошные магнитопроводы из обычных магнитных материалов нельзя.

Под действием переменного магнитного поля в сплошном магнитопроводе, который можно рассматривать как множество короткозамкнутых витков, возникают так называемые вихревые токи, которые нагревают магнитапровол, бесполезно потребляя часть энергии магнитного поля. Чтобы уменьшить эти потери, магнитопроводы катушек, работающих в диапазоне звуковых частот, набирают из отдельных тонких изолированных пластин, изготовленных из специальных электромеханических сталей или пермаллоя. В области радиочастот стальные магнитопроводы, даже набранные из очень тонких пластин, неприменимы, так как потери на вихревые тоКи в них недопустимо велики. Магнитопроводы для катушек, предназначенных для работы на радиочастотах, изготовляют из специальных материалов: маг-нитодиэлектриков и ферритов.

В магнитодиэлектриках мельчайшие частички вещества, содержащего в своем составе железо, равномерно распределены в массе какого-либо диэлектрика (бакелита, стирола, амино-пласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.

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 в

Для чего нужна катушка индуктивности в электрической цепи постоянного тока



Практическое руководство по катушкам индуктивности

Катушки индуктивности (индукторы)

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

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

Рис. 1. Пример катушки индуктивности с воздушным сердечником

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

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

Соленоид против катушек индуктивности

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

Соленоидные катушки как индуктивности

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

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

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

Тороиды как катушки индуктивности

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

Рис. 2. Сильноточные тороидальные катушки индуктивности

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

Индуктивности на основе чашеобразных Р-сердечников*

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

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

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

Линия передачи как индуктивность

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

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

Индуктивности в цепях постоянного тока

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

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

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

P = V * I = L*i*di/dt, (2)

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

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

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

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

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

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

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

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

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

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

Индуктивное сопротивление

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

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

• I_peak – пиковое значение переменного тока, протекающего через катушку индуктивности;
• V_peak – пиковое значение переменного напряжения, приложенного к катушке;
• X_L – индуктивное сопротивление.

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

Применение катушек индуктивности

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

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

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

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

Источник

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.\medspace\frac

\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:

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:

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:

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 i > 0, участок 3-4: \varepsilon > 0, i 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:

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:

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!

Источник

Катушка индуктивности. Описание, характеристики, формула расчета

Катушка индуктивности является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Накопленная энергия в индуктивности

Как известно магнитное поле обладает энергией. Аналогично тому, как в полностью заряженном конденсаторе существует запас электрической энергии, в индуктивной катушке, по обмотке которой течет ток, тоже существует запас — только уже магнитной энергии.

Энергия, запасенная в катушке индуктивности равна затраченной энергии необходимой для обеспечения протекания тока I в противодействии ЭДС. Величина запасенной энергии в индуктивности можно рассчитать по следующей формуле:

где L — индуктивность, I — ток, протекающий через катушку индуктивности.

Гидравлическая модель

Работу катушки индуктивности можно сравнить с работой гидротурбины в потоке воды. Поток воды, направленный сквозь еще не раскрученную турбину, будет ощущать сопротивление до того момента, пока турбина полностью не раскрутится.

Далее турбина, имеющая определенную степень инерции, вращаясь в равномерном потоке, практически не оказывая влияния на скорость течения воды. В случае же если данный поток резко остановить, то турбина по инерции все еще будет вращаться, создавая движение воды. И чем выше инерция данной турбины, тем больше она будет оказывать сопротивление изменению потока.

Также и индуктивная катушка сопротивляется изменению электрического тока протекающего через неё.

Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Схемы соединения катушек индуктивностей

Параллельное соединение индуктивностей

Напряжение на каждой из катушек индуктивностей, соединенных параллельно, одинаково. Эквивалентную (общую) индуктивность параллельно соединенных катушек можно определить по формуле:

Последовательное соединение индуктивностей

Ток, протекающий через катушки индуктивности соединенных последовательно, одинаков, но напряжение на каждой катушке индуктивности отличается. Сумма разностей потенциалов (напряжений) равна общему напряжению. Общая индуктивность последовательно соединенных катушек можно высчитать по формуле:

Эти уравнения справедливы при условии, что магнитное поле каждой из катушек не оказывает влияние на соседние катушки.

Добротность катушки индуктивности

На практике катушка индуктивности имеет последовательное сопротивление, созданное медной обмоткой самой катушки. Это последовательное сопротивление преобразует протекающий через катушку электрический ток в тепло, что приводит к потере качества индукции, то есть добротности. Добротность является отношением индуктивности к сопротивлению.

Добротность катушки индуктивности может быть найдена через следующую формулу:

где R является собственным сопротивлением обмотки.

Катушка индуктивности. Формула индуктивности

Базовая формула индуктивности катушки:

• L = индуктивность в генри
• μ 0 = проницаемость свободного пространства = 4π × 10 -7 Гн / м
• μ г = относительная проницаемость материала сердечника
• N = число витков
• A = Площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах (м 2 )
• l = длина катушки в метрах (м)

Индуктивность прямого проводника:

• L = индуктивность в нГн
• l = длина проводника
• d = диаметр проводника в тех же единицах, что и l

Индуктивность катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = внешний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков

Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Индуктивность плоской катушки:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Конструкция катушки индуктивности

Катушка индуктивности представляет собой обмотку из проводящего материала, как правило, медной проволоки, намотанной вокруг либо железосодержащего сердечника, либо вообще без сердечника.

Применение в качестве сердечника материалов с высокой магнитной проницаемостью, более высокой чем воздух, способствует удержанию магнитного поля вблизи катушки, тем самым увеличивая ее индуктивность. Индуктивные катушки бывают разных форм и размеров.

Большинство изготавливаются путем намотки эмалированного медного провода поверх ферритового сердечника.

Некоторые индуктивные катушки имеют регулируемый сердечник, при помощи которого обеспечивается изменение индуктивности.

Миниатюрные катушки могут быть вытравлены непосредственно на печатной плате в виде спирали. Индуктивности с малым значением могут быть расположены в микросхемах с использованием тех же технологических процессов, которые используются при создании транзисторов.

Применение катушек индуктивности

Индуктивности широко используются в аналоговых схемах и схемах обработки сигналов. Они в сочетании с конденсаторами и другими радиокомпонентами образуют специальные схемы, которые могут усилить или отфильтровать сигналы определенной частоты.

Катушки индуктивности получили широкое применение начиная от больших катушек индуктивности, таких как дроссели в источниках питания, которые в сочетании с конденсаторами фильтра устраняют остаточные помехи и другие колебания на выходе источника питания, и до столь малых индуктивностей, которые располагаются внутри интегральных микросхем.

Две (или более) катушки индуктивности, которые соединены единым магнитным потоком, образуют трансформатор, являющимся основным компонентом схем работающих с электрической сетью электроснабжения. Эффективность трансформатора возрастает с увеличением частоты напряжения.

По этой причине, в самолетах используется переменное напряжение с частотой 400 герц вместо обычных 50 или 60 герц, что в свою очередь позволяет значительно сэкономить на массе используемых трансформаторов в электроснабжении самолета.

Так же индуктивности используются в качестве устройства для хранения энергии в импульсных стабилизаторах напряжения, в высоковольтных электрических системах передачи электроэнергии для преднамеренного снижения системного напряжения или ограничения ток короткого замыкания.

Источник

Катушка индуктивности

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:

В – магнитное поле, Вб

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:

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:

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.

Отдалим витки катушки друг от друга

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.

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:

Источник

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 — исполнительных механизмов.

· Катушки применяются в качестве источника энергии для нагрева индуктивно-связанной плазмы, а также её диагностики.

· Для радиосвязи — приёма электромагнитных волн, редко — для излучения:

· Ферритовая антенна

· Рамочная антенна, кольцевая антенна

· DDRR

· Индукционная петля

· Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

· Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.

· Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах

· Для создания магнитных полей в ускорителях элементарных частиц, магнитного удержания плазмы, в научных экспериментах, в ядерно-магнитной томографии. Мощные стационарные магнитные поля, как правило, создаются сверхпроводящими катушками.

· Для накопления энергии.

 

 

Каскады усиления переменного сигнала

 

Под переменными сигналами понимаются такие, которые имеют относительно большие скорости изменения или малое время существования, а также сигналы, которые не содержат постоянных составляющих. Усилители переменных сигналов, в отличие от усилителей постоянного тока не способны воспроизводить сколь угодно медленно изменяющиеся сигналы.

Это обусловлено тем, что в усилителях переменных сигналов на пути распространения сигнальных токов и напряжений включены разделительные конденсаторы С_р. Кроме того, в них могут применяться блокировочные конденсаторы С_б, исключающие влияние на распределение сигнальных потенциалов участков цепи, зашунтированных этими конденсаторами.

Синтез схемы каскада переменного сигнала осуществляется в два этапа. На первом проводится выбор его структуры и номиналов элементов с точки зрения обеспечения заданного режима работы на постоянном токе. При этом независимо от предполагаемой схемы включения транзистора по переменному току, за основу принимается схема стабилизации положения ИРТ с фиксированным потенциалом базы (рисунок 1). На втором этапе в схему каскада вводятся разделительные и блокировочные

конденсаторы, с помощью которых формируется требуемая схема включения транзистора на переменном токе.

Рисунок 1. Схема на постоянном токе

 

На рисунке 2 приведены типовые схемные построения каскадов ОЭ, ОК и ОБ,

которые по своим свойствам на постоянном токе эквивалентны схеме на рисунке 1, а

на переменном токе – схемам, изображенным на рисунке 3.

Рисунок 2 Полные схемы каскадов

 

Рисунок 3. Схемы каскадов на переменном токе

 

Условие эквивалентности выполняется на всех частотах, где сопротивлением конденсаторов С_р и С_б можно пренебречь. На низких частотах, где указанное условие не выполняется, коэффициент усиления имеет уменьшенные значения, т. е. в широкополосном тракте наблюдается спад АЧХ (возникают частотные искажения).

Сопротивление катушки индуктивности, устройство и принцип работы

Катушка индуктивности играет немаловажную роль, в качестве одного из элементов, используемых в электротехнике. Так, несколько катушек образовывают трансформатор или могут быть использованы в качестве магнитов. А в целом спектр использования катушек индуктивности в электротехнике довольно широк, но для начала следует подробнее рассказать о принципе устройства и её работе.

Итак, катушка индуктивности или как коротко её называют специалисты – индуктивность, представляет собой пассивный элемент с двумя полюсами, применяемый в различных электронных устройствах и системах. Индуктивность является основным параметром катушки. Она зависима от материалов, из которых изготовлена катушка и её геометрических параметров. Как правило, индуктивность совершенно не зависима от тока и напряжения, проходящего через катушку и, следовательно, эти параметры не учитываются при характеристике самой катушки.

 

 

Другими словами катушки индуктивности применяются для того, чтобы накапливать энергию, подавлять помехи, сглаживать пульсацию, ограничивать силу переменного тока, для создания датчиков, магнитных полей и много другого.

Также катушка индуктивности имеет возможность влиять на реактивное сопротивление по отношению к переменному току, когда сопротивление постоянного тока незначительно. При совместном применении катушек с конденсаторами, они могут быть использованы в качестве фильтров, при помощи которых могут осуществляться частотные селекции электросигналов. Помимо этого такое использование может создавать элементы для задерживания сигналов и элементов запоминания, благодаря тому, что способна производить взаимодействие связей между цепями, через магнитный поток и так далее.

 

Характеристики катушки индуктивности

 

 

 

В сравнении с резисторами и конденсаторами у катушек индуктивности также существуют свои различия. В отличие от этих устройств они не являются изделиями стандартных образцов. Их производят для определённых целей и поэтому катушки индуктивности наделены именно такими характеристиками, какие нужны для решения задач связанных с преобразованием напряжения, токов и электросигналов.

Как писалось выше, конструкции у индуктивных катушек бывают различными. Некоторые из них делаются как винтовые или винтоспиральные, причём в последних, параметры намотки, зависят от длинны самой катушки. Также могут быть одно-слойные и многослойные намотки из различных проводников, которые в свою очередь бывает изолированные одно-жильные или много-жильные. Они располагаются на диэлектрических каркасных контурах разного типа сечения – круглой, прямоугольной формы или квадратной. Очень часто каркас бывает тороидальной формы, а при условии, если её используют с толстым проводом и небольшим количеством витков она может использоваться без специального каркаса.

При создании некоторых элементов может образовываться паразитная или другими словами нежелательная ёмкостная связь. Чтобы снизить её распределяющий по определённой области эффект, когда используется дроссель высокой частоты, для катушки с однослойного типа, используется особая намотка. Иначе такой способ намотки именуют «прогрессивным» шагом, то есть намотка постепенно меняется по всей длине катушки. Но наименьшую нежелательную (паразитную) ёмкость имеют катушки, для которых используется многослойная намотка. Особенно противостоит паразитной ёмкости наилучшим образом катушка с шагом «универсал». Для этого типа намотки витки проводника отделяются группами и распределяются по всей длине катушки.

 

Конструкция и материалы катушки индуктивности

Для того, чтобы увеличить индуктивность катушки, эксплуатируется особый сердечник из ферромагнита. Он может быть замкнутого или разомкнутого типов. Для катушек, монтируемых в устройствах для снижения помех, используются сердечники, изготовленные из карбонильного железа, флюкстроловые или ферритовые. В катушках для устройств в чью задачу входит сглаживание пульсаций различных частот – промышленного происхождения и звукового. Такие катушки обладают сердечниками из магнитомягких сплавов или электро-технической стали. Кроме того сердечники используются специально для того, чтобы изменять в катушках индуктивности. Изменения эти относительно небольшие и, как правило, зависят от того, как располагается сам сердечник по отношению к обмотке. Обычно это касается сердечника из ферромагнита.

При сверхвысоких частотах диэлектрики из ферромагнита обычно теряют свою магнитную проницаемость, вследствие чего увеличивается процент потерь, поэтому здесь уже идут в ход сердечники из латуни.

 

Общие сведения о катушках индуктивности

Применяемые в низкочастотных усилителях трансформаторы могут подразделяться на две основные категории: силовые или сетевые трансформаторы и сигнальные трансформаторы, используемые в качестве согласующих, выходных, либо повышающих, например, для картриджей звукоснимателей с подвижной катушкой. Совершенно аналогично катушки индуктивности могут предназначаться для работы в цепях прохождения сигнала, например в различных фильтрах, либо же они могут быть мощными дросселями, используемыми в высоковольтных источниках питания. Основной особенностью этих компонентов схем является применение в них магнитных материалов. Они представляют последнюю группу идеальных пассивных компонентов схем (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, включая трансформаторы). В отличие от резисторов и конденсаторов, катушки индуктивности и трансформаторы, как правило, не являются промышленными изделиями, а изготавливаются вручную. Именно по этой причине многие разработчики стараются всячески избегать их применения. Такой подход нельзя признать разумным, так как он серьезно ограничивает возможности проектирования схем.

Катушка индуктивности запасает энергию магнитного поля. Прохождение тока любой величины по проводнику всегда сопровождается возникновением магнитного поля вокруг проводника. Поэтому проводник обладает индуктивностью. Можно увеличить индуктивность, свернув провод в спираль, или намотав его в виде катушки, а если внутрь такой катушки поместить железный сердечник (магнитопровод), то индуктивность возрастет многократно. Эта зависимость может быть приближенно выражена следующим соотношением:

в котором L — индуктивность,

μ₀ — магнитная проницаемость вакуума, в системе СИ равна 4π·10^-7 Гн/м,

μ_r— относительная магнитная проницаемость магнитного материала

сердечника,

А — площадь поперечного сечения магнитопровода,

I — длина магнитопровода,

N — количество витков катушки.

Относительная магнитная проницаемость, μ_r, является характеристикой магнитных свойств материала, и можно провести некоторую аналогию с ранее уже упоминавшейся относительной диэлектрической проницаемостью, характеризующей диэлектрические свойства диэлектриков. Относительная магнитная проницаемость имеет различные значения и может меняться от 1 для воздуха до примерно 5500 для железа. Длина магнитопровода отсчитывается по замкнутому контура от какой-то начальной точки, а площадь поперечного сечения магнитопровода просто принимается равной площади сечения магнитного сердечника. Поэтому, может показаться, что вышеприведенное уравнение без особых трудностей может быть использовано для расчета индуктивности.

К сожалению, параметр μ_r сильно зависит от плотности магнитного потока, на длину магнитопровода могут сильно повлиять воздушные зазоры, а часть магнитного потока рассеивается в окружающей среде. Каждая из этих проблем будет проанализирована по отдельности несколько позже, а сейчас надо просто признать, что очень часто оказывается просто невозможным точно рассчитать значение индуктивности катушки. Поэтому на практике зачастую приходится строить всевозможные предположения, добавлять лишние витки, измерять индуктивность в условиях, максимально близким к условиям реальной работы, а затем удалять витки катушки, пока не будет получена требуемая величина индуктивности.

При каждом обсуждении свойств магнитных материалов, обычно используется зависимость, которая называется кривой (начальной) намагниченности. Данная кривая выражает зависимость результирующей магнитной индукции поля, В, от изменения величины напряженности магнитного поля, Н, иногда для простоты называемой зависимостью В-Н (рис. 5.10). В целях дальнейшего изложения следует прежде всего отметить, что относительная магнитная проницаемость m пропорциональна градиенту (или углу наклона) данной кривой, а так как градиент изменяется при изменении напряженности магнитного поля, то это означает, что будет изменяться и μ.

Рис. 5.10 Кривая намагничивания: непостоянство угла наклона ведет к изменению магнитной проницаемости материала

Катушка индуктивности без магнитного сердечника

Можно полностью исключить проблему, связанную с изменением параметра m при изменении напряженности магнитного поля, если использовать катушку, в которой отсутствует сердечник, изготовленный из магнитного материала. Катушка индуктивности без магнитного сердечника (воздушная катушка индуктивности) характеризуется постоянным значением индуктивности при изменении величины сигнала, следовательно, такие катушки не вызывают искажений, что делает их особо популярными для использования в схемах кроссоверов высококачественных громкоговорителей. Определить площадь, через которую проходит магнитный поток, для данного случая достаточно сложно, так как теоретически магнитный поток распространяется в бесконечность, точно также невозможно точно определить и длину «магнитопровода». Тем ни менее, для катушек с различной геометрией были предложены приближенные соотношения, из которых ниже приводится формула для наиболее интересного, с практической точки зрения, случая оптимального (то есть наименьшего) значения сопротивления воздушной катушки, обмотка которой выполнена из медного провода. Формулы для приближенного расчета были предложены А. Н. Тайлом (A.N.Thiele):

в которых (рис. 5.11), R — сопротивление обмотки, Ом,

L — Индуктивность, мкГн,

d — диаметр провода, мм,

N — количество витков,

с — обобщенный параметр каркаса, связывающий его внешний и внутренний диаметры, а также длину слоя намотки,

l — длина провода, м.

Рис. 5.11 Относительные размеры бобины, используемой для намотки воздушной катушки индуктивности (в соответствии с приведенной формулой Таила)

Формула приводится с числовыми коэффициентами для частного случая, так как провод для катушки имеет стандартизованные значения диаметра, а величина сопротивления катушки не оказывает большого влияния на получаемый результат.

Если сопротивление будет отличаться от необходимого значения, следует использовать провод с другим поперечным сечением.

Естественно было бы выполнять все расчеты с использованием персонального компьютера, поэтому ниже приводится программа, написанная на языке QBASIC (хотя основное уравнение может быть с не меньшим успехом решено с использованием широкоформатных таблиц).

CLS

L = 1

PRINT «This program designs air-cored copper»

PRINT «wire coils according to the Thiele»

PRINT «formulae. L is in micro henries, d (wire»

PRINT «diameter) is in mm»

PRINT

PRINT «To quit, input L = 0.(1/2))*100\1)/100

PRINT

PRINT «You need»; N; «turns on a core of»; 2*c; «ram in diameter,»; c; «mm thick.»

PRINT «It will use»; Q; «meters of wire, and»

PRINT «will have a resistance of»; R; «Ohms.»

PRINT

LOOP

Эксперименты вскоре показали, что катушки индуктивности без магнитного сердечника имеют высокое сопротивление, и что они очень большие по своим размерам. Проблема сопротивления остается общей для всех катушек индуктивности и является основной причиной, определяющей неидельность их характеристик. Применение воздушных катушек индуктивности не ограничивается только кроссоверами громкоговорителей, но они также широко применяются в выходных фильтрах цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), в которых сопротивление обмотки не является определяющим фактором. Также катушки без сердечников получили широкое применение в радиочастотной технике.

Следует отметить, что в связи с используемыми упрощающими допущениями (не учитывается эффективность намотки, изменения диаметра провода и т. д.), использование данной формулы не позволяет получить точные результаты. В силу этого, рекомендуется при расчетах предусмотреть 5% увеличение параметров, а затем удалять витки с катушки, измеряя значение индуктивности с использованием измерительного моста.

В большом количестве измерительных мостов используется генератор, имеющий собственную частоту 1 кГц. При измерении индуктивности воздушных катушек относительно высокое значение сопротивления может подавить влияние индуктивной составляющей, в силу чего при измерениях с использованием мостовой схемы можно получить неверный результат. Если возможно для питания схемы моста использовать внешний источник переменного тока, то рекомендуется применять максимальное значение частоты, которое допускается использовать производителями измерительных мостов (как правило, частота составляет 20 кГц), что позволит более точно выполнить необходимые измерения.

Броневые сердечники с зазором

Одним из путей уменьшения сопротивления без внесения заметных искажений является использование катушки, в которой имеется магнитный сердечник с зазором. Магнитный сердечник с зазором значительно увеличивает индуктивность по сравнению с воздушной катушкой индуктивности. Однако так как воздушный зазор образует сравнительно высокое сопротивление для распространения магнитного потока, то он приглушает изменения в относительной магнитной проницаемости магнитного сердечника, имеющего низкое значение сопротивления магнитному потоку, в силу чего индуктивность катушки становится более стабильной. При увеличении величины зазора величина индуктивности снижается, и при увеличении зазора до бесконечно большого значения опять будет наблюдаться предельный случай катушки индуктивности без магнитного сердечника. Подобная конструкция была много лет назад использована отделом исследований Британской радиовещательной корпорации (Би-би-си) в катушках индуктивности кроссоверов пассивных громкоговорителей.

Катушка индуктивности с магнитным сердечником, имеющим зазор, может получиться совершенно непреднамеренно. Большое количество ферритовых сердечников, используемых для небольших катушек индуктивностей, изготавливаются в виде двух половинок, которые устанавливаются снаружи катушки и сопрягаются друг с дружкой наворачиванием половинок. Наличие пыли на сопрягаемых поверхностях приводит к увеличению зазора, и если половинки сердечника во время измерений индуктивности катушки плотно прижать одну к другой, то можно будет получить значительное увеличение индуктивности.

Если по индуктивности будет протекать постоянный ток, то очень важно, чтобы постоянный ток не вызвал переход материала сердечника в область насыщения, так как в этом случае значение индуктивности резко уменьшится, а сердечник будет сильно разогреваться. Катушки индуктивности, в которых сердечники изготовлены из железа и по катушкам которых протекают постоянная составляющая тока, обязательно имеют воздушные зазоры, для того, чтобы обеспечить максимальное значение индуктивности при максимальном значении переменного тока. При этом следует учитывать, что так как в области воздушного зазора происходит рассеяние магнитного потока, вызванного протеканием переменной составляющей, такие катушки индуктивности могут сильно влиять на соседние цепи схемы, вызывая в них паразитные наводки.

Собственная емкость катушек индуктивности

Если обмотка катушки индуктивности содержит большое количество витков, и существует разность потенциалов между отдельными витками и слоями витков, то следует ожидать, что катушка тесла будет иметь некоторую емкость, которая будет включена параллельно индуктивности самой катушки (рис. 5.12).

Рис. 5.12 Эквивалентная схема замещения реальной катушки индуктивности

Таким образом, возникает хорошо знакомая цепь с параллельным резонансом а это означает, что как только частота превысит резонансную, катушка индуктивности перестанет вести себя как индуктивность, а начнет проявлять свойства конденсатора. Самый простой способ определить величину такой паразитной емкости, это собрать тестовую схему (рис. 5.13).

Рис. 5.13 Использование фигур Лиссажу для определения частоты собственного резонанса катушки индуктивности

В осциллографе необходимо произвести переключение в режим работы с использованием и вертикального, и горизонтального входов «XY». При изменении частоты генератора получаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу будут изменяться от эллипса до прямой линии. Как раз та частота, при которой будет наблюдаться прямая линия, и будет соответствовать резонансной частоте катушке индуктивности.

 

Если необходимо, то можно будет рассчитать значение шунтирующей емкости, используя нижеприведенное выражение:

Мощные дроссели (катушки фильтров выпрямителей и т. п.), предназначенные для небольших ламповых усилителей, имеют, как правило, индуктивность 10—15 Гн и рассчитаны на токи 100—250 мкА. Для таких дросселей резонансная частота составляет от 3 до 12 кГц. На частотах, превышающих значение резонансной, дроссели не могут обеспечить эффективный барьер для шумов, генерируемых при выпрямлении переменного тока, или для ВЧ шумов, поступающих по сети питания.

Вопросы применения мощных дросселей будут рассмотрены позже.

 

Применение катушек индуктивности

Рассмотрев подробную классификацию катушек индуктивности и основных методов их намотки перейдём к рассмотрению примеров применения катушек индуктивности в различных узлах электронной и силовой аппратуры. В электронной и силовой аппаратуре применяются следующие виды катушек индуктивности:

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. Обычно контурные катушки в промышленной апаратуре заключают в экраны. В особо ответственной аппаратуре намотка подобных катушек производится посеребряным (или серебряным) проводом на керамическом основании с принудительным шагом. Данный тип намотки уменьшает паразитные параметры катушек индуктивности и повышает их стабильность и добротность. Внешний вид различных контурных катушек показан на рисунке 1.

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 (трансформации).

Вариометры. Это катушки индуктивности, 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. Устройство простейшего вариомета показано на рисунке 2.

Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента, а так же в качестве накопителя энергии в устройствах ПРА люминисцентных ламп старого образца. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали (Рисунок 3,а — левый столбец). На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя, феррита или без сердечника (Рисунок 3,б — правый столбец). Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.

Сдвоенные дроссели. (Дроссели со встречно-параллельной намоткой). Сдвоенные дроссели — это 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 (обычно ферритовое кольцо).

Дугогасящие реакторы. Дугогасящий реактор — это электрический аппарат, предназначенный для компенсации ёмкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). В сетях до 35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю применяют заземление нейтрали через дугогасящий реактор и такая сеть называется с компенсированной нейтралью. В сети с компенсированной нейтралью ток через реактор в нормальном режиме практически равен нулю (Протекает только ток смещения нейтрали). При замыкании на землю одной фазы реактор оказывается под фазным напряжении и через место замыкания протекает емкостной и индуктивный токи, которые компенсируют друг друга и дуга в месте замыкания не возникает. Пример обмотки дугогасящего реактора показан на рисунке 4.

Трансформаторы. Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем напряжений переменного тока в одну или несколько других систем напряжений, без изменения частоты. Трансформатор состоит из двух изолированных катушек индуктивности, размещенных рядом друг с другом. Входное напряжение переменного тока прикладывается к первичной обмотке и создает изменяющееся магнитное поле. Это поле взаимодействует со вторичной обмоткой, индуцируя в ней напряжение переменного тока. Примеры трансформаторов, используемых в РЭА приведены на рисунке 5.

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике. Схематическое устройство силового трансформатора, применяемого в электроэнергетике показано на рисунке 6.

применений индуктора

Подобно резисторам и конденсаторам, индукторы также являются пассивными элементами, которые используются для хранения электрической энергии в виде магнитного поля. Просто индуктор — это провод или катушка из хорошего электропроводящего материала с несколькими витками (витками) в нем.

Они будут создавать магнитный поток (поле) вокруг себя, протекая через него переменным током. Идеальный индуктор не имеет индуктивного сопротивления, поэтому действует как короткое замыкание. На практике каждая катушка индуктивности имеет внутреннее сопротивление, которое мы называем «индуктивным реактивным сопротивлением».

Измеряется в омах. Когда индуктивное сопротивление катушки очень велико, цепь действует как разомкнутая цепь и пропускает через нее максимальный ток. Индуктивность — это явление индуктивности, которое препятствует прохождению тока в цепи, генерируя обратную ЭДС. Эта индуктивность измеряется в Генри.

Катушки индуктивности

бывают разных типов, например, с воздушным сердечником, с железным сердечником, парные или дифференциальные, и многие другие. Исходя из требований, индукторы находят множество применений в электрической передаче.

Катушки индуктивности в настроенных схемах

Катушки индуктивности используются в схемах настройки, которые используются для выбора желаемой частоты. В настроенной схеме у нас есть конденсатор, подключенный вместе с катушкой индуктивности либо параллельно, либо последовательно. Частота схемы настройки, при которой емкостное реактивное сопротивление равно индуктивному реактивному сопротивлению (XC = XL), называется «резонансной частотой».

Последовательные резонансные цепи используются во многих электронных схемах, таких как телевидение, схемы настройки радио и фильтры для изменения частоты и выбора различных частотных каналов.

Индуктивные датчики

Катушки индуктивности используются в датчиках приближения, которые работают по принципу индуктивности. Мы знаем, что индуктивность — это явление, при котором магнитное поле, создаваемое в катушке, будет противодействовать протеканию в ней тока. Таким образом, индуктивность ограничивает ток и снижает производительность схемы.

Для повышения производительности нам необходимо усилить ток в цепи. Мы используем датчики приближения, чтобы определить уровень коэффициента усиления, при котором нам нужно усилить ток.

Изготовители конструируют датчики, скручивая провод в тугую катушку. Индуктивный датчик приближения состоит из 4 компонентов; они представляют собой индуктор или катушку, генератор, цепь обнаружения и выходную цепь.

В индуктивном датчике приближения колеблющееся магнитное поле создается генератором вокруг обмотки катушки, которая расположена на чувствительной поверхности устройства.

Когда объект движется в зоне индуктивной близости зоны обнаружения, в металлическом объекте начинают накапливаться вихревые токи, которые уменьшают магнитное поле индуктивного датчика.

Сила генератора контролируется схемой обнаружения, и выходной сигнал запускается из выходной схемы, когда колебания ниже достаточного уровня.

Индуктивный датчик приближения — это бесконтактный датчик, очень надежный в эксплуатации. Индуктивные датчики используются на светофорах для определения плотности движения.

Устройства накопления энергии

Мы можем хранить энергию в пассивных элементах, таких как конденсаторы и катушки индуктивности. Индукторы могут хранить энергию в течение ограниченного времени.Поскольку индукторы хранят энергию в виде магнитного поля, она разрушится, когда мы отключим источник питания.

Катушки индуктивности работают как накопители энергии в импульсных источниках питания (обычно мы используем в наших компьютерах). В источниках питания этого типа коэффициент выходного напряжения зависит от времени зарядки индуктора.

Асинхронные двигатели

Широко известное применение индукторов — это асинхронные двигатели. В этих асинхронных двигателях или асинхронных двигателях индукторы находятся в фиксированном положении, и они не могут перемещаться в близлежащем магнитном поле.

Асинхронные двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Вал в двигателях будет вращаться из-за магнитного поля, создаваемого переменным током.

Скорость двигателя фиксированная, так как она зависит от частоты мощности, подаваемой от источника. Поэтому мы используем индукторы в этих двигателях, чтобы контролировать скорость, подключая их последовательно или параллельно валу. Эти асинхронные двигатели очень надежны и прочны.

Трансформаторы

Трансформатор

— еще одно популярное применение индукторов.Комбинируя индукторы общего магнитного поля, мы можем спроектировать трансформатор. Трансформатор является основным и фундаментальным компонентом системы передачи электроэнергии.

Они используются для увеличения или уменьшения мощности в линиях передачи до необходимого уровня, как повышающие и понижающие трансформаторы соответственно. В трансформаторах индуктор (провод) намотан на сердечник как первичную, так и вторичную обмотки.

Полное сопротивление катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты питания.Полное сопротивление, создаваемое в катушке индуктивности, ограничивает эффективность трансформатора. Как правило, трансформаторы на основе индуктивности ограничены очень низкими рабочими значениями.

Индуктивные фильтры

Катушки индуктивности и конденсаторы используются для формирования фильтров. Фильтры — это электронные устройства, которые используются для ограничения частоты входного сигнала, поступающего в схему. Существует много типов фильтров, таких как фильтр низких частот, фильтр высоких частот, полосовой фильтр, режекторный фильтр и т. Д., Которые разработаны с использованием катушек индуктивности.

С увеличением частоты увеличивается и сопротивление катушки индуктивности. Тогда свойства фильтра будут меняться в зависимости от значения импеданса. Существует множество топологий фильтров, которые мы можем создать с помощью катушек индуктивности.

Дроссели

Катушки индуктивности также используются как дроссели. Мы знаем, что индукторы будут создавать противоположный ток, когда через них протекает переменный ток. Это означает, что катушки индуктивности будут подавлять переменный ток и пропускать постоянный ток.Это свойство индукторов используется в цепях питания, где переменный ток необходимо преобразовать в постоянный.

Ферритовые пластины

Обычно мы видим ферритовые слои в компьютерных кабелях, мобильных зарядных устройствах и т. Д. В этих ферритовых слоях используются индукторы для уменьшения радиочастотных помех, создаваемых кабелями.

Реле

Реле похоже на электрический выключатель. Он использует катушку индуктивности для управления током в ней. Когда переменный ток протекает через катушку индуктивности реле, он создает магнитное поле, которое воздействует на контакты переключателя.

Различные типы катушек индуктивности и их применение

В любой конструкции электронной схемы есть только три основных компонента — резистор, конденсатор и катушка индуктивности. Мы уже рассмотрели введение в резистор и его различные типы, а также рассмотрели конденсаторы и его различные конфигурации. В этом руководстве мы узнаем о различных типах индукторов и о том, как выбрать индуктивность для различных приложений.

Что такое индуктор?

Катушки индуктивности часто называют «сопротивление переменному току». Основной характеристикой индуктора является его способность противостоять изменениям тока и накапливать энергию в виде магнитного поля. Стандартной единицей индуктивности является генри.

Типы индукторов

В зависимости от области применения существует множество типов индукторов, они бывают различных форм-факторов, есть высокочастотные индукторы, низкочастотные индукторы линий электропередачи и некоторые специально разработанные индукторы для развязки и фильтрации приложений, ниже мы обсудим различные типы индукторов в деталях.

Индуктор с ламинированным сердечником

Строительство

Элементы индуктора с многослойным сердечником состоят из бобины, многослойного сердечника и катушки, намотанной вокруг бобины.

Для изготовления индуктора с многослойным сердечником проволока наматывается на катушку индуктора, затем пластины E и I помещаются внутри катушки одну за другой, чтобы сформировать сердечник, эти листы E и I изготовлены из стали с высокой содержание кремния и его термообработка для обеспечения высокой проницаемости и снижения гистерезиса и потерь на вихревые токи.

Приложения

• Бортовое зарядное устройство для электромобилей
• Линейный и шумовой фильтр
• Дроссели фильтров CH и CL сигнала

Примеры функций

• Индуктивность — от 0,12 мГн до 100 мГн
• Постоянный ток — от 1,0 АЦП до 200 АЦП
• Система изоляции — изоляция класса B, 130 ° C

Пример Номер детали

Индуктор с воздушным сердечником

Строительство

Взяв цилиндрический материал определенного диаметра (например, сверло) в качестве шаблона, мы можем намотать кусок проволоки, чтобы сделать индуктор с воздушным сердечником, кроме того, индуктивность можно стабилизировать, окунув индуктор в лак или закрепив его. воск.

Материал сердечника — воздух, поэтому он имеет низкую проницаемость, следовательно, меньшую индуктивность, поэтому его можно использовать для высокочастотных приложений.

Приложения

• Используется для создания катушек настройки RF.
• Индуктор с воздушным сердечником используется в цепях фильтров.
• Демпферная цепь.
• Используется для обеспечения более низкой пиковой индуктивности,
• Используется в высокочастотных приложениях, включая теле- и радиоприемники

Примеры функций

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

Пример Номер детали

Индуктор с ферритовым сердечником

Строительство

Если намотать кусок провода вокруг ферритового сердечника, получится индуктор с ферритовым сердечником. Итак, , что такое ферритовый сердечник и когда мы должны его использовать?

Смешивание оксида железа (Fe2O3) в сочетании с оксидами других металлов, такими как (Mn), цинк (Zn) или магний (Mg), при температуре от 1000 ° C до 1300 ° C приведет к получению материала с очень интересными магнитными свойствами, называемого ферритом. .

Катушки индуктивности

с ферритовым сердечником обладают высокой магнитной проницаемостью, высоким электрическим сопротивлением и низкими потерями на вихревые токи. Эти характеристики делают их пригодными для многих высокочастотных приложений.

Приложения

• Может использоваться на высоких и средних частотах
• Используется в цепи переключения
• Pi Фильтры

Примеры функций

• Запатентованные ферритовые материалы 5H и 10H и аналогичные
• Подходит для диапазона ≥ 150 кГц
• Диапазон рабочих температур от −25 ° C до + 120 ° C
• UL 94 V – 0 огнестойкость для основы и бобины

Пример Номер детали

Индуктор катушки

Строительство

Намотка отрезка проволоки в специально изготовленную цилиндрическую бобину и закрепление ее термоусадочной трубкой образует индуктор бобины.

Материал сердечника — феррит, поэтому по своим свойствам он аналогичен индуктору с ферритовым сердечником. Небольшой размер делает их пригодными для использования в таких приложениях, как адаптеры питания.

Заявки:

• Схема SMPS
• Входной и выходной фильтр
• Pi Фильтр

Примеры функций

• Стандартная первичная индуктивность +/- 10%
• Доступны в вертикальном исполнении
• Диэлектрическая прочность между катушкой и сердечником 0.5 кВ

Пример Номер детали

Индуктор с тороидальным сердечником

Строительство

Проволока, намотанная на сердечник в форме пончика, широко известна как индуктор с тороидным сердечником. Материал сердечника — феррит, поэтому свойства материала напоминают катушку индуктивности с ферритовым сердечником.

Этот тип сердечника может очень хорошо сдерживать магнитное поле из-за своей природы замкнутого контура, таким образом улучшая размер и индуктивность.

Из-за сильного магнитного поля и высокого значения индуктивности при меньшем количестве обмоток полное сопротивление намного меньше, что помогает повысить эффективность катушки индуктивности.

Приложения

• Медицинское оборудование
• Импульсные регуляторы
• Промышленные контроллеры
• Выходные фильтры (SMPS)

Примеры функций

• 560 мкГн ± 15% при 10 кГц / 5 мА
• 77 мОм ± 10% (макс.) @ Ta = 25 ° C

Пример Номер детали

Осевые индукторы / Цветные кольцевые индукторы

Строительство

Для изготовления этого типа индуктора очень тонкий медный провод наматывается на ферритовый сердечник в форме гантели, и две крышки соединяются вверху и внизу сердечника гантели. После этого он проходит процесс формования (зеленый материал, окружающий индуктор), где значения печатаются в виде цветных полос, поэтому мы можем определить значение индуктора, просто считывая цветные полосы и сравнивая их с таблицей цветовых кодов, как и резистор.

Приложения

• Сетевой фильтр
• Конструкция фильтра
• Повышающий преобразователь
• Общий

Примеры функций

• Повышение температуры — 35 ° C
• Диапазон рабочих температур от -55 ° C до +105 ° C
• Диапазон температур хранения от -55 ° C до +105 ° C
• Уровень чувствительности к влаге — 1

Пример Номер детали

Экранированный индуктор для поверхностного монтажа

Строительство

Он построен путем наматывания отрезка провода в цилиндрическую бобину и закрепления его в специально изготовленном ферритовом корпусе в форме экранированного индуктора для поверхностного монтажа.

Эти индукторы специально разработаны для приложений, монтируемых на печатные платы, и экранирование предназначено для уменьшения электромагнитных помех и шума от индуктора, а также для возможности использования в конструкции с высокой плотностью.

Приложения

• КПК / ноутбук / настольный компьютер / серверные приложения
• Сильноточные преобразователи POL
• Низкопрофильные сильноточные источники питания
• Устройства с батарейным питанием
• Преобразователи постоянного тока в постоянный в распределенных энергосистемах
• Преобразователь постоянного тока в постоянный для программируемой вентильной матрицы (ПЛИС)

Примеры функций

• Экранированная конструкция
• Диапазон частот до 5.0 МГц
• Самый низкий DCR / мкГн, в этом размере упаковки
• Обрабатывает сильные всплески переходного тока без насыщения
• Сверхнизкий шум жужжания благодаря композитной конструкции

Пример Номер детали

Катушки для беспроводной зарядки

Строительство

Намотка многожильного провода и вставка его в ферритовый электрод приведет к созданию беспроводной зарядной катушки.

Длина многожильного провода используется для уменьшения скин-эффекта, который описывает высокочастотное магнитное поле, которое может проникать на определенную глубину; это означает, что если в этом случае используется сплошной провод, большая часть тока будет проходить через внешняя часть проводника, увеличивающая сопротивление.

Поместив ферритовую пластину под катушку, можно улучшить индуктивность, а также сфокусировать магнитное поле и снизить выбросы.

Приложения

• Беспроводная зарядка
• Информационно-коммуникационные продукты
• Продукция промышленного, медицинского и прочего назначения

Примеры функций

• Ls [uH]: 6,20 мкГн +/- 5% при 100 кГц
• Rs [Ом]: 0,095 Ом +/- 10% при 100 кГц
• Rdc [Ом]: 0.08 Ом

Пример Номер детали

Спаренный индуктор

Строительство

Обмотка двух проводов в общий сердечник образует спаренный индуктор. Обмотки могут быть соединены последовательно, параллельно или как трансформатор, в соответствии с требованиями приложения, они работают, передавая энергию от одной обмотки к другой за счет взаимной индуктивности, наиболее распространенные связанные индукторы имеют соотношение витков один к одному, используемое в основном постоянном токе. -Преобразователи постоянного тока.

Приложения

• Обратный преобразователь
• Преобразователь SEPIC
• Преобразователь Cuk

Примеры функций

• Диапазон рабочих температур от -50 ° C до + 155 ° C
• Повышение температуры, максимум 40 ° C
• Рабочая частота до 3 МГц

Пример Номер детали

Многослойные чип-индукторы

Строительство

Само название говорит о том, что он состоит из многослойных.Он построен из тонких пластин из феррита. Рисунок катушки напечатан на нем специальной металлической пастой (рецепт является конфиденциальным для производителя), правильное размещение этих листов один за другим образует катушку, следовательно, индуктивность.

Приложения

• Маленькое носимое приложение
• Беспроводные локальные сети
• Bluetooth
• SBC
• Материнская плата

Примеры функций

• Рабочая температура: от -55 ° C до +125 ° C
• Термический удар: от -40 ° C до +85 ° C
• Влажность: 90% относительной влажности при 40 ° C

Пример Номер детали

Экранированный индуктор переменного тока

Строительство

Обернув кусок проволоки вокруг бобины полого цилиндра, а также поместив и перемещая сердечник, сделанный из ферромагнитного материала или латуни, мы можем изменить номинал индуктора.

Если материал сердечника — феррит, то перемещение материала сердечника в центре обмотки приведет к увеличению индуктивности.

Если материал сердечника — латунь, то перемещение его к центру обмотки приведет к уменьшению индуктивности.

Приложения

• Высокая надежность соответствует автомобильным приложениям.
• Соответствует AEC-Q200.

Примеры функций

• Диапазон частот ： 20 ～ 129 МГц
• Диапазон индуктивности 0.05 ～ 2,7 мГн
• Q Прибл. 20 ～ 60
• Высокая устойчивость к механическим воздействиям

Пример Номер детали

Итак, это все о наиболее часто используемых индукторах в области электротехники и электроники. Есть много других типов индукторов, которые не являются распространенными и используются для специальных целей.

15 применений индукторов — все применения

Катушка индуктивности — это пассивный электрический компонент с двумя выводами.Он накапливает энергию вокруг магнита, когда через него протекает ток. Изолятор состоит из изолированного провода, намотанного вокруг сердечника. Его функционирование зависит от потока валюты, и когда существует непрерывность потока электрического тока через изменения индукции, магнитное поле генерирует электромагнитное поле в проводнике. Изолятор характеризуется индуктивностью, значениями и магнитопроводом. Индуктивность — это характеристика электрического проводника, такого как индуктор, который вызывает появление электродвижущей силы в результате изменения текущего текущего тока.Значения в индукторе также важны и редко обозначаются как от 1 мкГн (10-6 H) до 20 H. Магнитный сердечник, хотя он присутствует во всех индукторах, присутствует во многих из них и сделан из железа вместо катушки. Его функция заключается в увеличении магнитного поля внутри индуктора и используется в переменном токе. Существуют различные применения индукторов, таких как индукторы с воздушным сердечником, формованные индукторы и индукторы из железного порошка, в зависимости от того, что составляет магнитный сердечник. Ниже обсуждаются различные применения индукторов, но их основная функция заключается в хранении электрической энергии в форме магнитного поля.Однако самая большая проблема, связанная с индукторами, заключается в их размере и большем весе по сравнению с другими электронными компонентами.

1. Схема настройки

Подстройка контуров с помощью индукторов позволяет выбирать нужную частоту. Конденсаторы используются вместе с катушками индуктивности в электронных устройствах, таких как телевизоры и радиоприемники, для изменения и выбора частоты.

2. В качестве трансформаторов

В этом случае несколько катушек индуктивности объединяются в трансформатор, если они имеют общее магнитное поле.Трансформатор позже используется в системе передачи энергии для увеличения и уменьшения передачи энергии.

3. Накопитель энергии

Катушки индуктивности являются надлежащими формами хранения энергии, хотя и на короткий период, потому что к моменту отключения источника питания энергия, накопленная в виде магнитного поля, исчезнет. Лучшее применение этого использования индукторов можно найти в компьютерах, которые зависят от источника питания.

4.Как датчики

Надежность индуктивных датчиков приближения в их работе можно объяснить тем, что индукция является основным принципом их изготовления. Магнитное поле в катушке и поток электрического тока в этих датчиках противостоят друг другу, что облегчает их работу. Эти датчики используются для определения интенсивности движения на светофоре.

5. В качестве ферритовых слоев

Применение ферритовых слоев очевидно в мобильных зарядных кабелях, а также в некоторых частях компьютеров.Роль индукторов в ферритовых слоях заключается в уменьшении частоты радиоинтерфейса, создаваемого кабелями.

6. Использование в дросселях

Термин «дросселирование» индуктивности происходит от блокировки, которая имеет место на высоких частотах при прохождении низких частот из-за встречного протекания тока в индукторах. Этот механизм используется в источниках питания, которые включают преобразование переменного тока в источник постоянного тока.

7. Использование в асинхронных двигателях

Причина вращения вала в асинхронных двигателях — это магнитное поле, создаваемое переменным током.Индукторы в этих двигателях действуют как регуляторы скорости, потому что это полностью зависит от частоты источника питания.

8. Используется в качестве фильтров

Для использования катушек индуктивности в качестве фильтров необходимо, чтобы они были объединены с конденсаторами. Эти фильтры регулируют частоту входного сигнала, поступающего в схему. Частота питания и полное сопротивление катушек индуктивности прямо пропорциональны друг другу, так что увеличение одного приводит к увеличению другого и наоборот.

9. Использование в качестве реле

Реле работают так же, как электрические переключатели. Когда катушка индуктивности вставлена ​​в переключатель, магнитное поле создается каждый раз, когда есть контакт между переключателем и потоком переменного тока.

10. Контроллер сигналов

Когда индукторы управляют сигналами, это означает, что шум устраняется или пропускаются только полезные сигналы. Для правильной работы катушки необходимо учитывать частоту сигнала.Это связано с тем, что при высоких частотах сигнал будет передаваться труднее, чем при низких частотах.

11. Шумопоглотитель

Когда электрический ток течет по проводнику, магнитные поля приобретают способность улавливать ненужный шум.

12. Предельные токи короткого замыкания

Дроссели используются для ограничения токов короткого замыкания и токов переключения.

13. Производство магнитных потоков высокой плотности

Обычно это возможно с индукторами с воздушным сердечником.Индукторы с воздушным сердечником обеспечивают прохождение магнитного потока с высоким сопротивлением, что приводит к минимальной индуктивности.

14. Частотные приемники

В индукторах с воздушным сердечником используются катушки большего размера. Эти катушки создают высокую плотность, которая используется в высокочастотных устройствах, таких как телевизионные и радиоприемники.

15. Стабилизация напряжения

Без медного провода, намотанного на индукторы, вырабатывается больший электрический ток, что может сделать всю систему нестабильной.Вот почему индукторам доверяют стабилизацию вольт.

Катушки индуктивности

(Часть 2) — Типы и применение

Мы продолжаем работу в разделе 7.1 и рассматриваем типы индукторов и их применение. Все индукторы в некоторых отношениях похожи. Все они обладают индуктивностью, самоиндуцированным напряжением и противодействуют изменениям тока. Это три общие характеристики всех катушек индуктивности. Они обладают индуктивностью, имеют самоиндуцированное напряжение и противодействуют изменениям тока.

Катушки индуктивности

делятся на фиксированные и регулируемые. Здесь мы видим схематический символ. Здесь у нас есть фиксированный индуктор, а здесь — регулируемый провод. Используемые материалы сердечника включают железо, порошковое железо и феррит. Ферритовый шарик, некоторые из которых есть в вашем тексте, используются для добавления индуктивности и сопротивления. Они бывают самых разных размеров и форм. Ферритовые компоненты обычно имеют отверстие, через которое можно вставить провод или компонент с выводами.Они добавляют к проводу последовательную индуктивность и сопротивление и замечают это на высоких частотах. Именно здесь в первом разделе мы упоминали, как их можно использовать для подавления нежелательных высоких частот. Это одно приложение, в котором это произойдет.

Ферритовые бусины

Одно из наиболее распространенных применений ферритовых бусинок — это компьютерные кабели, когда они надеваются на кабель во время изготовления кабеля или защелкиваются вокруг кабеля двумя частями после того, как кабель был изготовлен.Они видны в кабелях мышей, клавиатуры и монитора. Кабели могут действовать как антенны, создавая помехи для аудио и видео радио и телевидения. Они также могут принимать сигналы, которые могут мешать работе компьютера. Здесь мы видим это кабель от монитора компьютера. Вы заметили, что это конец, который подключается к компьютеру. Вот и наши ферритовые бусины. Они будут использоваться для ослабления и удаления высоких частот, исходящих из компьютера, или тех, которые могут накапливаться в кабеле, поскольку кабель может действовать как антенна.Ферритовые бусины работают за счет уменьшения радиочастотного интерфейса, создаваемого этими кабелями. Помехи могут исходить от нескольких различных источников, которые, в любом случае, используются ферритовые шарики для уменьшения этих высокочастотных сигналов.

Катушки индуктивности серии

и параллельные

Катушки индуктивности можно соединять вместе как резисторы. При использовании индукторов необходимо учитывать индуктивность и индуктивное сопротивление. Вот схема. Это очень похоже на схемы, которые мы рассматривали ранее с резисторами, где у нас были резисторы, включенные последовательно, а здесь у нас есть индукторы, включенные последовательно.

Катушки индуктивности серии

комбинируются, обратите внимание на примечание здесь, как и у последовательных резисторов. Если бы мы указали здесь индуктивности, они складываются так же, как и в случае сопротивления. Допустим, это 100 мГн, может быть, это 200 мГн, а может быть, это 300 мГн. Если бы мы сложили их, в этой цепи была бы индуктивность 600 мГн. Последовательные индуктивные сопротивления могут быть найдены путем суммирования индивидуальных реактивных сопротивлений. Здесь у нас есть индивидуальные индуктивности, но мы не знаем, что такое реактивные сопротивления, и мы не смогли бы этого сделать, если бы не знали, какова частота нашего источника сигнала.

Помните, мы делали это раньше. Мы сказали, что индуктивное реактивное сопротивление в два раза превышает частоту в пи, которая здесь не указана. В этом случае, если бы здесь было L1, умноженное на 100 мГн, это дало бы нам значение X, равное L в омах. Мы могли бы сделать это для 200 и 300. Мы могли бы вычислить индуктивное реактивное сопротивление каждого, а затем сложить их, чтобы получить общее реактивное сопротивление. Вероятно, более простой способ сделать это или разумный быстрый способ сделать это — сказать, что X of L равно двум умноженным на 3.14, который равен пи, умноженный на любую частоту, а затем умножьте это на общую индуктивность цепи, и это даст нам общее реактивное сопротивление в омах. Они будут складываться так же, как в цепи последовательного сопротивления.

Параллельные индуктивности

Параллельно подключенные индуктивности делят протекающий в них ток. У вас есть источник тока, и ток будет проходить через него, и он будет отделен от источника. Индуцированное напряжение для данной катушки индуктивности будет ниже для каждой из отдельных катушек индуктивности по сравнению с приложенным током.Полная индуктивность в параллельной конфигурации определяется следующим образом: Здесь мы вычисляем, какова индуктивность всей этой цепи. Помните, что это то, что мы рассматривали до этого, было серией, а это — параллельно. Если бы мы просто поместили здесь некоторые значения, давайте просто скажем, что мы будем вводить то же самое, а не 3000, 300. Мы скажем, что 100, 200 и 300 — это индуктивность каждой из этих катушек индуктивности. Если бы мы использовали эту формулу здесь, если вы посмотрите на эту формулу, она очень похожа на формулу, которую мы использовали для расчета параллельного сопротивления.Не знаю, помните ли вы, но при параллельном сопротивлении мы обнаружили, что параллельное сопротивление будет меньше наименьшего компонента. Если бы мы пошли дальше и решили это, мы бы нашли, а если бы были, я думаю, мы могли бы просто нарисовать это прямо здесь, если бы мы суммировали индуктивность всех трех из них, мы бы обнаружили, что она была бы меньше 100.

Параллельное индуктивное сопротивление

При параллельном подключении индуктивных сопротивлений полное индуктивное сопротивление меньше наименьшего индивидуального реактивного сопротивления.Это то же самое, что мы только что рассматривали, когда рассматривали индуктивность, только теперь мы смотрим на индуктивное реактивное сопротивление. Параллельное индуктивное реактивное сопротивление рассчитывается по этой формуле. Опять же, это та же самая формула, которую мы использовали для сопротивления. Если бы мы просто изменили это на R, R, R и R, это была бы та же самая формула. Это очень, очень похоже в другом отношении, когда формула такая же, и на самом деле значения, на которые мы смотрим, очень тесно связаны. Поскольку помните, что мы смотрели на сопротивление, оно измерялось в омах, а здесь индуктивность, помните, что эти реактивные сопротивления также измеряются в омах.Просто реактивное сопротивление будет функцией частоты. Тогда в индуктивных условиях эта частота может изменяться в зависимости от частоты, но формула для расчета реактивного сопротивления, которое измеряется в омах, является точно такой же формулой.

Параллельная цепь индуктивности

Вот схема. Это схема, которую вы можете построить в Workbench. Фактически, я построил эту схему в Workbench. Я скопировал и вставил сюда. Я просто хотел бы сделать здесь несколько вычислений.Мы рассчитаем параллельную индуктивность, а затем рассчитаем реактивное сопротивление в этой цепи в целом. Приведем к нашему маленькому калькулятору. Прежде всего, рассчитаем параллельную индуктивность. Помните, что это та же формула, которую мы использовали для определения сопротивления, 100 милли, то есть то же самое, что и 0,1. Мы спустимся сюда и скажем 0,1, а затем мы сделаем функцию переопределения, и мы добавим это, и здесь у нас есть 0,2, 0,2 и снова, один лишний, а затем плюс 0,3, 0,3. и один больше, и тогда будет 18.33. Затем мы выполним здесь функцию «один поверх». Здесь у нас индуктивность. Это параллельная индуктивность, поэтому вы заметите, что параллельная индуктивность меньше самой маленькой составляющей.

У нас есть, давайте просто округлим это до 54,5, и мы отметим, что 54,5 мГн. Мы можем перерисовать эту схему. Мы могли бы сказать, что это наш источник сигнала, и у нас индуктивность 55,4, и это источник на один вольт на частоте 1 кГц. Если бы мы собирались рассчитать реактивное сопротивление этой цепи, то мы бы сказали, давайте посмотрим, мы бы начали с двух умноженных на 3.14, который равен пи, умноженному на частоту, равную 1000, один кГц, умноженную на индуктивность, равную 54,5 мГн. Давайте возьмем калькулятор и посмотрим, что у нас получится. Мы бы сказали, что дважды умножаем на 3,14 частоту на 1000 умноженных на 54,5 мГн, 54,5, давайте посмотрим экспоненту минус три равных, и мы получим 342,2 Ом, 342 Ом. Это будет наше значение, которое мы назовем X of L. Оно представляет собой полное реактивное сопротивление цепи.

Как мы можем это проверить, чтобы увидеть, действительно ли это правильный ответ? Когда я проводил моделирование с этой схемой, обратите внимание, что я вставил измеритель в схему и измерил ток.Я просто ввел значение, равное 2,917 миллиампера. Поскольку индуктор по своему сопротивлению действует подобно резистору, мы могли бы использовать закон Ома, чтобы убедиться, что это действительно правильный ответ. Мы можем использовать любую область, потому что мы знаем напряжение, мы знаем ток, мы знаем причину. Для этого мы могли бы использовать любой вариант закона Ома. Если мы говорим, что напряжение, разделенное на сопротивление, должно равняться току. У нас напряжение единица, сопротивление 342, посмотрим, что у нас получится. Давайте возьмем наш калькулятор и скажем, что один вольт разделен на 342, и это должно быть равно 2.92. Это очень близко к нашей ценности здесь. Это подтверждает, что наш ответ на самом деле правильный.

Анализ индуктивных цепей

При вычислении напряжений и токов в индуктивной цепи используются те же принципы, что и для резистивных цепей, с использованием вариаций закона Ома. Я только что упомянул их на предыдущем слайде, но это формулы закона Ома. Единственное отличие состоит в том, что если X на L здесь будет R. Помните, что ток равен напряжению, деленному на X L.Это то же самое, что ток равен напряжению, разделенному на сопротивление, что мы делали раньше. Напряжение равно, в этом случае, ток, деленный на X L или ток, умноженный на X of L, часть шляпы будет равна току, умноженному на сопротивление по закону Ома. Тогда здесь у нас X of L равно VL над IL, а в законе Ома сопротивление равно напряжению, деленному на ток.

Мы собираемся завершить этот сеанс расчетом падения напряжения на катушке индуктивности. Есть несколько способов сделать это.Вот еще одна схема из Electronics Workbench. У нас есть среднеквадратичное значение 500 мВ на частоте 200 кГц. У нас в цепи есть индукторы. Я уже вошел и рассчитал реактивные сопротивления. Эти 250 на этой конкретной частоте будут 314 Ом. Эта составляющая 100 мГн будет на уровне 125,6 с данной частотой. Учитывая это, мы можем применить основные правила делителя напряжения, которые мы сделали с резисторами. Мы могли бы сказать, как мы это сделали прямо здесь, 125,6, деленное на 125,6 плюс 314. Это даст нам отношение, умноженное на 0.5 вольт — это приложенное напряжение, которое даст нам 142,8 мВ.

По-другому, индуктивности тоже пропорциональны. Мы могли бы просто сказать 100 мГн больше 100 плюс 250 умножить на 0,5, и мы получили бы такое же значение, потому что это дало бы такое же соотношение, как это, и мы получили бы тот же ответ.

Это был взгляд на индуктивности в цепях. Это последовательная схема, а затем мы рассмотрели, как те же принципы, которые применяются к закону Ома, будут применяться к индуктивности, особенно к индуктивному реактивному сопротивлению.Затем мы выполнили некоторые расчеты с параллельной индуктивностью и рассчитали реактивное сопротивление в цепи. Мы рассмотрели параллельные реактивные сопротивления, параллельные индуктивности и последовательно включенные индуктивности. Мы говорили о ферритовых бусинах. В вашем тексте нет подробностей, о которых я упоминал здесь, но я хотел поднять это просто потому, что это обычное приложение, в котором вы увидите использование ферритовых шариков.

Видеолекции, созданные Тимом Фигенбаумом в Общественном колледже Северного Сиэтла.

Обзор индукторов | Типы, применения и доля на мировом рынке индукторов

Катушки индуктивности имеют дело с напряжением и током, когда катушка индуктивности измеряет изменение тока в зависимости от приложенного к ней напряжения.Ток возрастает, когда напряжение подается на катушку индуктивности.

Катушка индуктивности накапливает энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток. С другой стороны, это пассивный двухконтактный электрический компонент. Индуктор обычно состоит из изолированного провода, намотанного в катушку вокруг сердечника.

Для измерения индуктивности, т. Е. Способности катушки индуктивности накапливать энергию, необходимо оценить взаимосвязь между напряжением, приложенным к катушке индуктивности, и увеличением тока, которое оно вызывает.

Если индуктор содержит большее количество катушек, индуктивность также будет больше. Как правило, катушки с железными сердечниками имеют большую индуктивность, чем немагнитные или воздушные сердечники.

Широкий спектр результатов может быть достигнут для конкретных приложений с использованием нескольких различных типов катушек.

Магнитный поток внутри катушки равен Φ = µNAl i, где N — количество витков, A — площадь поперечного сечения катушки, а l — длина катушки (вокруг тороида).µ — это свойство материала, из которого изготовлен сердечник, которое называется его проницаемостью. Для свободного пространства (или воздуха): µ0 = 4π × 10−7 = 1,26 мкГн / м, для стали µ ≈ 4000 µ0 = 5 мГн / м.

Как работают индукторы?

Как и конденсаторы, индукторы по-разному реагируют как на цепи постоянного (постоянного тока), так и на переменный ток (переменный ток).

Катушки индуктивности и постоянного тока

Если сигнал постоянного тока проходит через катушку индуктивности, вокруг нее создается магнитное поле.Это магнитное поле можно использовать для различных функций.

Когда на катушку реле подается сигнал постоянного тока, магнитное поле, создаваемое индуктором, изменяет состояние реле с разомкнутого на замкнутое. Это основной принцип большинства электромагнитных переключателей (реле).

Катушки индуктивности и переменного тока

Если на индуктор подается сигнал переменного тока, он пытается создать магнитное поле. Однако, когда сигналы переменного тока изменяются с положительного (+) на отрицательный (-), магнитное поле вокруг индукторов меняет свое состояние.

Это изменение магнетизма или магнитного потока создает эффект, называемый ИНДУКТИВНОСТЬЮ. С другой стороны, индуктивные свойства индуктора определяются диаметром провода и количеством обмоток в индукторе.

Типы индукторов

Доступен широкий диапазон индукторов в зависимости от размеров и номиналов. Индукторы используются в электронике и в более широких областях применения, таких как устранение шума, стабилизация напряжения, управление сигналами, силовое электронное оборудование, автомобильные операции и т. Д.

Вот типы индукторов:

a) Связанные индукторы

Связанные индукторы обладают магнитным потоком, который зависит от других связанных между ними проводников. Связанные индукторы часто используются, когда требуется взаимная индуктивность.

Например, трансформатор — это один из типов связанной индуктивности, поскольку он используется для повышения или понижения напряжения.

б) Многослойные индукторы

Многослойная катушка индуктивности состоит из многослойной катушки, многократно намотанной вокруг сердечника.Эти катушки индуктивности имеют высокий уровень индуктивности, поскольку они имеют многослойную изоляцию между ними.

Если к катушке индуктивности добавить дополнительные слои спиральной проволоки, индуктивность будет увеличиваться помимо емкости между проводами.

c) Литые индукторы

Литые индукторы формуются с пластиковой или керамической изоляцией. Их часто используют в печатных платах.

г) Силовые индукторы

Силовые индукторы доступны в различных форм-факторах и уровнях мощности от индукторов для поверхностного монтажа.

Создаются сильные магнитные поля с силой тока, которой часто подвергаются силовые индукторы.

e) Индукторы с керамическим сердечником

Катушки индуктивности с керамическим сердечником

имеют диэлектрический керамический сердечник, т. Е. Он не может хранить много энергии, но имеет очень низкий крутящий момент и гистерезис.

е) Дроссели

Дроссель — это катушка индуктивности, которая предназначена для блокировки высокочастотных импульсов и пропускания более низкочастотных импульсов. Эти катушки индуктивности позволяют отключать или блокировать высокочастотные сигналы, отсюда и название.

Для уменьшения паразитной емкости и повышения эффективности в ВЧ дросселях используется железный порошок или ферритовые шарики в сочетании со сложной схемой обмотки.

Типы сердечников индуктора

В работе индуктора ключевую роль играет материал сердечника, поскольку он напрямую влияет на индуктивность индуктора.

Типы сердечников индуктора включают:

Воздушные сердечники работают на более высоких частотах из-за отсутствия потерь в сердечнике, но с меньшей индуктивностью.

Железные сердечники имеют низкое сопротивление при высокой индуктивности.

Ферритовые сердечники имеют непроводящий керамический материал для работы на высоких частотах. Магнитное насыщение ограничивает текущую емкость

Тороидальные сердечники — это сердечники в форме пончиков, которые уменьшают излучаемые электромагнитные помехи и обеспечивают высокую индуктивность.

Ламинированные сердечники имеют высокую индуктивность с меньшим гистерезисом и потерями на вихревые токи.

Применение индукторов:

Катушки индуктивности используются для различных целей в зависимости от требований:

• Могут использоваться в схемах настройки
• Используются как датчики
• Катушки индуктивности используются для хранения энергии в устройстве
• Катушки индуктивности используются в асинхронных двигателях
• Применяются как трансформаторы
• Дроссели используются как фильтры
• Используются как ферритовые пластины

Мировой рынок индукторов

Мировой рынок индукторов оценивается в 4364 доллара США.52 млн в 2018 году и, как ожидается, к 2024 году достигнет 5411,12 млн долларов США при среднегодовом темпе роста 3,73% за прогнозируемый период (2019-2024 годы).

Наблюдается устойчивый рост рынка индукторов благодаря увеличению числа запусков новых продуктов и разработок в различных секторах.

Это повысило спрос на пассивные электронные компоненты, увеличило использование индукторов в автомобильной электронике и увеличило распространение интеллектуальных сетей.

Во всем мире растущий спрос на бытовую электронику, такую ​​как смартфоны, планшеты, портативные игровые консоли, ноутбуки, телевизионные приставки и другие, является основным фактором, определяющим спрос на различные индукторы.

Рынок индукторов

набирает обороты благодаря высоконадежным и прочным приложениям в промышленном, аэрокосмическом, оборонном и медицинском секторах.

Конденсаторы и индукторы различного назначения

Подпишитесь на обновления Отписаться от обновлений

Конденсаторы и индукторы являются важными электрическими компонентами, используемыми в электронных схемах, поскольку они предлагают множество преимуществ, включая долгий срок службы и высокую надежность схем, в которых они используются.

По Потшангбам, июль

Электрические цепи являются неотъемлемой частью любого электронного устройства. Их основная задача — направлять и контролировать электрический ток для выполнения различных функций, таких как вычисление, передача данных и усиление сигнала. В основе этих устройств лежит ряд различных компонентов, которые подразделяются на активные и пассивные. Активные компоненты схемы регулируют электрический поток. Однако устройства не могут эффективно работать только с активными компонентами.Хотя пассивные компоненты кажутся менее важными по сравнению с активными компонентами, первые играют решающую роль — они управляют действием активных компонентов и действуют как путь для сигналов. В этой статье мы исследуем важность пассивных компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности.

Разница между конденсатором и катушкой индуктивности
Конденсатор и катушка индуктивности — это компоненты, устойчивые к изменениям тока в электрических и электронных цепях.Это пассивные элементы, которые получают питание от цепи, накапливают его, а затем разряжают. Эти два компонента широко используются в системах переменного тока и фильтрации сигналов. Однако они различаются по своим функциям. Основные отличия перечислены ниже.

Выбор подходящих конденсаторов и катушек индуктивности
При покупке конденсаторов и катушек индуктивности необходимо учитывать различные факторы. Первое, что нужно проверить при выборе конденсатора, — это тип диэлектрика, поскольку этот фактор влияет на многие его свойства, такие как размер и корпус, частотный диапазон, последовательное сопротивление и другие электрические свойства.Функция конденсатора зависит от типа материала, из которого он изготовлен. Рекомендуются алюминиевые электролитические конденсаторы из-за их эффективности. Конденсатор должен иметь достаточное рабочее напряжение, и покупатели должны убедиться, что оно не превышает 60 процентов. Пульсации тока — еще один фактор, который следует учитывать при покупке конденсаторов для сильноточных приложений. Этот ток вызывает нагрев конденсатора и со временем может быть разрушительным.

Аналогичным образом, есть определенные элементы, которые необходимо учитывать при выборе катушек индуктивности, которые в основном используются либо для силовых цепей, либо для предотвращения радиочастотных (РЧ) помех.Поэтому важно понимать требования приложения. Размер катушек индуктивности также имеет значение для приложения. Для силовых цепей используются индукторы большого размера вместе с фильтрующими конденсаторами. А для ВЧ-приложений рекомендуется использовать катушки индуктивности с ферритовым сердечником небольшого размера, так как потребляемая мощность меньше. Еще один аспект, на который следует обратить внимание при выборе катушек индуктивности, — это процент допуска. Можно понять, отличается ли индуктивное значение устройства от таблицы данных, посмотрев на процент допуска.Наконец, экранированные компоненты внутри индукторов играют важную роль в уменьшении магнитной связи между компонентами. Они очень удобны в приложениях с ограниченным пространством.

Применение конденсаторов
Конденсаторы — широко используемые компоненты в любом электрическом устройстве. Вряд ли найдутся платы без конденсатора. Они состоят из различных типов диэлектрических материалов, включая керамику, электролит, тантал, полиэстер и т. Д.

Керамические конденсаторы: Они широко используются для развязки или шунтирования вывода питания интегральной схемы (IC).Они также предотвращают попадание паразитных радиочастотных сигналов из источника питания.

Электролитические конденсаторы: Эти конденсаторы используются в схемах и силовой электронике, где требуется высокое энергопотребление.

Танталовые конденсаторы: Из-за использования тантала такие конденсаторы могут иметь более высокое значение емкости при меньших размерах корпуса. Кроме того, они демонстрируют стабильное поведение и более низкие токи утечки.

Применение катушек индуктивности
Катушки индуктивности, как один из основных пассивных компонентов, используются в различных приложениях.

Фильтры: Катушки индуктивности в сочетании с конденсаторами и резисторами широко используются для создания фильтров для аналоговых схем и обработки входящего сигнала. Когда катушки индуктивности используются отдельно, они работают как фильтр нижних частот. Но когда конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы используются вместе, они работают как усовершенствованные фильтры, которые можно использовать в нескольких приложениях.

Двигатели: Катушки индуктивности расположены в фиксированном положении, и их нельзя перемещать или выравнивать в близлежащих магнитных полях.Асинхронные двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Магнитное поле, создаваемое переменным током, помогает вращать вал в двигателях.

Трансформаторы: Это популярное приложение. Индукторы, которые разделяют магнитный путь, объединяются вместе и образуют трансформатор.

Накопитель энергии: Катушки индуктивности могут использоваться для аккумулирования энергии. В отличие от конденсаторов, они долго не накапливают энергию. В случае индукторов энергия накапливается в виде магнитного поля; однако это не удается, когда нет источника питания.

Конденсатор	Индуктор
Здесь энергия хранится в виде электрического поля.	Он хранит энергию в виде магнитного поля.
Нет протекания тока через пластины конденсатора.	Ток проходит через катушку в катушке индуктивности.
Здесь энергия измеряется напряжением.	Энергия, запасенная в катушке индуктивности, рассчитывается по току.
Конденсаторы сопротивляются изменению напряжения.	Катушки индуктивности сопротивляются изменению тока.
Существует три типа конденсаторов: керамические, электролитические и танталовые.	Четыре основных типа индукторов: связанные индукторы, многослойные индукторы, индукторы с керамическим сердечником и формованные индукторы.
Конденсаторы действуют как изолятор для цепей постоянного тока. Они идеально подходят для передачи высокочастотных сигналов.	Катушки индуктивности служат проводником в цепях постоянного тока.Они хорошо проводят низкоуровневые частоты и отфильтровывают высокочастотные сигналы и колебания.
В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавлен последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но позже падает до нуля.	В цепи постоянного тока, когда катушка индуктивности добавлена ​​последовательно с резистором, значение тока невелико и со временем увеличивается.
Емкость измеряется в фарадах.	Индуктивность измеряется в единицах, называемых генри.

Перспективы рынка конденсаторов и катушек индуктивности
Согласно отчету Market Research Future, растущий спрос на электронные продукты, такие как мобильные телефоны, портативные музыкальные плееры, цифровые камеры, игровые консоли, ПК и ноутбуки, может увеличиться. рынок межкомпонентных соединений и пассивных компонентов. Кроме того, сегмент процветает благодаря постоянному обновлению программного обеспечения, которое также раздвигает границы аппаратного обеспечения. В автомобильном секторе полезность компонентов огромна, учитывая все более широкое использование коммуникационных, информационно-развлекательных и навигационных функций, таких как GPS.Сильное внимание индийского правительства к отечественному производству в рамках инициативы «Сделай в Индии» также оказывает положительное влияние на рынок пассивных компонентов.

Тем не менее, на рынке индукторов есть проблемы. Производители пока не могут уменьшить размеры катушек индуктивности и конденсаторов, чтобы соответствовать растущей тенденции миниатюризации.
Несмотря на проблемы, рынок электрических конденсаторов в Индии, по прогнозам, вырастет до 625 миллионов долларов США к 2023 году, в то время как рынок индукторов, как ожидается, вырастет до 3 долларов США.94 миллиарда к 2022 году. Это можно объяснить растущим внедрением интеллектуальных сетей, проникновением интеллектуальных устройств, растущим спросом на возобновляемые источники энергии и т. Д. С переходом на подключенные автомобили и ADAS (передовые системы помощи водителю) автомобильный сектор собирается существенно продвинуть рынок пассивных компонентов.

---

Анил Бали, вице-президент Deki Electronics Ltd, делится мнениями о технологических тенденциях, основных препятствиях, с которыми сталкивается индийский рынок конденсаторов, и многом другом.

Факторы, которые следует учитывать при выборе конденсатора постоянного тока
Существуют различные типы конденсаторов — керамические, пленочные, электролитические и танталовые. Обычно керамические конденсаторы имеют емкость в диапазоне от пикофарада (пФ) до 1 мкФ. Пленочные конденсаторы обычно имеют емкость в диапазоне от нанофарад (нФ) до 100 мкФ (мфд). Электролитические конденсаторы обычно имеют емкость от 0,1 до 10 кОм.

Итак, обычно, когда значение емкости низкое, вы сначала проверяете, соответствует ли керамический конденсатор вашим потребностям.Такие конденсаторы также дешевле, чем, скажем, эквивалентный пленочный конденсатор. Если значение емкости высокое, то можно выбрать пленочный или электролитический конденсатор. Пленочные конденсаторы дешевле эквивалентных электролитических конденсаторов.

Еще один фактор, на который следует обратить внимание, это то, что керамический и пленочный варианты являются неполярными конденсаторами. Электролитические версии представляют собой полярные конденсаторы, то есть с положительной и отрицательной клеммами. Конечно, существуют неполярные электролитические конденсаторы. Что касается напряжения, вы можете получить керамические конденсаторы высокого напряжения с номиналом до 1000 кВ.Пленочные конденсаторы обычно имеют максимальное напряжение 100 кВ. Электролитические конденсаторы имеют максимальное напряжение 1 кВ.

Короче говоря, если вы ищете низкое значение емкости в диапазоне пикофарад, а также высокое напряжение, вашим первым выбором будут керамические конденсаторы.

Если требуется более высокое значение емкости в диапазоне нанофарад, наряду с высоким напряжением, вашим первым выбором будут пленочные конденсаторы. Если требуется еще более высокое значение емкости в диапазоне микрофарад, наряду с более низкими напряжениями, вашим первым выбором будут электролитические конденсаторы.

Опять же, даже во всех этих трех широких категориях у вас есть много вариантов, в зависимости от приложения.

Технические тенденции в конденсаторах
Тенденция заключается в использовании SMD (устройства для поверхностного монтажа), миниатюризации, более высоких рабочих температур и увеличения срока службы. Керамические конденсаторы SMD широко используются во многих областях. Пленочные и электролитические конденсаторы используются гораздо реже из-за проблем, вызванных высокими температурами на стадии пайки волной пайки.

Миниатюризация конденсаторов стала необходимой из-за усадки печатных плат, на которых эти конденсаторы должны быть установлены.В случае пленочных конденсаторов миниатюризация была достигнута благодаря технологическим достижениям в производстве металлизированных пленок. Из-за такой миниатюризации печатной платы возникает потребность в конденсаторах с более высокими рабочими температурами. Раньше электролитические конденсаторы имели номинал 85 ° C. Сейчас 105 ° C — это норма, а срок их службы увеличился с 5000 до 10 000 часов. Пленочные конденсаторы теперь доступны с номиналом 150 ° C.

Безопасность стала еще одним требованием рынка. В случае пленочных конденсаторов это было достигнуто за счет новаторской конструкции металлизированной пленки.Кроме того, правительственный спрос на светодиоды с высоким коэффициентом мощности для экономии энергии на стороне генерации требует модификации печатных плат светодиодов с использованием конденсаторов коррекции коэффициента мощности.

Основные препятствия при производстве конденсаторов
Конденсаторы — очень капиталоемкая продукция. Это причина того, что за последние 50 лет ни один новый производитель не вышел на индийский рынок. Фактически, все больше и больше заводов закрываются из-за конкуренции со стороны импорта, особенно из Китая.Конденсаторы были освобождены от дежурства после ITA1. В результате любой может импортировать конденсаторы без уплаты каких-либо пошлин. После ограничения на импорт китайских конденсаторов в США эти производители обратили внимание на Индию. Так что теперь они наводняют рынок очень дешевыми конденсаторами как хорошего, так и плохого качества. Когда рупия слабеет по отношению к доллару, китайские производители снижают цены, чтобы это не коснулось индийского покупателя. Китайское правительство помогает китайским фирмам, регулируя курс национальной валюты.

Есть два других серьезных препятствия, которые мешают конкурентоспособности индийских конденсаторов по сравнению с их китайскими аналогами — высокая стоимость электроэнергии и финансов. Мало того, что электроэнергия в Индии дороже, мы должны подкреплять ее набором DG из-за более низкой доступности. Хотя процентные ставки снизились, они все еще намного выше, чем в Китае. Из-за вышеперечисленных факторов стоимость конденсаторов индийского производства отличается от стоимости китайских конденсаторов примерно на 10-20%.

Индийский сценарий рынка конденсаторов
Рынок пленочных конденсаторов постоянного тока достиг своего пика в 2015–2016 годах, когда общий спрос составил 5 миллиардов фунтов стерлингов, из которых 1 миллиард был обеспечен производством КЛЛ. В 2015–16 годах мы изготовили более 400 миллионов КЛЛ. Этот рынок рухнул, когда правительство продвигало светодиоды как шаг к экономии энергии. Сегодня рынка КЛЛ практически нет. Конечно, на смену пришли светодиодные лампы, но требования к пленочным конденсаторам резко упали, поскольку в каждой лампе КЛЛ используется шесть конденсаторов, а в светодиодной лампе — только два.Кроме того, объем производимых светодиодных ламп составляет 400 миллионов, что ниже, чем на пике рынка КЛЛ.

Кроме того, производители светодиодных ламп теперь получают свои компоненты в виде комплектов из Китая. Это привело к дальнейшему снижению спроса на пленочные конденсаторы. Кроме того, из-за замедления темпов роста в секторе недвижимости и автомобилестроения в 2019 году рынок пленочных конденсаторов постоянного тока сократился до менее чем 3,5 миллиарда фунтов стерлингов.

Типы индукторов и сердечников, их применение и применение

Катушки индуктивности, устройства, которые передают и измеряют ток в зависимости от величины приложенного напряжения, по сути, представляют собой электромагниты, которые накапливают и высвобождают электрический ток.При подаче тока катушка индуктивности накапливает ток для создания магнитного поля. В конце концов, катушка создает поле, и ток передается через катушку, пока магнитное поле не исчезнет, ​​и процесс должен начаться снова. Индукторы обычно используются в радиочастотных приложениях для передачи тока и минимизации обратной связи и помех, а также могут использоваться в цепях для уменьшения электрического потока.

Вы можете узнать больше о функциях индукторов в HyperPhysics.

Чтобы найти поставщиков индукторов, щелкните здесь.

Типы индукторов

Тип ферритового индуктора

Изображение предоставлено: Shutterstock / Jurgis Mankauskas

Как и многие электрические устройства, существуют разные модели для конкретных приложений. Связанные, многослойные, литые индукторы и индукторы с керамическим сердечником — все это распространенные типы, используемые в коммерческих и промышленных приложениях. Видео ниже дает краткий обзор этих типов катушек индуктивности:

Сопряженные индукторы

Связанные индукторы обладают магнитным потоком, который зависит от других проводников, с которыми они связаны.Когда необходима взаимная индуктивность, часто используются связанные индукторы. Трансформатор — это разновидность спаренного индуктора.

Многослойные индукторы

Этот конкретный тип индуктора состоит из многослойной катушки, многократно намотанной вокруг сердечника. Благодаря наличию нескольких слоев и изоляции между ними многослойные индукторы имеют высокий уровень индуктивности.

Катушки индуктивности с керамическим сердечником

Несмотря на то, что существует множество видов сердечников, индуктор с керамическим сердечником уникален тем, что имеет диэлектрический керамический сердечник, что означает, что он не может хранить много энергии, но имеет очень низкие искажения и гистерезис.

Литые индукторы

Эти индукторы имеют пластиковую или керамическую изоляцию. Часто используемые в печатных платах, они могут иметь форму цилиндра или стержня с обмотками с выводами на каждом конце.

Типы ядер

Помимо индукторов с керамическим сердечником, для достижения определенных результатов можно использовать сердечники из других материалов. Поскольку сердечник — это материал, вокруг которого наматывается катушка, он напрямую влияет на индуктивность. Катушки, намотанные на сердечники на основе железа, дают большую индуктивность, чем катушки, намотанные на сердечники не на основе железа.

Воздушное ядро ​​

В этой конфигурации просто нет ядра. Отсутствие металлического сердечника приводит к очень небольшим искажениям, но к тому же катушка должна быть очень длинной, чтобы выдерживать большую индуктивность, что приводит к большой индуктивности.

Индуктор со стальным сердечником

Для применений с низким сопротивлением и высокой индуктивностью стальные сердечники являются ступенью выше воздушных сердечников. Чем плотнее стальной сердечник, тем меньше проблем с магнитным насыщением сердечника.

Твердые ферритовые сердечники

Когда дело доходит до максимального сопротивления, твердые ферритовые сердечники находятся в верхней части списка.Однако при работе с высокой индуктивностью они не всегда надежны и имеют тенденцию относительно быстро достигать своего уровня магнитного насыщения. В ферритовых сердечниках будет использоваться другой ферритовый материал в зависимости от области применения, такой как марганец-цинк для определенных типов антенных стержней, причем различные материалы предлагают различные преимущества. Доступны порошковые ферритовые сердечники, которые плотнее и обладают большей линейностью, чем сплошные ферритовые сердечники.

Дроссели в цепях и предотвращение отдачи

Поскольку индукторы не поддерживают постоянный уровень напряжения между выводами, невозможно внезапно остановить ток.Если ток проходит через цепь с замкнутым переключателем, катушка индуктивности позволяет току течь и создает электромагнитное поле. Если переключатель цепи затем разомкнут, индуктор продолжит попытки передать ток, и при этом один из выводов индуктора может переключать заряды с отрицательного на положительный. Это в конечном итоге приведет к перегрузке контакта клеммы. Если контакт перегружен, коммутатор испытает помехи и повреждение, что приведет к сокращению срока службы.Такого рода проблем можно избежать, просто используя диод, хотя для высокоскоростных приложений может быть предпочтительнее резистор.

Если вы хотите найти поставщиков индукторов, щелкните здесь.

Другие изделия для двигателей

Прочие «виды» статей

Больше от Automation & Electronics

.