Из чего состоит катушка индуктивности: Катушка индуктивности — это… Что такое Катушка индуктивности?

Катушка индуктивности — это… Что такое Катушка индуктивности?

Обозначение на электрических принципиальных схемах

Катушка индуктивности (жарг. индуктивность) — пассивный двухполюсный компонент электрических и электронных устройств и систем. Основной параметр катушки индуктивности — величина её индуктивности, зависящая только от геометрических размеров и материалов и не зависящая от режима работы (тока и напряжения).

Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющую механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса.

Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом, — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности часто имеют замкнутый или разомкнутый ферромагнитный сердечник, помехоподавляющие дроссели высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах изменением положения сердечника относительно обмотки, как правило, ферромагнитного сердечника.

На СВЧ, когда ферродиэлектрики теряют высокую магнитную проницаемость и резко увеличиваются потери, для этой цели применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств применяют плоские «катушки» индуктивности — геометрия печатного проводника выполнена в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой, или в виде меандра, линии. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса

[1].

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

• Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
• Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
• Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своем магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для постоянного тока имеет только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

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

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна:

Катушка индуктивности в переменном напряжении — аналог тела с массой, подверженному механическим колебаниям.

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствие с формулой:

,

где :  — ток в катушке,

 — начальный ток катушки,

 — текущее время,

 — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

,

где :  — сопротивление резистора,

 — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени : катушки:

.

При стремлении к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

↔ , где

↔ ↔  ; ↔  ; ↔

↔

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку к величине протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике:

где  — магнитная постоянная

 — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты)

 — площадь сечения сердечника

 — длина средней линии сердечника

 — число витков

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

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

• Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
• Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
• В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

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

• Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).
• Потери обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

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

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика гистерезис.

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

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

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

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

Паразитная емкость и собственный резонанс

Межвитковая паразитная емкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка представляет эквивалентно собой идеальную индуктивность с параллельно присоединенным ей конденсатором паразитной емкости. В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостной. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

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

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

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. Такая связь позволяет разделить по постоянному току, например, цепи 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 величина 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. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины 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. ^[2][3] 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 (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — ферритовый сердечник.

Применение катушек индуктивности

Балластный дроссель. Ранее применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности

• Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
• Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
• Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
• Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
• Катушки используются также в качестве электромагнитов — 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:
• 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^[4]
• 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.

См. также

Примечания

Ссылки

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Катушка индуктивности — это… Что такое Катушка индуктивности?

Обозначение на электрических принципиальных схемах

Катушка индуктивности (жарг. индуктивность) — пассивный двухполюсный компонент электрических и электронных устройств и систем. Основной параметр катушки индуктивности — величина её индуктивности, зависящая только от геометрических размеров и материалов и не зависящая от режима работы (тока и напряжения).

Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющую механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом, — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности часто имеют замкнутый или разомкнутый ферромагнитный сердечник, помехоподавляющие дроссели высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах изменением положения сердечника относительно обмотки, как правило, ферромагнитного сердечника. На СВЧ, когда ферродиэлектрики теряют высокую магнитную проницаемость и резко увеличиваются потери, для этой цели применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств применяют плоские «катушки» индуктивности — геометрия печатного проводника выполнена в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой, или в виде меандра, линии. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса^[1].

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

• Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
• Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
• Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своем магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для постоянного тока имеет только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

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

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна:

Катушка индуктивности в переменном напряжении — аналог тела с массой, подверженному механическим колебаниям.

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствие с формулой:

,

где :  — ток в катушке,

 — начальный ток катушки,

 — текущее время,

 — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

,

где :  — сопротивление резистора,

 — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени : катушки:

.

При стремлении к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

↔ , где

↔ ↔  ; ↔  ; ↔

↔

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку к величине протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике:

где  — магнитная постоянная

 — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты)

 — площадь сечения сердечника

 — длина средней линии сердечника

 — число витков

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

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

• Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
• Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
• В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

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

• Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).
• Потери обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

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

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика гистерезис.

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

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

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

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

Паразитная емкость и собственный резонанс

Межвитковая паразитная емкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка представляет эквивалентно собой идеальную индуктивность с параллельно присоединенным ей конденсатором паразитной емкости. В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостной. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

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

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

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. Такая связь позволяет разделить по постоянному току, например, цепи 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 величина 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. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины 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.^[2][3] 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 (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — ферритовый сердечник.

Применение катушек индуктивности

Балластный дроссель. Ранее применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности

• Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
• Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
• Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
• Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
• Катушки используются также в качестве электромагнитов — 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:
• 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^[4]
• 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.

См. также

Примечания

Ссылки

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Катушка индуктивности — это… Что такое Катушка индуктивности?

Обозначение на электрических принципиальных схемах

Катушка индуктивности (жарг. индуктивность) — пассивный двухполюсный компонент электрических и электронных устройств и систем. Основной параметр катушки индуктивности — величина её индуктивности, зависящая только от геометрических размеров и материалов и не зависящая от режима работы (тока и напряжения).

Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющую механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом, — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности часто имеют замкнутый или разомкнутый ферромагнитный сердечник, помехоподавляющие дроссели высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах изменением положения сердечника относительно обмотки, как правило, ферромагнитного сердечника. На СВЧ, когда ферродиэлектрики теряют высокую магнитную проницаемость и резко увеличиваются потери, для этой цели применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств применяют плоские «катушки» индуктивности — геометрия печатного проводника выполнена в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой, или в виде меандра, линии. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса^[1].

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

• Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
• Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
• Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своем магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для постоянного тока имеет только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

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

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна:

Катушка индуктивности в переменном напряжении — аналог тела с массой, подверженному механическим колебаниям.

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствие с формулой:

,

где :  — ток в катушке,

 — начальный ток катушки,

 — текущее время,

 — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

,

где :  — сопротивление резистора,

 — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени : катушки:

.

При стремлении к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

↔ , где

↔ ↔  ; ↔  ; ↔

↔

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку к величине протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике:

где  — магнитная постоянная

 — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты)

 — площадь сечения сердечника

 — длина средней линии сердечника

 — число витков

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

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

• Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
• Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
• В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

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

• Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).
• Потери обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

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

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика гистерезис.

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

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

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

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

Паразитная емкость и собственный резонанс

Межвитковая паразитная емкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка представляет эквивалентно собой идеальную индуктивность с параллельно присоединенным ей конденсатором паразитной емкости. В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостной. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

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

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

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. Такая связь позволяет разделить по постоянному току, например, цепи 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 величина 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. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины 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.^[2][3] 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 (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — ферритовый сердечник.

Применение катушек индуктивности

Балластный дроссель. Ранее применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности

• Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
• Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
• Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
• Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
• Катушки используются также в качестве электромагнитов — 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:
• 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^[4]
• 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.

См. также

Примечания

Ссылки

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Катушки индуктивности | Основы электроакустики

Катушки индуктивности

 

Катушки индуктивности применяют в качестве элементов коле­бательных контуров, дросселей и для связи одних цепей с другими.

Катушка индуктивности, которая служит для разделения посто­янного и переменного токов или токов разных частот, называется дросселем. Индуктивное сопротивление (Ом) катушки зависит от частоты и определяется по формуле Xi. — 2nfLt  где f — частота, Гц; L — индуктивность, Гн. Одна и та же катушка представляет собой разное сопротивление для токов разных частот. Для постоянного тока сопротивление любой катушки очень мало. Каждая катушка характеризуется индук­тивностью, добротностью, стабильностью и собственной емкостью.

Катушки с малой индуктивностью изготовляют без сердечника с небольшим числом витков. Для увеличения индуктивности катушку выполняют многослойной и вводят сердечник из ферромагнитного материала. Потери энергии в катушке должны быть как можно меньше. Поэтому ее стремятся выполнить так, чтобы получить наибольшую индуктивность при малом активном сопротивлении. Отношение индуктивного сопротивления катушки к активному сопротивлению на — дан­ной частоте называется добротностью катуш­ки и определяется по формуле Qil=Xtlfsa Индуктивность и другие параметры ка­тушки не должны меняться под влиянием внешних причин, т. е. катушка должна обла­дать стабильностью. Собственная (междувитковая) емкость катушки понижает ее доброт­ность и уменьшает стабильность

У однослойной катушки при сплошной намотке (виток к витку) индуктивность (мкГн) можно определить по формулегде w — число витков; l — длина намотки, см; D — диаметр катуш­ки, см. Для уменьшения собственной, емкости витки катушки наматыва­ют не вплотную, а на некотором расстоянии один от другого (на­мотка с принудительным шагом). Многослойные катушки выполняют простой намоткой «внавал» или специальной («универсалы»). Индуктивность (мкГн) многослойной хатушки можно определить по формулегде dcf — средний диаметр намотки, см; w — число витков; I — длина намотки, см; t — толщина намотки, см.

Для уменьшения собственной емкости многослойную катушку выполняют из отдельных секций. Секционированные катушки при­меняют в качестве контурных катушек и дросселей высокой частоты. Малую собственную емкость имеют многослойные катушки с намот­кой «универсалы», при которой провод зигзагом переходит с одного края катушки на другой Для устранения влияния электромагнитного поля катушки на соседние детали и, наоборот, внешних полей на катушку ее закры­вают металлическим экраном. Для высокочастотных катушек экран изготовляют из меди или алюминия толщиной 0,4 — 0,5 мм. Экран уменьшает индуктивность и добротность катушки и увеличивает ее собственную емкость. Чем ближе расположен экран к виткам катупь ки, тем сильнее изменяются ее параметры. Чтобы влияние экрана было небольшим, его диаметр и длину берут в два раза больше диаметра и длины намотки. Для низкочастотных катушек применят ют экраны из ферромагнитных материалов, например из листовой стали толщиной 0,5 — 1,5 мм. Для увеличения добротности и уменьшения габаритов катушки применяют сердечники из ферромагнитных материалов. Высокочас­тотные катушки имеют сердечники из карбонильного железа. Доб­ротность катушек с таким сердечником равна 400 — 500, а без сер­дечника — не более 200.

Для контурных катушек длинных и средних волн используют броневые сердечники. Низкочастотные дроссели имеют сердечники из листовой электротехнической стали. Толщину стальных листов берут 0,2 — 0,5 мм для дросселей, используемых в цепях звуковых частот, и около 0,5 мм — в Цепях переменного тока с частотой 50 Гц.

Индуктивность катушки возрастает с увеличением числа и диа­метра витков при их сближении, что учитывают при изготовлении катушки. Введение внутрь катушки сердечника из магнитодиэлектрика также увеличивает ее индуктивность. Если сердечник выполнен из диамагнитного материала, например латуни, то при его введении индуктивность катушки уменьшится. То же произойдет, если внутрь катушки ввести короткозамкнутый виток. На практике чаще всего индуктивность изменяют, перемещая сердечник внутри катушки. Катушка, индуктивность которой можно изменять в больших пределах, называется вариометром. Чаще всего вариометр состоит из двух катушек, взаимная индуктивность которых может меняться. Вариометры применяют главным образом в передатчиках для на­стройки колебательных контуров и подбора связи между контурами.

 

Катушка переменной индуктивности — Энциклопедия по машиностроению XXL

Вариометрами называют катушки переменной индуктивности, которые применяют для плавной настройки контуров, для переменной связи с антенной и в радиопеленгаторах.  [c.380]

Катушка переменной индуктивности 372  [c.462]

Тракт АМ сигналов выполнен на микросхемах, Входные цепи представляют. собой П-образные контуры. Входные цепи перестраиваются по диапазону с помощью двухслойной катушки переменной индуктивности L1, L2. В диапазоне ДВ используются обе катушки, в диапазоне СВ — только внутренняя обмотка (L1).  [c.20]

Радиоприемник выполнен на двух микросхемах и пяти транзисторах. Для повышения его помехозащищенности в диапазонах ДВ и СВ антенна подключается ко входу радиоприемника через дроссель (катушка 1-L1). Входные цепи диапазонов ДВ и СВ выполнены по схеме П-образного контура. Они настраиваются с помощью двухслойной катушки переменной индуктивности 1-L3,1-L4. В диапазоне ДВ обе катушки включаются последовательно, в диапазоне СВ используется только внутренняя обмотка (1-L3). В диапазоне КВ применен двухконтурный широкополосный неперестраиваемый фильтр, образованный обмотками трансформатора 1-Т1 и конденсаторами 1-С7 и 1-С14.  [c.25]

Электродинамические аналогии. Схожесть законов ряда колебательных процессов, рассматриваемых в разных областях физики, отмеченная в начале 94, объясняется тем, что колебания в этих случаях описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями. Рассмотрим в качестве примера электрический контур, состоящий из последовательно соединенных катушки с индуктивностью L, омического сопротивления R, конденсатора с емкостью С и источника переменной электродвижущей силы (э. д. с.) (0 (рис. 268),  [c.249]

При подключении к концам катушки переменного напряжения с частотой 50 Гц в цепи при действующем значении напряжения 50 В течет переменный ток с действующим значением 0,2 А. Найдите индуктивность катушки. Активное сопротивление катуш-14и пренебрежимо мало.  [c.296]

Изменение величины действующего усилия Р вызывает изменение индуктивности катушки 2, включенной в измерительный мост переменного тока. Этот мост состоит из катушки датчика 1, переменной индуктивности служащей для уравновешивания моста при Р=0 сопротивлений Н] сухого выпрямителя В сопротивления шлейфа осциллографа О и конденсатора С, служащего для сглаживания пульсаций переменного тока, питающего мост.  [c.172]

Под индуктивным сопротивлением подразумевается сопротивление, которое оказывает катушка переменному току, не считая сопротивления материала проводника.  [c.230]

Вариометры — катушки с переменной индуктивностью.  [c.369]

Рассмотрим электрическую цепь, содержащую резисторы, конденсаторы с подвижными пластинами, катушки с переменной индуктивно стью и генераторы напряжения, соединенные с подвижными или неподвижными проводниками. Для анализа электромеханической системы используем  [c.234]

В цепь измерительной обмотки о включена катушка переменной взаимной индуктивности М, служащая для компенсации э. д. с. в измерительной обмотке в отсутствие испытуемых листов.  [c.225]

При определении максимальных значений тока (по среднему значению э. д. с. во вторичной обмотке катушки взаимной индуктивности) и индукции (по среднему значению э. д. с. в обмотке сг 2) определяются суммы амплитуд (отрицательной и положительной) индукции и напряженности поля, так как в режиме одновременного наложения на образец двух магнитных полей величины отрицательного и положительного максимумов индукции и тока могут не совпадать (как это было в случае обычных измерений в переменных магнитных полях).  [c.288]

От блока БЗВ питается также катушка ИД индуктивного датчика. Переменное напряжение с контактов 5 н 6 разъема БЗВ подается на выпрямительный мост блока БС1. Выпрямленное блоком БС1 напряжение поступает на резистор цепи индуктивного датчика СИД, где складывается с напряжением уставки.  [c.260]

В зависимости от числа индуктивных катушек в датчике в схему моста могут быть включены переменные индуктивности одна — или две—и 2- В последнем случае схема носит название дифференциальной. Чувствительность дифференциальной схемы возрастает в 2 раза за счет того, что при перемещениях измерительного стержня датчика с двумя катушками индуктивности сопротивление одной возрастает, а другой падает, что увеличивает разбалансировку моста вдвое.  [c.551]

В заключение отметим, что амплитудный и энергетический резонансы, наблюдаемые в механических системах, совершающих вынужденные колебания в вязких средах, аналогичны резонансам заряда (на обкладках конденсатора) и силы тока в электрической цепи, состоящей из последовательно включенных катушки с индуктивностью I, резистора сопротивлением и конденсатора емкостью С. Причиной указанной аналогии является то, что математическая теория переменных токов низкой частоты (или так называемых квазистационарных токов) идентична теории малых колебаний механических систем.  [c.230]

От блока БЗВ питается также катушка ИД индуктивного датчика. Переменное напряжение с контакта 5 через катушку ИД и с контакта 6ШР БЗВ подается на контакты 3 и 4ШР блока БС1 к одному из вы-  [c.265]

В электрич. цепи, содержащей постоянную эдс, при замыкании цепи сила тока за счёт эдс С. устанавливается не мгновенно, а через нек-рый промежуток времени, при выключении источника ток не прекращается мгновенно возникающая при размыкании цепи эдс С. может во много раз превысить эдс источника. В цепи перем. тока вследствие С. сила тока в катушке, обладающей индуктивностью, отстаёт по фазе от напряжения на концах катушки на я/2 (см. Переменный ток).  [c.652]

Емкостное сопротивление конденсатора и индуктивное сопротивление катушки зависят от частоты (I) приложенного напряжения. Поэтому при постоянной амплитуде U колебаний напряжения амплитуда 1 , колебаний силы тока в цепи зависит от частоты (1) переменного напряжения.  [c.244]

Найдите резонансную частоту последовательной цепи переменного тока конденсатора емкостью 10 мкФ и катушки индуктивностью 1 Гн с активным сопротивлением 10 Ом.  [c.296]

Вариация реактивной проводимости. Изменение (вариация) реактивной проводимости осуществляется обычно изменением емкости колебательного контура. В схеме используется высокочастотный генератор с фиксированной частотой. С ним слабо связан измерительный колебательный контур, содержащий катушку индуктивности и конденсатор переменной емкости (рис. 4-10, а), па-, раллельно которому может присоединяться испытуемый образец. Генератор работает в режиме неизменного тока, поэтому напряжение на параллельном колебательном контуре (рис. 4-11, а) при изменении реактивной проводимости (обычно емкости) контура переходит через максимум, а затем уменьшается. Наибольшее напряжение на контуре отвечает состоянию резонанса В контуре есть потерн, поэтому эквивалентная схема, помимо Г и С, содержит проводимость соответствующую потерям (рис. 4-11,6). Если по оси абсцисс откладывать емкость проградуированного конденсатора С И снимать зависимость и (С), т. е. резонансную кривую, один раз для контура без образца и второй раз — с образцом, то  [c.78]

Электромагнитный (вихревых токов) метод основан на регистрации изменения взаимодействия собственного магнитного поля катушки с электромагнитным полем, наводимым этой катушкой в детали с покрытием [122, 134], Катушка индуктивности создает переменное магнитное поле, в которое помещается испытуемая деталь с  [c.83]

Катушки переменной индуктивности (вариометр антенны) и контурные удлинительные катушки. По конструктивным признакам применяемые в массовой радаоаппаратуре вариометры подразделяются на несколько ТИПОВ  [c.372]

На передней панели корпуса находится верньерно-шкальное устройство со шкалой настройки, ручки регу-, лятора громкости (R83), блок переключателя диапазонов (S1, S2), кнопка включения и выключения радиоприёмника (S3), ручка настройки блока катушек переменных индуктивностей (L3, L4, L16, L38, L39). Переключатели S1 и S2 выполнены на одной колодке, которая смонтирована на плате радиоприемника. Катушки переменных индуктивностей L3, L4, L16, L38 и к39 смонтированы в виде отдельного блока. Они перестраиваются с помощью латунных сердечников.  [c.20]

Входная цепь УРЧ собрана По схеме П-обраэного контура. Она настраивается с помощью двухслойной катушки переменной индуктивности L1, L2. В диапазоне ДВ обе катущки включаются ЛоследоватеЛьно, в диапазоне СВ используется только катушка L1. Нагрузкой УРЧ служит П-образный контур, перестраиваемый с помощью катушек переменных индуктивностей L4, L5. Контур гетеродина образован катушкой переменной индуктивности L14 и конденсаторами С22 и С23. Катушки L9 и L10 являются сопрягающими в диапазоне СВ, катушка L11 — в диапазоне ДВ, катушки L12 и L13 — в диапазонах ДВ и СВ. Нагрузкой преобразователя частоты служит пьезоэлектрический фильтр Z1. Для согласования выхода преобразователя частоты с нагрузкой служит согласующий фильтр II (L6, 017, L7). С выхода преобразователя частоты сигнал ПЧ (465 кГц) поступает на контакт микросхемы DA2.  [c.42]

Механизм настройки включает в себя верньерношкальное устройство, кнопки фиксации настройки, блок УКВ с блоком катушек переменных индуктивностей. В катушках переменных индуктивностей для диапазонов ДВ и СВ используются ферритовые сердечники, для диапазона УКВ — латунные. На плате радиоприемника расположены переключатель диапазонов, микросхемы, транзисторы, контуры и трансформаторы П4 и другие детали. Механизм настройки и плата крепятся к корпусу радиоприемника. Транзисторы выходного каскада У34 установлены на радиаторе, который также крепится к корпусу радиоприемника двумя винтами.  [c.46]

Катушки индуктивности с сердечником из магнитодиэлектрика могут обладать переменной индуктивностью, обеспечивающей возможность настройки контуров посредством перемещения подвижных сердечников (подстроечников).  [c.334]

Активное сопротивление катушки складывается из величины сопротивления самой обмотки и сопротивления, обусловленного потерями в магнитодиэлектрике. Введение сердечника в катушку увеличивает значение самоиндукции ее в ббльшей степени, чем возрастает сопротивление, зависящее от потерь в сердечнике, в связи с чем добротность катушки возрастает. Катушки индуктивности с сердечником из магнитодиэлектрика могут обладать переменной индуктивностью, обеспечивающей возможность настройки контуров с помощью перемещения подвижных сердечников (подстроечников).  [c.354]

Поскольку максимальное напряжение на выходе генератора стандартных сигналов невелико (порядка 1 в), усилитель состоит из двух каскадов предварительного усиления и конечного (выходного) каскада. Этот каскад на выходе имеет колебательный контур, содержащий небольшой переменный конденсатор и катушку самоиндукщш, индуктивно связанную с настраивающимся приёмным контуром (для настройки в резонанс с частотой генератора стандартных сигналов) приёмный контур смонтирован в отдельном ящике (второй прибор слева). Индуктивная связь между катушкой выходной ступени усилителя и катушкой, входящей в приёмный контур, может легко регулироваться простым передвижением корпуса усилителя от ящика,  [c.274]

Магнитный метод применяется также для контроля деталей и инструмента после термической обработки. Контроль качества инструмента, изготовленного из быстрорежущих и высокохромистых инструментальных сталей, производится специальными приборами, называемыми аустенитометрами. Как видно из схемы аустенитометра, приведенной на фиг. 126, в цепь введены два сопротивления— лампа накаливания 1 (омическое сопротивление) и катушка 2 (индуктивное сопротивление). Катушка имеет отводы к переключателю 3. Параллельно катушке включена неоновая лампочка 4. Для регулирования в цепь введен реостат 5. Прибор питается от сети переменного тока 120 в.  [c.138]

ДРОССЕЛЬ НАСЫЩЕНИЯ — дроссель, индуктивное сопротивление которого регулируется подмагпичивапием железного сердечника постоянным током. В большинстве случаев Д. н. имеет две катушки переменного тока и одну катушку управления, по которой протекает постоянный ток.  [c.43]

ТРАНСФОРМАТОР — устройство для передачи энергии переменного тока с помощью индуктивно связанных. электрич. цепей. Простейший Т. состоит из диух индуктивно связанных катушек. Если к одной из пих (п ервичной) подключить источник переменной эдс Е (t), то возникающий в этой катушке переменный ток создает в др. катушке (в т о р и ч-н о й) 1дс индукции. Т. о. осуществляется передача энергии из первичной цепп, где включен внешний источник энергии, во вторичную, где может быть включена нагрузка.  [c.197]

Испытание неразрезных катугиек обычными способами практически невозможно, и в этом случае требуется применение опециальных методов. Возможны два основных метода, обеспечиваюш,ие получение повышенного напряжения между витками 1) метод непосредственного приложения напряжения к испытываемой катушке 2) индуктивный метод, при котором необходимая разность потенциалов между витками создается переменным магнитным потоком, пронизывающим испытуемую катушку.  [c.237]

При этом И. все провода схемы д. б. очень тщательно изолированы от вемли при помощи парафина или янтаря во избежание утечек заряда. Для И. емкостей от 10 Р до 10 Р с.нужат специальные мосты, питаемые током большой частоты (порядка 10 Нг). И. индуктивностей, содержащих в своей магнитной цепи железо, усложняется тем, что ток, проходящий по индуктивности во время И., намагничивает железо, а так как проницаемость последнего зависит от намагничивающего тока, а от проницаемо-с ги зависит величина индуктивности, то на 1 езультаты И. влияет сила тока, проходящего через индуктив- ,0 ность. Поэтому необходимо в таких случаях при И. пропус-кять ток той же силы, какая наблюдается в эксплоатации измеряемой индуктивности. Величины измеряемых Е или С получаются различными в зависимости от того, иа пос юянном или на переменном токе производилось их И., а также в последнем случае и в зависимости от частоты. И. взаимной индуктивности сводится к И. индуктивности. Если две катушки с индуктивностями и 2 соединить так, чтобы их потоки складывались, то суммарная индуктивность будет Х = -Ь 2 4- 2М. Если соединить их так. чтобы ик потоки вычитались, то I.» =  [c.515]

Для кривых намагничения на переменном токе определяют зависимость максимальных значений индукции В ах от максимальных значений напряженности поля Нтт или от действующих значений Н. Образцы для испытания как правило применяют кольцевые с двумя обмотками — намагничивающей, равномерно распределенной по кольцу, и измерител1,ной. Намагничивающую цепь рекомендуется питать через регулируемый изолирующий трансформатор. Для определения обычно пользуются индукционным методом И. магнитного потока (см. выше). Напряженность поля Нтах М- б. Определена плоскими или цилиндрическими калиброванными катушками. В этом случае измеряют такше среднее значение индуктированной эдс, однако чуп-ствительЕОсть этого метода не всегда оказывается достаточной. Я ял,- можно вычислить по намагничивающим ампервиткам, если измерить максимальное значение намагничивающего тока 1тт- Для ЭТОЙ цели применяют катушку взаимной индуктивности, шелательно регулируемую, первичная обмотка к-рой включается в намагничивающую цепь, а вторичная — через выпрямитель к магнитоэлектрич. прибору. Тогда  [c.524]

Конструктивно радиоприемник состоит из механизма настройки и платы. Механизм настройки включает в себя верньерно-шкальное устройство, кнопки включения диапазонов с фиксацией настройки, блок УКВ и блок катушек переменной индуктивности (три катушки с ферритовыми сердечниками для диапазонов ДВ и СВ н три катушки с алюминиевыми сердечниками для диапазона УКВ). Точная настройка на принимаемую радиостанцию может быть зафиксирована. Фиксация настро-ек осуществляется так же, как и у радиоприемника Турист . Механизм настройки жестко крепится к металлическому кожуху радиоприемника.  [c.47]

Рассмотрим устройство, представляющее замкнутый стальной сердечник с двумя катушками. Одну из них подключим к источнику напряжения переменного тока. Если в сердечнике создается магнитный поток, недостаточный для его насыщения, то в этом случае индуктивное сопротивление катушки будет значительным, а сила тока в ней — небольшой. Подк. -ючим теперь другую катушку к источнику напряжения постоянного тока. Эту катушку, а также протекающий в ней ток и ее м. д. с. назовем подмагничивающими. С увеличением тока подмагничивания сердечник насыщается и индуктивное сопротивление катушки, подключенной к источнику напряжения переменного тока, уменьшается, а ток в ней возрастает. Таким образом с помощью постоянного тока подмагничивания можно управлять значением переменного тока в катушке. Обмотку подмагничивания называют обмоткой управления. Описанное устройство, представляющее собой замкнутый стальной сердечник с двумя катушками (переменного тока и постоянного тока подмагничивания), называется управляемым дросселем. Для дросселя с сердечником из высококачественного магнитного материала, когда ток управления отсутствует, индуктивное сопротивление обмотки переменного тока очень велико, а ток в ней незначителен. С увеличением тока управления среднее значение переменного тока возрастает.  [c.115]

Принцип действия индуктивных уровнемеров основан на зависимости индуктивности одиночной катушки или взаимной индуктивности двух катушек от глубины погружения их в электропроводную жидкость. Такая зависимость обусловлена возникновением в жидкости под действием магнитного поля переменного тока возбуждения вихревых токов, магнитное поле которых оказывает размагничивающее действие на поле тока возбуждения. Действительно, по определению индуктивность L катупхки представляет собой отношение магнитного потока Ф к току I создающему этот поток = = Ф/7. При погружении катушки в жидкость в ней создаются вихревые токи, магнитное поле которых по закону Ленца направлено навстречу основному, т. е. результирующий магнитный поток будет меньше потока сухой катушки. Это означает, что индуктивность погруженной катушки меньше индуктивности сухой катушки. Таким образом, если индуктивный преобразо-  [c.152]

Катушка антенны имеет индуктивную связь с катушкой колебательного контура генератора незатухающих электромагнитных колебаний. Вынужденные колебания высокой частоты в антенне создают в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле. Со скоростью 300 ООО км/с электромагнитые волны распространяются от антенны.  [c.252]

Принцип работы магнитных каверномеров состоит в использовании явления электромагнетизма. Автономный блок с комплектом индукционных катушек вводят в исследуемую трубу. Катушки возбуждаются переменным током и создают магнитное поле. В проводнике-трубе переменное магнитное поле индуцирует вихревой ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле, противодействующее первичному полю катушки. Таким образом, первоначальное поле катушки ослабляется и индуктивность катушки снижается. При наличии дефектов изменяется поток локальных вихревых токов, который обнаруживают прибором. Когда блок пропускают через пораженный участок, возникает сигнал, обозначающий площадь этого участка. Для определения уменьшения толщины стенки используют двойные катушки и подают дифференцированный сигнал. Для неферромагнитных материалов этого устройства достаточно. Ферромагнитные материалы могут маскировать эффекты локальных вихревых токов от дефектов. Для стальных труб разработано дополнительное приспособление, образующее вокруг поисковой катушки постоянное магнитное поле, которое позволяет проводить на них магнитную кавернометрию.  [c.95]

В цепях переменного тока рассеяние мощности в катушках индуктивности иногда оценивают тангенсом угла магнитных потерь. Тороидальную катушку индуктивности с сердечником из магнитного материала, собственной емкостью и сопротивлением обмотки 1чОторой можно пренебречь, представим в виде схемы, состоящей из последовательно соединенных индуктивности L и сопротивления 1квивалентн0г0 всем видам потерь мощности в магнетике (рис. 9-10) для этого случая из векторной диаграммы получим  [c.273]

Магнитное сопротивление. Является обобщающей характеристикой, учитывающей магнитную проницаемость материала образца и его разрыхление, возникновение и развитие усталостных трещин [12. с. 121—1123]. По результатам измерений величины индуктивности катушки получены формулы для определения геометрических размеров усталостной трещины. Индуктивность катушки определялась на частоте 1000 Гц с помощью низкочастотного измерителя Е7-2 и автрматического моста Р-69,1 переменного тока с цифровым отсчетом и выходом на цифропечатающее устройство или перфоратор. Исследование магнитного сопротивления дает возможность в процессе испытания проследить стадии накопления усталостных повреждений, зафиксировать момент возникновения трещины и ха- рактер ее развития.  [c.42]

Источниками переменного магнитного поля при испытаниях методом вихревых токов служ>ат катушки индуктивности, по которым протекает переменный ток.  [c.12]

---

Типы катушек индуктивности — Справочник химика 21

    Для осуществления метода высокочастотного титрования исследуемый раствор подвергается действию высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого внутри так называемых измерительных ячеек, которые представляют собой — электрический конденсатор или катушку индуктивности. По этому признаку измерительные ячейки разделяются на две большие группы 1) емкостные ячейки, или ячейки с-типа, и [c.116]
    Катушка индуктивности ячейки типа л выполнена в виде проволочной спирали и заключена в стеклянную трубку, которая целиком погружена в исследуемый раствор. Особенность этой ячейки состоит в наибольшем по сравнению с предыдущими ячейками взаимодействии раствора с магнитной компонентой поля ячейки. [c.129]

    Э-Метры (рис. 29, б)—устройства, широко известные в практике радиотехнических измерений, служащие для определения добротности колебательных контуров и значений индуктивности и емкости, составляющих подобные контуры. При высокочастотном титровании измерительная ячейка подключается к цепи колебательного контура. Такое включение может быть либо параллельным (рис. 30, а) при сравнительно малой электропроводности раствора, либо последовательным (рис. 30, б)—в случае хорошо проводящих объектов. При титровании в ячейке индуктивного типа сосуд с раствором помещают в катушку индуктивности. Если катушка электрически не экранирована от исследуемого раствора, такая ячейка в значительной степени взаимодействует с раствором через электрическую компоненту (см. 13). [c.130]

    Схема, приведенная на рис. 3.28, в, отличается от выше рассмотренной тем, что в ней используется дифференциальная катушка индуктивности, выполняющая роль автотрансформатора. Для уменьшения сопротивлений 2з и 2 обеих половин обмотки трансформатора или катушки по отношению к источнику питания наиболее оптимальным соотношением является отношение индуктивного сопротивления обмотки трансформатора или катушки к измеряемому сопротивлению от 6 1 до 10 1. Следовательно, мостовая схема со вторым типом симметрии из-за наличия потока рассеяния и активного сопротивления обмоток не позволяет получить ту же [c.451]

    На рис. 1-3 представлена измерительная ячейка конденсаторного типа с ее эквивалентными электрическими схемами. Параллельной схемой удобно пользоваться в тех случаях, когда в измерительной схеме прибора параллельно датчику подключается катушка индуктивности или параллельный колебательный контур. В этом случае при резонансе собственной частоты колебательного контура и частоты питающего генератора эквивалентная емкость и сопротивление ячейки могут проявлять свое действие независимо друг от друга согласно уравнениям параллельной эквивалентной цепи. [c.10]

    Измерительные ячейки индуктивного типа характеризуются тем, что сосуд с раствором электролита помещается в качестве сердечника в катушку индуктивности, питаемую высокочастотным напряжением. [c.35]

    Для индуктивных ячеек предлагаются три типа эквивалентных схем трансформаторная (рис. 1-12,6), последовательная (рис. 1-12,б) и схема без связи (рис. 1-12,г) [Л. 17]. В этих схемах 1—индуктивность самой катушки 2 — дополнительная индуктивность анализируемого раствора в сосуде, определяемая его геометрией Яг — активное сопротивление катушки индуктивности Я2— дополнительное сопротивление анализируемого раствора в сосуде Я — эквивалентное сопротивление индуктивной ячейки. [c.37]

    На рис. 3-7 представлена схема автоматического высокочастотного кондуктометра типа АВК-58 Л. 16], предназначенного для измерения концентрации серной кислоты в пределах 0—10%. Принцип действия прибора основан на измерении потерь высокочастотной энергии в колебательном контуре, одним из элементов которого является катушка индуктивности с. анализируемым раствором. Эти потери являются функцией концентрации раствора, если изменение последней однозначно из-58 [c.58]

    Блок зарядки состоит из высоковольтной установки типа АИИ-70 либо УПУ-1М. Выпрямленное регулируемое высокое напряжение подается к одному из электродов через катушку индуктивности 12 в цепь зарядки рабочего конденсатора. [c.102]

    В последнее время нашли применение безэлектродные высокочастотные концентратомеры, являющиеся разновидностью кондуктометрических приборов. В зависимости от вида измерительной ячейки эти концентратомеры могут быть конденсаторного и индуктивного типа [9]. В концентратомерах конденса-торного типа измерительная ячейка состоит (рис. 20, а) из стеклянного сосуда 1 с исследуемым раствором 2, на поверхности которого устанавливаются изолированные друг от друга металлические электроды, служащие обкладками конденсатора. В концентратомерах индуктивного типа (рис. 20, б) стеклянный сосуд помещен внутрь катушки индуктивности. [c.60]

    Электролитическая ячейка емкостного типа, которую подключают параллельно катушке индуктивности, образует вместе с ней колебательный контур. Добротность контура будет меняться в процессе титрования в результате изменения проводимости раствора. Это отразится на значении сеточного тока, величина которого и может служить мерой электропроводности раствора. [c.263]

    Электролитическая ячейка емкостного типа, которую подключают параллельно катушке индуктивности, образует вместе с ней колебательный контур. Добротность контура будет меняться в про- [c.228]

    В резонанс. После этого амплитуда резонансных колебаний на контурах будет обратно пропорциональна их добротности. Разность напряжений между контурами после выпрямления подается на измерительный прибор, в качестве которого может служить гальванометр типа М-82. Все катушки индуктивности намотаны на ферри-товых сердечниках диаметром 9 мм проводом ПЭЛ 0,25. Катушки [c.239]

    Основные типы автогенераторов. Два распространенных тина автогенераторов ( трехточек ) представлена на рис. 39. Один из них является индуктивным или автотрансформаторным типом, второй — емкостной трехточкой . Разделительный конденсатор Ср обладает большой емкостью, поэтому он полностью шунтирует высокочастотную составляюш ую анодного тока лампы. Следовательно, зажимы а катушки индуктивности во всех случаях могут считаться соединенными с анодом лампы, а точки б — с ее сеткой. В соответствии с выражениями (4.2, 4.3) и (4.6) условие амплитуд для этих схем записываются следующим образом  [c.88]

    Трудно найти радиотехническое устройство, в котором не использовались бы электрические фильтры. Первые простейшие фильтры, служившие для разделения телеграфных и телефонных сигналов, передававшихся по одному проводу, и состоявшие из одной катушки индуктивности и одного конденсатора, были применены русским военным связистом капитаном Игнатьевым еще в XIX веке. Другим простейшим типом фильтров, появившимся практически с момента зарождения радиотехники, был колебательный контур, также состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. [c.5]

    Схема весов, приведенная на рис. 3.17, включает в себя генератор 1, преобразователь перемещения 2 подвижной системы, представляющий собой равноплечее коромысло 5 с подвесками 8, детектор 3, усилитель 4, магнитоэлектрические обратные преобразователи соленоидного типа 6, закрепленные на тягах коромысла постоянные магниты 7, дифференциальный индуктивный датчик, включающий катушки 10, и сердечник [c.67]

    Напряжение 220 в, I = 3—3,5а, С = 0,005—0,01 мкф, катушка индуктивности отключена. Аналитический промежуток2,5лш, постоянный электрод — пруток электролитической меди с диаметром 3—4 лш. Применяется спектрограф кварцевый, средней дисперсии, ширина щели спектрографа 0,025 лш. Предварительное обыскривание в течение 60 сек., экспозиция зависит от чувствительности пластинки (спектральные типа I). Используется аналитическая пара линий А1 3082,16 — Fe 3083,74 А. Относительная ошибка метода 3,5%. [c.150]

    На рис. 4-25 представлена схема электронного влагомера типа ЭВК-6 [Л. 16]. В зависимости от типа применяемого датчика этот прибор может быть использован для измерения влажности твердых монолитных и сыпучих материалов, а также жидких сред. Влагомер состоит из высокочастотного генератора, собранного на лампе и настроенного на частоту 2,8 Мгц. Катушки индуктивных колебаний контуров намотаны на тороидальный сердечник из оксифера. [c.106]

    Индуктивной ячейкой называется сосуд из диэлектрика с раствором, помещенный в магнитное поле катушки индуктивности (рис. 17, А). Особенностью ячеек этого типа является повышенная чувствительность к изменению электропроводности в хорошо проводящих средах. Наиример, в работе [17] показано, что измеримой эффект взаимодействия растворов сильных электролитов с магнитным нолем ячейки индуктивного типа наблюдается лишь при концентрациях растворов не ниже 0,1—0,4 молъ1л (нри частоте поля 5—55 Мгц). Это явление объясняется вероятно тем, что взаимодействие через магнитную компоненту возможно только при наличии собственного магнитного поля раствора, что предполагает в нем наличие значительных токов проводимости (1.60). [c.45]

    В Советском Союзе используется литцендрат типа ЛЭШО и ЛЭШД (рекомендации см. в работах Майоров А. С. Альбом частотных характеристик добротности катушек индуктивности на броневых сердечниках шпа СБ. М., Госэнергоиздат, 1958), Васильева Л. С., Завалина И. Н., Кали-нер Р. С. Катушки индуктивности аппаратуры связи. М., Связь , 1973. Прим. ред.) [c.32]

    Генератор типа УЗГ-20 в основном предназначен для питания большого числа магнистострикционных излучателей, работающих на жидкую фазу. Схема самовозбуждения, применяемая в генераторе типа УЗГ-20, аналогична генератору УЗГ-10 (см. ниже). Генератор собран по двухтактной схеме с самовозбуждением на двух лампах ГУ-10А. Анодное питание параллельное, без разделительных конденсаторов. В схеме предусмотрено повышение к. п. д. генератора до 80—85% за счет прямоугольного импульса, полученного на анодах и сетках ламп с помощью анодного и сеточного дросселей. Колебательный контур находится в цепи анода и образован параллельным соединением катушки индуктивности батареи конденсаторов. [c.81]

    Для измерения амплитуды колебаний поверхности излучателя или инст1румента, с ним соединенного, используются приборы типа УБВ (А. В. Стамов-Витковский). В приборах этого типа используется -следующий принцип измерения. В приборах УБВ-2 при близком взаимном расположении катушки датчика и вибрирующей металлической поверхности индуктивность катушки будет зависеть от магнитной проницаемости участка от катушки до поверхности металла. Вместо катушки индуктивности можно также применить в качестве датчика конденсатор, емкость которого зависит от расстояния между пластинами. При изменении расстояния между катушкой и вибрирующим объектом будет меняться магнитная проводимость этого участка и, следовательно, индуктивность катушки датчика или его емкость. [c.22]

    Виброметр типа УБВС-3. Основным отличием прибора УБВС-3 является применение в нем селективного усилителя. Прибор состоит из гене ратора, полосового усилителя, ЧМ детектора, селективного и выходного усилителей и индикатора. В качестве датчика используется катушка индуктивности колебательного контура. [c.23]

    Реле уровня 38Е фирмы Данфосс (Дания). Реле 38Е состоит из датчика уровня поплавкового типа с катушкой индуктивности и блока усилителя с выходным реле. [c.167]

    Конструкция счетчика типа Тур б о к в а ит (рис. 16). В нефтяной промышленности широко используют счетчики типов НОРД (Россия) и Турбоквант (Венгрия). Их конструкция и принцип действия примерно одинаковы. Стальнок корпус / устанавливают на фланцах непосредственно в трубопроводе соответствующего диаметра. Внутри корпуса закреплены с помощью распорных пластигг 8 передняя 2 и задняя 3 опоры, в которых вращается ротор 4. На ось ротора помещают зубчатый диск иэ ферромагнитного материала. В верхней части корпуса находится индуктивный датчик, состоящий из катушки 5. якоря 7 и расположенного внутри катушки постоянного. магнита 6. При каждом обороте ротора индуктивный датчик выдает импульсы, число которых равно числу зубьев ферпо-магнитного диска. Для увеличения мощности сигналов в датчик ио заказу может быть встроен предварительный усилитель. При ЭТОМ , дальность передачи импульсов достигает 700—8()0 м. [c.67]

    Расстояние между электродами может изменяться от 20 до 40 см. Электроды через подвесные проходные изоляторы 3 подсоединены к высоковольтным выводам двух трансформаторов 5 типа ОМ-66/35 мощностью по 50 кВА. Они установлены наверху технологической емкости. Напряжение между электродами может иметь значения II, 33 и 44 кВ. Для ограничения величины тока и защиты электрооборудования от короткого замыкания в цепь первичной обмотки трансформаторов включены реактивные катушки 4 типа РОС-50/05. Реактивные катушки обладают большой индуктивностью, поэтому при возрастании тока происходит перераспределение напряжений и разность потенциалов между электродами уменьшается. Реактивные катушки установлены наверху технологической емкости рядом с трансформаторами. Нагретая нефтяная эмульсия 1, содержащая реа-гентдеэмульгатор и до 10% пресной воды, поступает через два распределителя эмульсии 6 под слой отделившейся воды и поднимается вверх. После прохода через границу раздела вода-нефть нефтяная эмульсия попадает сначала в зону низкой напряженности электрического поля, образующейся между нижним электродом и поверхностью отделившейся воды, и затем в зону высокой напряженности между верхним и нижним электродами. Под действием электрического поля капли воды, содержащиеся в нефти, поляризуются, взаимно притягиваясь друг к другу, коалесцируют, укрупняются и осаждаются. Обезвоженная и обессоленная нефть II выводится сверху аппарата через сборник нефти 2, а отделившаяся вода III — снизу. [c.79]

    Оба описанных выше типа реле пригодны лишь в случае ограниченной частоты включения, так как при этом включается и выключается ток в индуктивном контуре катушки. При регулировании температуры с помощью контактных термометров приходится. иметь дело с частыми включени-ями и выключениями, для чего значительно больше пригодны реле типа Т , которые снабжены добавочным сопротивлением. [c.480]

    Напряжение во вторичной цепи трансформатора 3000 в, ток питания трансформатора 0,8 а, величина зазора в задающем разряднике 0,9—1 мм. Емкость разрядного контура 0,01 мкф, емкость шунтирующего конденсатора 120 пф индуктивность катушки 0,01 мгн, аналитический промежуток l,8лширина щели спектрографа 0,015 лш. В качестве подставного электрода применяют пруток из электролитической меди с диаметром 5—блш, заточенный в рабочей части на цилиндр с диаметром 1,6 лш. Спектры снимают без конденсора, расстояние от искры до щели спектрографа ЮОлш. Предварительное обыскривание в течение 35—40 сек., экспозиция 25—30 сек., фотопластинки спектральные типа 1 используется аналитическая пара линий А1 3082,15 —Ее 3083,74 А. Определяемые пределы 0,04—2,0%, относительная ошибка не больше 4,5% [212а]. [c.149]

    Ферросилиций измельчают в железной ступке в порошок (200 меш), последний тщательно перемешивают с медным порошком в соотношении 3 7. Из 1 г этой смеси прессуют брикеты диаметром 7 мм. Источник света — генератор ИГ-2, ток питания генератора За емкость конденсатора 0,01 мкф, индуктивность катушки 10 мкгн, промежуток в разряднике 3,7 мм, аналитический промежуток 2,7 мм. Постоянный электрод — угольный пруток диаметром 5 мм, заточенный на усеченный конус с площадкой диаметром 1 мм. Ширина щели спектрографа 0,025 мм предварительное обыскривание 60 сек., экспозиция 30 сек. Фотопластинки спек-ральные типа I или диапозитивные чувствительностью 0,5 ед. ГОСТ. Аналитическая пара линий А1 3082,16 — Си 3108, 60 А. Определяемые пределы 1,50—5,0% алюминия. Относительная ошибка метода 2,9%. [c.152]

    Используют спектрограф средней днсперсин, источник возбуждения — конденсированная искра, включенная по простой схеме (без прерывателя). Ток питания генератора 1,5—2 а, напряжение во вторичной цепи трансформатора 12 000 емкость конденсатора 0,01 мкф, индуктивность катушки 0,1 мгн. Аналитический промежуток 3 мм, ширина щелн спектрографа 0,025 лл. В качестве постоянного электрода применяют графитовый или угольный стержень, заточенный на усеченный конус с площадкой диаметром 2—2,5 мм. Предварительное обыскривание 120 сек., применяют фотопластинки спектральные типа 1 или диапозитивные. Аналитическая пара линий А1 3082,16 — Си 3073,90 А, определяемые пределы 0,01—0,2 % алюминия. [c.154]

    В высокочастотных титрометрах второго типа—Q-мeтpax используется влияние ячейки на электрические параметры генератора. На рис. 203 изображена одна из схем Q-мeт-рического титрования. В этой схеме ячейка 1 индуктивно при помощи катушки 2 связана с колебательным контуром генератора 3. Изменение электропроводности раствора в ячейке вызывает изменение потерь в колебательном контуре генератора, что приводит к изменениям сеточного тока, измеряемого микроамперметром 4, и анодного тока,» измеряемого микроамперметром 5. Наблюдение сеточного тока удобнее, чем анодного тока. В точке эквивалентности происходит резкое изменение сеточного тока. [c.358]

    Разработана более совершенная конструкция высокочастотного кондуктометра (АВК-60-1) для измерения и регулирования концентрации соляной кислоты в аппарате для выделения гидразобензола. Этот прибор имеет погружной датчик индуктивного типа. В стеклянном закрытом стакане закреплен ферри—говый стережень с обмоткой. Нижняя часть стакана дополнительно защищена фторопластом. Электрические свойства катушки, являющейся одним из элементов схемы, в которую включен генератор высокой частоты, изменяются в зависимости от концентрации НС1 в суспензии. Преимущество конструкции этого прибора состоит в том, что чувствительный элемент датчика вообще не соприкасается с реакционной средой. Это особенно важно в связи с тем, что реакционная среда содержит взвесь твердых частиц гидразобензола. Данный прибор применим также для измерения концентрации НС1 в растворе в диапазонах 15—19 и 21—27%. [c.225]

    Дифманометры — кольцевые весы выпускаются также с индуктивной системой передачи показаний на расстояние, аналогичной той, которая применяется для поплавковых дифманометров. Для этого в показывающих типа ДКТПВЭ и ДКТПРЭ и бесшкальных дифманометрах устанавливается катушка, внутри которой. плунжер перемещается при повороте кольца. [c.205]

    Регулятор влажности с датчиком ДВИП. При измерении влажности воздуха в камерах с низкими температурами применение психрометрического метода требует очень высокой точности измерения температуры. Волосяные гигрометры дают большую остаточную деформацию. Поэтому в настоящее время на крупных холодильниках получили распространение регуляторы относительной влажности с датчиком типа ДВИП (рис. 90). Чувствительным элементом этого датчика служит мембрана 1, изготовленная из гигроскопической пленки. При повышении влажности мембрана прогибается и сердечник 2 опускается, изменяя индуктивное сопротивление катушки 3. Возникающий разбаланс дифференциально-мостовой схемы подается на электронный усилитель ЭУ вторичного прибора ДСР-1, к которому подключен ДВИП. Усиленный сигнал разбаланса поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя РД. При вращении двигателя кулачок К перемещает сердечник катушки вторичного прибора до тех пор, пока не устранится разбаланс, вызванный перемещением сердечника ДВИП. Двигатель РД останавливается, когда напряжение на входе [c.176]

    Недостатком такого типа индуктивных выключателей, работающих на принципе рассеяния магнитного потока при размыкании магнитопровода, является необходимость более или менее точной установ ки якоря в момент замыкания поля отиоситетельно наконечников. При несоблюдении этого условия работа индуктивных выключателей становится ненадежной, потому что изменение силы тока в катушке реле может оказаться недостаточным для его срабатывания. [c.435]

    Ячейки для Т. и их эквивалентные схемы а — емкостного тииа б — индуктивного типа В — сопротивление раствора i — емкость конденсатора, образованного раствором, стенкой ячейки и наружными электродами с., — емкость раствора Я, Li,L2, М — соответствешю эквивалентное сопротивление раствора, его индуктивность, взаимоиндукция катушки Li и раствора. [c.98]

    Из комбинированных схем регуляторов непрямого действия широкое распространение приобрела электронно-пневматич. система. Примером может служить регулятор типа ЭРПР-2, предназначенный для регулирования малых расходов жидкостей и пригодный для регулирования любых параметров, преобразованных в перемещение сердечника дифференциальной индуктивной катушки. [c.297]

    Пленочный датчик влажности типа ДВИП (рис. 98,в), как и волосяной гигрометр, преобразует изменение относительной влажности в перемещения. С повышением ф упругость мембраны из гигроскопической пленки 1 падает и плунжер 2, опускаясь, увеличивает индуктивность нижней катушки 3, одновременно уменьшая индуктивность верхней катушки. Диапазон измерения ф от 40 до 98% при температуре воздуха от —30 до -35°С. Погрешность 5%. [c.162]

---

Как заколебать ток. Конденсаторы и катушки

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Как заколебать ток. Конденсаторы и катушки

Начинаем с первого и самого главного блока — ГВЧ (Генератор Высокой частоты).

Как вы помните, генератор обязан преобразовать постоянный ток батарейки в переменный ток ВЧ. Для этого обычно используют транзистор и еще две детали, с которыми мы пока что не знакомы: конденсатор и катушку индуктивности.

Конденсатор — это элемент, способный накапливать в себе электрическую энергию. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, изолированных между собой непроводящим материалом (диэлектриком). Эти пластины называют обкладками конденсатора.

Обозначение конденсатора на схеме полностью объясняет его конструкцию:

Конденсатор можно сравнить с батарейкой. Вот только, в нем нет той силы, которая перекидывает заряд в обратную сторону.
Если вспомнить нашу научно-экспериментальную установку с бутылками, то сначала (пока мы не стали вычерпывать воду из в одной бутылки в другую) ее можно было сравнить именно с конденсатором. То есть: наливаем воду в одну бутылку, вторая пуста. Пускаем воду по шлангу. Вторая бутылка — заполняется, первая — опустошается. Это происходит до тех пор, пока уровни в двух бутылках не сравняются, и ток не прекратится.

Так же и в конденсаторе. Когда он заряжен — на одной обкладке электронов больше, чем на другой. То есть, у них разные заряды, а значит — есть разность потенциалов (напряжение). Если к заряженному конденсатору подключить нагрузку, скажем, резистор — потечет ток, и через определенное время заряды двух обкладок сравняются, ток прекратится. То есть — конденсатор разрядится. Чтобы ток пошел снова, нужно опять создать разность потенциалов — то есть, зарядить конденсатор.

Вот так, в общем, все несложно.

Катушка индуктивности — это такая обычная катушка из металлической проволоки.

Можно на что угодно намотать кусок проволоки — это уже будет катушка индуктивности.
На схеме она изображается так:

Катушка обладает некоторыми полезными электрическими свойствами. Какими? Сейчас разберемся.

Итак, коль уж вспомнилась нам лабораторная установка из бутылок — давайте ее апгрейдить.
На сей раз нам понадобится водяная турбина. Честно говоря, я не пробовал ее делать, поэтому — не скажу рецепт приготовления =). Однако, если кто-то решится, и у него получится — можете поделиться с народом своим счастьем… и технологией.
Водяная турбина состоит из лопастей, сидящих на оси. Все это находится внутри герметичного кожуха, но ось выводится наружу. При протекании воды, лопасти начинают вращаться. Такие турбины используют, например, на гидроэлектростанциях. На их оси сидят электрогенераторы.

У нас же все проще и меньше. И на ось мы посадим не мощный генератор, а просто какое-нибудь тяжелое круглое колесико, чтобы воде было трудно его вращать.

Кстати! Протекающая вода вращает турбину. Но возможно и обратное: вращающаяся турбина может вызывать ток воды. Помним об этом…

Ну, в общем, всобачим эту турбину между двумя бутылками, и нальем в левую бутылку воды. Смотрим, что происходит.
А вот что происходит. Поскольку есть разность потенциалов (то есть, давлений) — вода хочет течь из левой бутылки в правую. Но на пути — турбина! Ничего не остается, как ее крутить. Хочешь жить — умей вертеться. =)

Однако, турбина начинает крутиться не сразу, а постепенно, потому что на ее оси — тяжелое колесо, которое создает инерцию. Поэтому, сначала вода течет медленно, и постепенно, своим током разгоняет турбину. Чем быстрее крутится турбина — тем быстрее перетекает вода в правую бутылку. Перетекает, перетекает… И вот — уровни сравнялись! Казалось бы, пора остановиться. Куда там! Турбина раскрутилась до таких оборотов, что и не думает остановиться, и продолжает по инерции гнать воду из левой бутылки в правую. Однако, постепенно ее скорость снижается, и через некоторое время, она, все же, останавливается.

Но теперь уже в правой бутылке воды больше, чем в левой. И она хочет течь обратно. Турбина начинает крутиться в обратную сторону. Сначала — нехотя, потом — все быстрее и быстрее. В момент, когда уровни равны, турбина опять несется на полных оборотах, и продолжает гнать. Останавливается она, когда в левой бутылке уровень снова больше, чем в правой. Все повторяется заново.

То, что мы видим, называется простым и знакомым нам словом — «колебания».

В идеальных условиях (отсутствие трения и т.п.), этот колебательный процесс длится бесконечно. В реальности — через несколько циклов (периодов), он затухнет. То есть, уровни таки сравняются. Но не в этом суть. Главное, что мы только что познакомились с принципом работы самого распространенной в радиотехнике схемы — колебательного контура. На водяной его модели. =)

Так вот, турбина в нашей научно-экспериментальной мегаустановке — это и есть катушка индуктивности.

У катушки индуктивности, надо сказать, весьма скверный характер. Она, по русски выражаясь, «тормозит». То есть, когда ток, текущий через нее начинает увеличиваться — она всячески препятствует его увеличению. А когда ток уменьшается — она наоборот, «подгоняет» его, не давая уменьшаться. Ну чем не турбина?!

Однако, в счастливом союзе с конденсатором, катушка образует тот самый колебательный контур, без которого не смог бы работать ни один радиоприемник и передатчик.

Вот как выглядит колебательный контур:

Если зарядить конденсатор, а потом подключить к нему катушку — ток в катушке начнет мотаться туда-сюда точно так же, как вода — в турбине.

Как вы, может быть, уже догадались — именно колебательный контур мы будем использовать для преобразования постоянного тока в переменный в нашем генераторе. Однако, прежде чем преступить к преобразованию, познакомимся еще с одним элементом. Без него ничего не получится.

<<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Как работают индукторы? — Utmel

Катушки индуктивности — это элементы накопления энергии, которые преобразуют электрическую энергию в магнитную энергию для хранения. Он похож на трансформатор, но индуктор имеет только одну обмотку. Конструкция индуктора обычно состоит из каркаса, обмотки, экрана, упаковочного материала, железного сердечника и магнитопровода.

Каталог

Ⅰ Введение

Индукторы — это элементы накопления энергии, которые преобразуют электрическую энергию в магнитную для хранения.Он похож на трансформатор, но индуктор имеет только одну обмотку. Конструкция индуктора обычно состоит из каркаса, обмотки, экрана, упаковочного материала, железного сердечника и магнитопровода. Индуктор — это пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитного потока. Когда ток течет, справа от направления тока создается магнитное поле. В своей основной форме индуктор может быть такой же простой, как проволочная катушка.Сделав провода вокруг сердечника, можно увеличить индуктивность вдвое. Характеристики материала магнитопровода имеют большое влияние на значение индуктивности, и характеристики индуктивности также могут быть оптимизированы за счет формы.

Катушки индуктивности обладают важными характеристиками, которые инженеры могут использовать для управления энергией и управляющими сигналами. Основные характеристики индуктора:

1. В отличие от резистора , электрическая энергия, связанная с наведенным током, не будет рассеиваться в виде тепла, а будет накапливаться в соответствующем магнитном поле;

2.Когда ток индуктора прерывается, он возвращается в цепь;

3. Поведение индуктора зависит от частоты;

4. Когда магнитное поле накапливает энергию, которую оно может принять, индуктор «насыщается». После этого, если произойдет увеличение тока, сила магнитного поля не будет увеличиваться, а избыточная электрическая энергия будет рассеиваться в виде тепла.

Используя эти характеристики, катушки индуктивности обычно используются для моделирования цепей фильтров и для управления потоком энергии в импульсных преобразователях мощности.6 мкГн.

Когда на катушку индуктивности подается напряжение, скорость нарастания тока зависит от напряжения и значения индуктивности. Потенциал 1 В на катушке индуктивности 1H увеличивает ток со скоростью 1 А в секунду. Применимая здесь формула: V = L * di / dt. Ток 1 А через катушку может создать магнитный поток 1 Вт, поэтому эта катушка имеет индуктивность 1 Гн.

Кроме того, существуют индукторы общего назначения и прецизионные индукторы, как показано ниже:

	Прецизионный индуктор			Индуктор общего назначения
Symbol	F	G	J	K	L	M
Допуск	1%	2%	5%	10%	15%	20%

Ⅲ Что делает индуктор?

1.Роль индукторов в переменном токе

Когда переменный ток течет в катушку индуктивности, и катушка индуктивности будет препятствовать его изменению. Он не сразу становится большим, а увеличивается медленно. Когда питание переменного тока отключено, индуктор переменного тока не потеряет сразу, а постепенно станет меньше.

Этот процесс хорошо видно по изменению яркости лампы накаливания. В цепи переменного тока последовательно включаются индукторы, лампы накаливания, переключатели и т. Д.При замкнутом выключателе лампа накаливания включается не мгновенно, а из темного в яркое. Когда выключатель выключен, лампа накаливания не выключается внезапно. Он меняется от светлого к темному. Весь процесс ясно показывает, что рабочая функция индуктора заключается в стабилизации тока. Электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию, а затем магнитная энергия преобразуется в электрическую. В обоих процессах первый представляет собой лампу накаливания от темного к яркому, а второй — от яркого к темному.

2. Роль катушек индуктивности в фильтрации индуктивности

В цепи постоянного тока, когда через индуктор протекает ток, в катушке мгновенно создается индуцированное магнитное поле, и магнитное поле индуцирует ток. . Направление индуцированного тока и тока, протекающего через катушку индуктивности, противоположны, что будет препятствовать прохождению внешнего тока. Текущий ток стабилизируется, и индуцированное магнитное поле больше не будет изменяться, поэтому постоянный ток может течь плавно.

Из этого процесса мы можем видеть, что индуктивность фактически препятствует изменению тока. При прохождении через переменный ток, поскольку переменный ток изменяется в любое время, индуктивность всегда сопротивляется этому изменению и препятствует прохождению переменного тока.

Рисунок 1. Схема фильтра π-типа

Препятствующее влияние катушки индуктивности на переменный ток называется индуктивным реактивным сопротивлением, и оно связано с частотой переменного тока и индуктивностью.Чем выше частота переменного тока, тем больше индуктивность и индуктивное сопротивление. Воспользовавшись этой функцией, мы часто используем ее при фильтрации источников питания. На приведенном выше рисунке показана схема фильтра π-типа, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности. После фильтрации конденсатора в сигнале постоянного тока будут небольшие колебания. Однако катушка индуктивности может препятствовать изменению тока, так что она может подавлять эти небольшие колебания, тем самым выводя более чистую мощность постоянного тока.

За исключением описанных выше эффектов блокировки и фильтрации, индуктор также выполняет функции подавления помех электромагнитных волн, фильтрации сигналов, стабилизации тока и фильтрации шума.

Ⅳ Как работают индукторы?

Рисунок 2. простая конструкция индуктора

На принципиальной схеме индуктор выглядит следующим образом:

Рис. Обозначение индуктора

Когда через провод течет ток, вокруг него создается концентрическое магнитное поле. В это время, если провод сгибается в «форму пружины», как показано на рисунке, магнитный поток внутри индуктора будет указывать в том же направлении, тем самым усиливая магнитное поле.Регулируя количество витков, можно создать магнитное поле, пропорциональное количеству витков. Это принцип работы индуктора.

Рисунок 4. Принцип индуктора

Магнитное поле создается, когда ток проходит через индуктор, и наоборот, изменения магнитного поля создают ток. (Закон электромагнитной индукции)

E = L ・ (di / dt)

L: Самоиндуктивность индуктора E: обратная ЭДС

Противоэлектродвижущая сила E, генерируемая в индукторе, пропорциональна скорости изменения тока на единицу времени (di / dt), поэтому это не происходит, когда определенный ток продолжает течь в том же направлении, что и постоянный ток.Другими словами, катушка индуктивности не влияет на постоянный ток, а только на переменный ток, чтобы блокировать ток. Используя это свойство индуктора, его можно использовать в качестве сопротивления (импеданса) в цепи переменного тока. Полное сопротивление Z (единица Ом) индуктора составляет:

Z = ωL = 2πfL

f — частота переменного тока, а L — собственная индуктивность индуктора.

Катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитного потока. Обычно провод наматывают, при прохождении тока магнитное поле создается с правой стороны от направления тока.

Рисунок 5. Магнитное поле индуктора

Формула расчета значения индуктивности приведена ниже. Чем больше количество валков, тем сильнее магнитное поле. В то же время увеличение площади поперечного сечения или изменение магнитопровода может усилить магнитное поле.

Рисунок 6. Формула расчета значения индуктивности

Итак, давайте посмотрим, что происходит с индуктором, когда через него протекает переменный ток.Переменный ток относится к току, величина и направление которого периодически меняются со временем. Когда через катушку индуктивности проходит переменный ток, создаваемое током магнитное поле отключает другие обмотки, создавая обратное напряжение, которое препятствует изменению тока. В частности, когда ток внезапно увеличивается, электродвижущая сила в направлении, противоположном току, то есть в направлении уменьшения тока, будет генерироваться, чтобы препятствовать увеличению тока.И наоборот, когда ток уменьшается, он генерируется в направлении увеличения тока.

Рисунок7. Переменный ток течет через катушку индуктивности

Если направление тока меняется на противоположное, также будет генерироваться обратное напряжение. Прежде чем ток будет заблокирован обратным напряжением, ток будет обратным, так что ток не сможет течь. С другой стороны, постоянный ток не изменяется из-за тока, поэтому нет обратного напряжения и нет опасности короткого замыкания.Другими словами, индуктор — это компонент, который пропускает постоянный ток, но не переменный.

Рисунок 8. Обратный ток течет через катушку индуктивности

Следующий рисунок поможет вам понять, как индуктор работает в цепи:

Рисунок 9. индуктор работает в цепи

Здесь вы видите батарею, лампочку, катушку вокруг (желтого) железного блока и выключатель. Катушка — это индуктор.Если вы прочитали принцип работы электромагнита, вы будете знать, что индуктор — это электромагнит.

Если убрать дроссель из схемы, то получится обычная вспышка. Закройте выключатель, и лампочка загорится. Если индуктор установлен в схеме, как показано, его роль будет совершенно иной.

Лампочка представляет собой резистор (сопротивление выделяет тепло и заставляет нить накаливания в лампочке светиться). Сопротивление провода в катушке намного ниже (это просто провод), поэтому, когда вы включите переключатель, вы увидите, что лампочка тускло светится.Большая часть тока будет проходить через контур через цепь с низким сопротивлением. На самом деле происходит следующее: когда вы замыкаете выключатель, лампочка сначала горит ярко, а затем гаснет. Когда вы включаете выключатель, лампочка становится очень яркой, а затем быстро гаснет.

Это дроссель вызывает это странное явление. Когда ток начинает течь в катушке впервые, катушка образует магнитное поле. Во время формирования магнитного поля катушка препятствует протеканию тока.Как только магнитное поле сформировано, ток обычно может проходить через провод. Когда переключатель разомкнут, магнитное поле вокруг катушки заставляет ток течь в катушке до тех пор, пока магнитное поле не исчезнет. Благодаря этому току лампа может гореть некоторое время даже при разомкнутом переключателе. Другими словами, индуктор может накапливать энергию в своем магнитном поле и обычно предотвращает любое изменение количества тока, протекающего через него.

Представьте себе поток воды …

Интуитивно понятный способ понять принцип работы индуктора — представить узкую водопроводную трубу с протекающей по ней водой и тяжелое водяное колесо с лопастью, погруженной в водопроводную трубу.Представьте, что вода в водопроводе изначально не течет. Теперь вы пытаетесь заставить воду течь. Водяное колесо будет останавливать поток воды, пока оно не начнет вращаться со скоростью воды. Если вы попытаетесь остановить поток воды в водопроводной трубе, вращающееся водяное колесо будет продолжать перемещать воду до тех пор, пока скорость водяного колеса не уменьшится до скорости потока воды. Принцип работы индуктора такой же, то есть поток электронов в проводе — индуктор препятствует изменению потока электронов.

Рекомендуемый артикул:

Основы индуктивности: структура, параметры и измерения

Типы индукторов и сердечников, их использование и приложения

Катушки индуктивности, устройства, которые передают и измеряют ток в зависимости от величины приложенного напряжения, по сути, являются электромагнитами, которые накапливают и выпускают 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 на 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, формованные индукторы и индукторы с керамическим сердечником — это все 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 цилиндрическую или стержневую форму 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.

Индукторы 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. В конечном итоге это приведет к перегрузке клеммного контакта. 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.

Прочие изделия из двигателей

Прочие «виды» изделий

Больше от Automation & Electronics

Проще говоря, что такое индуктор | ОРЕЛ

Можете ли вы назвать тройку пассивных компонентов для электронных устройств? Мы говорим о резисторах (R), конденсаторах (C) и индукторах (L).Это трио составляет основу всех наших электронных устройств, открывая путь к созданию удивительных вещей с такими простыми концепциями. Итак, в то время как резисторы сопротивляются потоку электричества, а конденсаторы изо всех сил стараются удерживать заряд, что вообще делают катушки индуктивности? Этот компонент немного загадочнее других, он использует магию магнетизма. Хотите знать, какие секреты внутри? Давайте разберемся!

Как яблоки к яблокам, вид

Прежде чем мы углубимся в детали индуктора, давайте сначала начнем с того, что нам знакомо.Как и конденсатор, индуктор хранит электрическую энергию. За исключением того, что вместо накопления энергии в электрическом поле, как это делает конденсатор, индуктор накапливает энергию в магнитном поле.

Вся энергия индуктора накапливается в магнитном поле. (Источник изображения)

Когда вы смотрите на трио пассивных компонентов, конденсаторы и катушки индуктивности похожи на братьев-близнецов. Они оба занимаются схожей деятельностью, накапливая энергию, просто у них есть своя уникальная личность и способ выполнять эту работу.Если конденсатор любит поддерживать постоянное напряжение, катушка индуктивности предпочитает поддерживать постоянный ток. Они оба по-своему достигают одной и той же конечной цели — накапливать и препятствовать потоку энергии.

В отличие от сложной физической структуры конденсатора, катушки индуктивности немного проще и состоят из простой катушки с проволокой вокруг магнита или даже воздуха. Но почему форма катушки? Если что-то и нужно знать об электромагнетизме, так это то, что при подаче электрического тока по куску меди создается магнитное поле.

Катушки индуктивности

используют это естественное свойство, увеличивая величину магнитного поля с помощью витой проволоки. Когда ток проходит через медный провод индуктора, вы получаете магнитное поле, которое намного больше и намного сильнее, чем то, которое вы получили бы на прямом пути из меди.

Катушки индуктивности бывают всех форм и размеров, каждый со своим сердечником и медью. (Источник изображения)

Это настоящая красота индуктора. Создавая магнитное поле, вы можете преобразовывать электрическую энергию в магнитную и хранить ее там до тех пор, пока она не понадобится!

Еще одна аналогия с водой для понимания

Теперь, когда вы знаете, что такое индуктор, как именно он работает в цепи? Индукторы работают на основе свойства, называемого индуктивностью, которое представляет собой просто способность хранить некоторое количество энергии в магнитном поле.

Давайте подумаем на простом примере, таком как водяное колесо, чтобы понять, что здесь происходит. Допустим, у вас есть река с плотиной, в русле которой находится водяное колесо, готовое вырабатывать электричество. Теперь предположим, что вы открыли этот барьер и направили воду, льющуюся сквозь водяное колесо. Когда он ударяется о колесо, вода сначала замедляется, поскольку водяное колесо работает, чтобы соответствовать скорости воды. Вот здесь и происходит процесс «зарядки» индуктора, когда через него проходит ток.

Водяное колесо готово к «зарядке», как и наш индуктор! (Источник изображения)

А затем представьте, что вы решили снова перекрыть реку плотиной. Это водяное колесо будет медленно замедляться, пока снова не остановится. И так же, как в индукторе, процесс сжатия магнитного поля при отсутствии тока происходит постоянно, а не сразу.

Звучит достаточно просто, правда? Но какова польза от накопления и высвобождения электрического заряда? Вот несколько примеров:

Сглаживающий ток

Когда вам нужен очень плавный ток для чего-то вроде источника постоянного тока, то магнитное поле в индукторе помогает стабилизировать ток, когда он движется по цепи.И если у вас есть уменьшающийся ток в цепи, которая должна оставаться стабильной, вы можете использовать резервы в магнитном поле индуктора, чтобы накачать ток обратно до исходного уровня.

Действует как датчик

Вы также найдете индукторы, используемые в светофорах. Поместив индуктор под дорогой с датчиком, а затем проведя по нему большим металлическим предметом, например автомобилем, вы добавили сердечник к индуктору, создавая большее магнитное поле! Затем датчик в стоп-сигнале может использовать эти данные, чтобы узнать, что вас ждет машина, и поэтому свет изменится.

Ток передачи

Если вы перейдете к большему семейству индукторов, вы также обнаружите, что они используются в системах передачи энергии. Здесь они несут ответственность за стабилизацию огромного количества тока и следят за тем, чтобы ток оставался стабильным во время транспортировки.

Существует множество других применений индукторов в электронных устройствах, некоторые из которых зависят от определенного номинала индуктивности, например:

• Дроссели нано-генри .Эти катушки индуктивности отфильтровывают очень высокие частоты, и вы обнаружите, что они используются в радиосхемах.
• Дроссели микрогенри . Эти катушки индуктивности фильтруют частоты от 50 кГц до нескольких МГц, и вы обнаружите, что они сглаживают напряжения в источниках питания.
• Катушки индуктивности Миллигенри . Эти индукторы предназначены для разделения низкочастотных и высокочастотных звуков в схемах кроссовера аудио.

Измерительные индукторы с индуктивностью

Катушки индуктивности измеряются по их индуктивности и представляют собой группу сопротивлений, когда нужно пропускать ток.Пока индуктор не получит полный магнитный заряд, он никогда не пропустит ток! Но сколько им нужно заряда? Емкость индуктивности катушки индуктивности может определяться несколькими факторами, в том числе:

Проницаемость ядра

Если у вас есть металлический сердечник в катушке индуктивности с низкой проницаемостью, такой как воздух, то вы получите и индуктивность с низкой проницаемостью. А если у вас высокая магнитная проницаемость, как у железного сердечника, то и индуктивность тоже будет высокой.

Чем выше проницаемость, тем выше индуктивность. (Источник изображения)

Площадь поверхности катушки

Наконец, если вы разделите магнитную катушку пополам и произведете измерение ее общей площади поверхности, то катушка с большей площадью поверхности будет иметь большую индуктивность и магнитное поле.

Чем больше площадь поверхности, тем выше индуктивность. (Источник изображения)

Длина катушки

У вас может быть как можно больше скручиваний в катушке, но если вы растягиваете катушку все дальше и дальше, вы обнаружите, что индуктивность уменьшается.Чем больше длина вашей катушки, тем меньше будет ваше магнитное поле.

Чем дальше вы его растянете, тем меньше индуктивность! (Источник изображения)

Скручивания в катушке

По мере того, как количество витков и витков в медном проводе увеличивается, увеличивается и индуктивность в вашей катушке индуктивности. Эта плотность медного провода в катушке индуктора также дает вам гораздо большее магнитное поле.

В вашей катушке больше витков? Вы получите более высокую индуктивность.(Источник изображения)

Все эти коэффициенты индуктивности собраны вместе, чтобы сформировать измерение для катушек индуктивности, называемое Генри. 1 Генри — это большая индуктивность, поэтому обычно используются единицы меньшего размера, например:

Префикс	Символ	Множитель	Мощность десяти
милли	м	1/1 000	10-3
микро	µ	1/1 000 000	10-6
нано	n	1/1 000 000 000	10-9

Поиск индукторов на схеме

Как выглядит один из этих символов индуктивности на схеме? Они удивительно похожи по своей физической форме и организованы на основе своего внутреннего ядра.Обычно вы видите символы индуктивности для воздушных сердечников, железных сердечников и ферритовых сердечников. Посмотрите их ниже:

Некоторые из множества символов индуктивности, которые вы встретите на схеме.

Теперь определить все катушки индуктивности на принципиальной схеме — это одно, но что произойдет, если вы захотите узнать общую величину индуктивности для всех ваших катушек индуктивности? Это просто, и работает он так же, как резисторы. Вот как это сделать:

Катушки индуктивности серии

Когда у вас есть группа катушек индуктивности, соединенных последовательно, общая индуктивность — это просто сумма всех индивидуальных индуктивностей:

Параллельные индукторы

А если у вас есть группа катушек индуктивности, соединенных параллельно, то вы можете найти свою общую индуктивность с помощью следующего уравнения:

Заметили сходство? Определение полной индуктивности для ваших катушек индуктивности похоже на определение общего сопротивления для резисторов!

Трио создателей индукторов

Да, когда-то было время, когда магия магнитных полей и индустрий была полной загадкой для мира науки.Индуктивность была впервые обнаружена еще в 1830 году Майклом Фарадеем. Фарадей наткнулся на свое открытие, обмотав бумажный цилиндр проволокой и соединив концы проволоки с помощью устройства, которое могло измерять электрический ток, называемого гальванометром.

Когда магнит входил и выходил из цилиндра, устройство регистрировало небольшой ток, и так родилась теория индуктивности! После этого открытия преподобный Николас Каллан изобрел простую, но прочную катушку индуктивности, и так вошла история.

Но, конечно, нельзя забывать и о нашем дорогом Джозефе Генри, который первым открыл электромагнитное свойство самоиндукции. Он смог измерить, как катушка с проволокой может вызвать изменение напряжения в цепи за счет магнитной силы. Если бы только он опубликовал свои открытия до Фарадея, и сегодня он мог бы быть известен как отец самой индуктивности. Однако Генри продолжал создавать большие и лучшие вещи, такие как электрический дверной звонок и электрические реле.А измерение индуктивности Генри? Он назван в его честь.

Человек, миф, легенда, Джозеф Генри. (Источник изображения)

Плавный оператор

Когда дело доходит до сглаживания тока в цепи, нет лучшего выбора, чем наш верный старый индуктор. Этот компонент использует силу магнетизма для хранения электрического заряда, формируя основу для некоторых из наших наиболее важных электронных устройств, таких как аудиокроссоверы, источники питания постоянного тока, радиочастотные цепи и многое другое.А когда вы соедините три пассивных компонента, вы получите опасный арсенал электронного волшебства на кончиках ваших пальцев. Эти три элемента составляют основу всех наших крупных электронных изобретений, и без них наш мир никогда не был бы прежним.

У нас есть масса бесплатных библиотек индукторов, которые вы можете использовать в своей электронной конструкции. Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Что такое индуктор? — Определение с сайта WhatIs.com

К

Катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, который хранит энергию в виде магнитного поля.В простейшей форме индуктор состоит из проволочной петли или катушки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Индуктивность также зависит от радиуса катушки и от типа материала, на который намотана катушка.

Для данного радиуса катушки и количества витков у воздушных сердечников наименьшая индуктивность. Такие материалы, как дерево, стекло и пластик, известные как диэлектрические материалы, по сути, такие же, как воздух для обмотки индуктора. Ферромагнитные вещества, такие как железо, слоистое железо и порошковое железо, увеличивают индуктивность, которую можно получить с помощью катушки с заданным числом витков.В некоторых случаях это увеличение составляет порядка тысячи раз. Форма сердечника также имеет значение. Тороидальные (кольцевые) сердечники обеспечивают большую индуктивность для данного материала сердечника и количества витков, чем соленоидные (стержневые) сердечники.

Стандартной единицей индуктивности является генри, сокращенно H. Это большая единица. Более распространенными единицами являются микрогенри, сокращенно мкГн (1 мкГн = 10 ^-6 Гн) и миллигенри, сокращенно мГн (1 мГн = 10 ^-3 Гн). Иногда используется наногенри (нГн) (1 нГн = 10 ^-9 Гн).

Трудно изготовить индукторы на микросхемах (ИС). К счастью, резисторы можно заменить индукторами в большинстве микросхем. В некоторых случаях индуктивность можно смоделировать с помощью простых электронных схем с использованием транзисторов, резисторов и конденсаторов, изготовленных на микросхемах.

Катушки индуктивности используются с конденсаторами в различных приложениях беспроводной связи. Катушка индуктивности, подключенная последовательно или параллельно конденсатору, может обеспечить распознавание нежелательных сигналов.Большие индукторы используются в источниках питания электронного оборудования всех типов, включая компьютеры и их периферийные устройства. В этих системах индукторы помогают сглаживать выпрямленный переменный ток в электросети, обеспечивая чистый постоянный ток, подобный батарее.

Последний раз обновлялся в сентябре 2005 г.

Индуктор

— обзор | Темы ScienceDirect

2.6.4 Некоторые общие замечания по установкам индукционной поверхностной закалки

Конструкция индукторов, применяемых в установках индукционной поверхностной закалки, кажется сложной проблемой. ^1,4,17–23 Его решение, даже с использованием современных численных программ, требует, к сожалению, дорогостоящей и трудоемкой экспериментальной проверки. Закаленные тела часто изготавливают из материалов, свойства которых и их зависимости от температуры известны только с большой неточностью. В любом случае, чтобы сократить время экспериментальных работ, необходимо прогнозировать влияние индуктора определенного типа на различные части детали. Это означает оценку общей наведенной мощности в закаленном теле, ее распределения внутри тела и на обрабатываемой поверхности, а также импеданса индуктора в системе индуктор – корпус.Для часто применяемой осесимметричной конфигурации систем индуктор – корпус можно учитывать радиальные изменения свойств материала, обусловленные распределением температуры, необходимым для индукционной закалки. Он основан на предположении, что цилиндрическую заготовку можно разделить на три зоны (слоя):

—

внешний немагнитный поверхностный слой, представляющий зону со средней температурой, превышающей температуру закалки T _h ,

—

две внутренние зоны: немагнитный слой со средней температурой, превышающей температуру Кюри, и магнитопровод с более низкими температурами.

Проблема проектирования более сложна при индукционной поверхностной закалке стальных элементов более сложной формы, таких как, например, зубчатые колеса. ^{1,4,5,16–18,23} Типичным примером такой термообработки является одновременная индукционная поверхностная закалка зубчатых колес с помощью цилиндрического индуктора. Целью процесса является получение равномерного упрочненного слоя по всей рабочей поверхности зубов, включая кончик, боковые поверхности и корни.В этом случае выбор оптимальной частоты тока возбуждения имеет большое значение не только с точки зрения распределения температуры, но и с точки зрения электрического. С электрической точки зрения достаточно хороший электрический КПД системы индуктор – закаленный корпус η _e , определяемый как отношение мощности, выделяемой в корпусе P _i , к общей мощности индуктора:

[37] ηe = Pi∫VpvdV

гарантирует передачу запрошенной энергии от индуктора к упрочненному телу.Конечно, это может быть практически реализовано для зубчатых колес с модулем, удовлетворяющим неравенству [38]

[38] m≤2 ÷ 3

Выбор частоты тока возбуждения зависит от желаемой толщины твердости. Из этого можно сделать вывод, что выбор одночастотной системы отопления будет лишь компромиссным решением. Фактически, для реализации упомянутых выше условий теоретически потребовались бы две разные частоты. В случае закалки методом спиновой индукционной закалки вся зубчатая часть доводится до температуры закалки с помощью окружающего ее индуктора и затем закаливается.Шестерни вращаются во время нагрева, чтобы обеспечить равномерное распределение энергии. При этом возможно сквозное упрочнение зубчатой ​​части до корня зуба (так же, как при классической закалке корпуса) или упрочнение внешней поверхности на равномерной или неравномерной глубине от поверхности. Хотя наилучшим рисунком обычно является равномерная толщина затвердевшего слоя по контуру, различные узоры могут быть приемлемыми, а иногда и желательными в зависимости от области применения. В частности, разрывы в упрочненном слое могут быть допустимы на концах зубьев, где механическая нагрузка очень мала, тогда как на боковых сторонах и корнях она должна быть непрерывной, чтобы выдерживать большое контактное давление и растягивающие напряжения от нагрузки.Основными параметрами, играющими доминирующую роль в получении требуемой структуры твердости, являются:

—

геометрия системы индуктор – закаленное тело,

—

частота тока возбуждения,

—

объемный (поверхностная) удельная мощность,

—

общее время нагрева,

—

условия закалки.

В частности, контурный профиль упрочняющего слоя может быть получен одночастотной или двухчастотной обработкой.Одночастотный процесс однократной закалки — это разновидность закалки, при которой все зубья одновременно подвергаются контурной закалке с помощью одной частоты. Это требует использования высокой плотности наведенной мощности и короткого времени нагрева, чтобы избежать передачи тепла от поверхностного слоя к сердцевине материала и исключить возможность сквозного упрочнения зубьев. Кроме того, этот процесс требует удобного выбора частоты тока возбуждения для получения подходящих значений плотности наведенной мощности на боковых сторонах, вершинах и корнях зубьев.Для оценки оптимального значения частоты тока возбуждения f _opt применяется формула [39] ²³ :

[39] fopt≈3 · 105m2

, где m обозначает модуль шестерни. в м ⁻³ .

Часто используется одночастотная индукционная поверхностная закалка с предварительным нагревом, также называемая импульсным одночастотным процессом. ⁴ Он состоит из четырех последовательных ступеней:

—

медленный предварительный нагрев с пониженной мощностью до температуры примерно 500–700 ° C (точное значение температуры зависит от марки стали),

—

быстрый основной нагрев (импульсный) до температуры закалки с высокой удельной мощностью и за относительно короткое время,

—

немедленная закалка,

—

низкотемпературный отпуск.

Преимущество такого способа закалки заключается в следующем:

—

получение правильной зоны контура с удобной глубиной нагрева у корней,

—

отсутствие перегрева зубьев шестерен,

—

улучшенная исходная микроструктура, состоящая из однородного мелкозернистого отпущенного мартенсита,

—

уменьшение искажений.

Двухчастотная индукционная поверхностная закалка может применяться для шестерен небольшого диаметра ( d ≤0.25 м). Это ограничение вызвано очень коротким временем нагрева и соответствующей высокой объемной удельной мощностью, что требует использования источников питания с выходной мощностью около нескольких сотен кВт. Процесс разделен на четыре последовательных этапа:

—

медленный предварительный нагрев с применением малой мощности средней частоты (MF) (3 кГц≤ f _MF ≤20 кГц),

—

быстрый окончательный нагрев с большой высокочастотной (ВЧ) мощностью (30 кГц ≤ f _HF ≤ 500 кГц) в течение очень короткого времени нагрева,

—

немедленная закалка,

—

низкотемпературный отпуск.

Выбор подходящих значений частоты тока возбуждения, мощности и времени нагрева зависит от типа зубчатого колеса, его размера, типа материала и требуемого рисунка твердости. Температура предварительного нагрева обычно значительно ниже нижней критической температуры.

[40] T | t = tMF = Ac1− (100 ÷ 300 ° C)

Значение температуры предварительного нагрева зависит от типа и размера шестерни, формы зуба, исходной микроструктуры, требуемого образца твердости и ожидаемого уровня искажения, которые можно было принять. ⁴ При окончательном нагреве температура отверждения должна достигаться очень быстро (0,1 с ≤ t _HF ≤1,5 ​​с). Во избежание нагрева зуба окончательный нагрев требует очень точного контроля времени и мощности и немедленного переключения зубчатого колеса от индуктора MF к индуктору HF, а также достаточно малой скорости переключения. Альтернативным методом двухчастотной закалки является одновременный метод (SDF). На общую катушку индуктивности одновременно подается мощность СЧ и ВЧ.Коэффициент мощности определяется формулой [41]

[41] kp = PMFPHF≈2

Типичное время нагрева также определяется формулой [40].

Правильный выбор охлаждающей жидкости имеет такое же значение, как и выбор системы нагрева. ^1,4,11,23 Наиболее часто используемые тушители: вода, масло, растворы синтетических полимеров, водные эмульсии масла, растворы воды и соли, воздух, ванны солевых расплавов и расплавы некоторых металлов. Численное моделирование температурного поля при закалке позволяет выбрать требуемую скорость охлаждения в зависимости от размеров, формы и материала закаленного тела.Слишком быстрое охлаждение может вызвать нерегулярное мартенситное превращение и вызвать значительные внутренние напряжения, которые могут вызвать неожиданные деформации. Проблема особенно актуальна в случае корпусов сложной формы (например, шестерен) или с дефектами поверхности. ²⁴

Базовые знания об индукторах (1) — Промышленные устройства и решения

Что такое индукторы?

Катушки индуктивности, также называемые катушками, являются важными пассивными компонентами наряду с резисторами (R) и конденсаторами (C).Катушки обычно относятся к намотанным проводящим проводам, и среди них катушки с одинарной намоткой в ​​последние годы особенно называются индукторами.

Индуктивность обычно обозначается символом «L.» Хотя говорят, что этот L происходит от Ленца из «Закона Ленца», относящегося к электромагнитной индукции, также существуют различные теории.

Основная структура индуктора состоит из проводящего провода, намотанного в форме катушки, и может преобразовывать электрическую энергию в магнитную энергию и сохранять ее внутри индуктора.Сохраняемое количество магнитной энергии определяется индуктивностью индуктора и измеряется в Генри (Гн).

Базовая структура индукторов и индуктивности

Самые основные индукторы состоят из проводящего провода, намотанного в форме катушки, с обоими концами проводящего провода в качестве внешних выводов. В последние годы большинство индукторов включает сердечник, вокруг которого намотан токопроводящий провод.

Индуктивность катушки индуктивности определяется по следующему уравнению.

л

Индуктивность (H)

к

Коэффициент Нагаока

мкм

Проницаемость керна (H / м)

N

Число витков катушки

S

Площадь сечения змеевика (м ² )

л

Длина рулона (м)

На основе этого уравнения индуктивность может быть увеличена путем 1) увеличения площади сечения S, 2) увеличения числа витков N или 3) увеличения проницаемости µ путем вставки сердечника.

Напряжение и ток индукторов

Как объяснялось в связи с их структурой, индукторы по существу представляют собой намотанные провода, и поэтому ток в основном протекает через них при приложении напряжения. Однако, поскольку индукторы представляют собой компоненты, предназначенные для использования действия электромагнитной индукции, ток не просто течет. Здесь будет описано действие индукторов при подаче постоянного или переменного тока.

● Когда применяется постоянный ток

Как показано на принципиальной схеме, когда переключатель включен для подачи постоянного тока на катушку индуктивности, ток течет через индуктор, изменяя магнитный поток, создаваемый изменениями тока, протекающего через индуктор (намотанный провод), тем самым генерируя электродвижущая сила (индукционная электродвижущая сила) на индукторе.Поскольку индуктор в основном представляет собой одинарный намотанный провод, это называется «самоиндукцией». Эта электродвижущая сила создается в направлении, противоположном направлению тока, и ограничивает любое увеличение тока. И наоборот, электродвижущая сила ограничивает любое уменьшение тока, когда переключатель выключен.

Хотя ток (I _L ) начинает течь при включении переключателя, его увеличение ограничивается электродвижущей силой. Следовательно, ток нарастает с заданной постоянной времени, а после повышения течет постоянный ток в зависимости от составляющей сопротивления.Когда переключатель выключен, ток падает; однако он становится равным нулю с заданной постоянной времени.

Напряжение (V _L ) указывает электродвижущую силу индуктора при включении и выключении переключателя. Как показывает уравнение, электродвижущая сила, создаваемая на катушке индуктивности, пропорциональна скорости изменения тока (ΔI / Δt).

В

: Электродвижущая сила (В)

л

: Индуктивность (H)

ΔI / Δt

: Скорость изменения тока (А / с)

Как показано на диаграмме формы сигнала тока, поскольку ток увеличивается относительно медленно при включении переключателя, электродвижущая сила возрастает только до напряжения источника питания.Когда переключатель выключен, поскольку ток отключается мгновенно, уменьшение тока происходит внезапно по сравнению с тем, когда переключатель включен. В результате скорость изменения как функция времени выше, создавая более высокую электродвижущую силу.

Следует отметить, что причина, по которой ток не становится равным нулю мгновенно при выключении переключателя, заключается в токе разряда, протекающем между выводами переключателя из-за высокого напряжения, генерируемого на катушке индуктивности.

能 Катушки индуктивности могут создавать такую ​​высокую электродвижущую силу, потому что, как описано в разделе «Что такое индукторы?» вначале индуктор может «преобразовывать электрическую энергию в магнитную энергию и сохранять ее внутри индуктора.»Сохраняемая энергия может быть выражена приведенным ниже уравнением и пропорциональна величине индуктивности.

Вт

: Энергия (Дж)

л

: Индуктивность (H)

I

: Ток (А)

● При подаче переменного тока

Ранее было описано, что величина электродвижущей силы, создаваемой на катушке индуктивности, пропорциональна скорости изменения тока, протекающего через катушку индуктивности.То же самое и с сигналами переменного тока.

1. (1) Во-первых, напряжение становится высоким, когда ток возрастает от нуля, потому что скорость изменения тока самая высокая. Однако напряжение уменьшается с уменьшением скорости нарастания тока и становится равным нулю, когда ток достигает своего максимального значения (скорость изменения тока равна нулю).
2. (2) Генерация отрицательного напряжения начинается, когда ток начинает падать с максимального значения; напряжение достигает минимального значения, когда ток становится равным нулю (максимальная скорость изменения тока).
3. Области (3) и (4) можно понимать так же, как указано выше.

Посмотрев на эти формы сигналов тока и напряжения, вы увидите, что, когда форма волны тока является синусоидальной, форма волны напряжения также синусоидальная, а форма волны тока отстает от формы волны напряжения на 1/4 цикла (фаза тока отстает от 90 °).

Кроме того, большее напряжение генерируется, когда изменение тока больше, что означает, что большее напряжение генерируется на более высоких частотах, на которых изменения тока больше.
Однако, поскольку фактическое напряжение катушек индуктивности совпадает с напряжением источников питания переменного тока, увеличение частоты при постоянном напряжении приведет к уменьшению протекающего тока, если напряжение рассматривается как эталонное.

Другими словами, в случае переменного тока катушки индуктивности работают как резисторы, с меньшей легкостью пропуская протекающий ток на более высоких частотах.
Это называется индуктивным реактивным сопротивлением ( X _L ) катушек. Индуктивное реактивное сопротивление и протекающий ток можно выразить приведенным ниже уравнением.

X _Д

Индуктивное реактивное сопротивление (Ом)

f

周波 数 (Гц)

л

Индуктивность (H)

В

Напряжение переменного тока (В)

Я

Переменный ток (A)

Сравнение катушек индуктивности и конденсаторов

В таблице ниже приведены характеристики катушек индуктивности по сравнению с конденсаторами на основе объяснения выше.
Как показано в таблице, катушки индуктивности и конденсаторы представляют собой электронные компоненты с совершенно противоположными характеристиками.

Товаров	Катушки индуктивности	Конденсаторы
Соотношение напряжения и тока	Чем выше скорость изменения тока, тем больше напряжение.	Чем выше скорость изменения напряжения, тем больше ток течет.
Постоянный ток	Пасс	Не пройти
Переменный ток	Менее легко проходить на более высоких частотах	Проходить легче на более высоких частотах
Фаза тока по отношению к напряжению	Сзади на 90 °	Впереди на 90 °

Индуктор

Индуктор

Ассортимент недорогих катушек индуктивности

Тип: пассивный

Принцип работы: Электромагнитная индукция

Первая постановка: Майкл Фарадей (1831)

Электронный символ:

Катушка индуктивности, также называемая катушкой, дросселем или реактором, представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который сопротивляется изменениям электрического тока, проходящего через него.Он состоит из проводника, такого как провод, обычно намотанный в катушку. Когда через него протекает ток, энергия временно сохраняется в магнитном поле в катушке. Когда ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует в проводнике напряжение в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно закону Ленца направление индуцированной ЭДС всегда таково, что она противодействует изменению тока, которое ее породило. В результате катушки индуктивности всегда противодействуют изменению тока, точно так же, как маховик противодействуют изменению скорости вращения.Следует проявлять осторожность, чтобы не путать это с сопротивлением, обеспечиваемым резистором.

Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, отношением напряжения к скорости изменения тока, которая измеряется в единицах Генри (Гн). Индукторы имеют значения, которые обычно находятся в диапазоне от 1 мкГн (10-6Гн) до 1 Гн. Многие индукторы имеют внутри катушки магнитный сердечник из железа или феррита, который служит для увеличения магнитного поля и, следовательно, индуктивности. Наряду с конденсаторами и резисторами, индукторы являются одним из трех пассивных элементов линейной цепи, составляющих электрические цепи.Индукторы широко используются в электронном оборудовании переменного тока (AC), особенно в радиооборудовании. Они используются для блокировки переменного тока, позволяя проходить постоянному току; индукторы, предназначенные для этой цели, называются дросселями. Они также используются в электронных фильтрах для разделения сигналов разных частот и в сочетании с конденсаторами для создания настроенных схем, используемых для настройки радио- и ТВ-приемников.

Осевые свинцовые индукторы (100 мкГн)

Содержание

1 Обзор

1.1 Материальное уравнение

1.2 Закон Ленца

1.3 Идеальные и настоящие индукторы

2 Приложения

3 Конструкция индуктора

4 типа индуктора

4.1 Индуктор с воздушным сердечником

4.1.1 Радиочастотный индуктор

4.2 Индуктор с ферромагнитным сердечником

4.2.1 Индуктор с ламинированным сердечником

4.2.2 Индуктор с ферритовым сердечником

4.2.3 Индуктор с тороидальным сердечником

4.2.4 Дроссель

4.3 Переменный индуктор

5 Теория схем

5.1 Реактивное сопротивление

5.2 Анализ цепи Лапласа (s-домен)

5.3 Индукторные сети

5,4 Накопленная энергия

6 Q-фактор

7 Формулы индуктивности

Обзор

Индуктивность (L) возникает из-за магнитного поля вокруг проводника с током; электрический ток через проводник создает магнитный поток.С математической точки зрения индуктивность определяется тем, какой магнитный поток φ через цепь создается заданным током i

.

Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками нелинейны; индуктивность изменяется с током, в этом более общем случае индуктивность определяется как

Любой провод или другой проводник будет генерировать магнитное поле, когда через него протекает ток, поэтому каждый проводник имеет некоторую индуктивность. Индуктивность цепи зависит от геометрии пути тока, а также от магнитной проницаемости соседних материалов.Индуктор — это компонент, состоящий из проволоки или другого проводника, имеющего форму для увеличения магнитного потока через цепь, обычно в форме катушки или спирали. Намотка провода в катушку увеличивает количество раз, когда линии магнитного потока связывают цепь, увеличивая поле и, следовательно, индуктивность. Чем больше витков, тем выше индуктивность. Индуктивность также зависит от формы катушки, расстояния между витками и многих других факторов. При добавлении «магнитного сердечника», сделанного из ферромагнитного материала, такого как железо, внутрь катушки, намагничивающее поле катушки будет индуцировать намагничивание в материале, увеличивая магнитный поток.Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз по сравнению с тем, что было бы без нее.

Материальное уравнение

Любое изменение тока через катушку индуктивности создает изменяющийся магнитный поток, вызывая напряжение на катушке индуктивности. Согласно закону индукции Фарадея, напряжение, вызванное любым изменением магнитного потока в цепи, равно

.

сверху

Таким образом, индуктивность также является мерой величины электродвижущей силы (напряжения), генерируемой при заданной скорости изменения тока.Например, катушка индуктивности с индуктивностью 1 генри создает ЭДС 1 вольт, когда ток через катушку индуктивности изменяется со скоростью 1 ампер в секунду. Обычно это считается определяющим соотношением (определяющим уравнением) индуктора.

Двойной индуктор — это конденсатор, который накапливает энергию в электрическом поле, а не в магнитном поле. Его отношение тока к напряжению получается путем обмена током и напряжением в уравнениях катушки индуктивности и замены L емкостью C.

Закон Ленца

Полярность (направление) индуцированного напряжения задается законом Ленца, который гласит, что оно будет таким, чтобы препятствовать изменению тока. Например, если ток через катушку индуктивности увеличивается, индуцированное напряжение будет положительным на клемме, через которую ток входит, и отрицательной на клемме, через которую он выходит, стремясь противодействовать дополнительному току. Энергия внешней цепи, необходимая для преодоления этого потенциального «холма», сохраняется в магнитном поле индуктора; индуктор называется «заряжающим» или «возбуждающим».Если ток уменьшается, индуцированное напряжение будет отрицательным на выводе, через который ток входит, и положительным на выводе, через который он выходит, стремясь поддерживать ток. Энергия магнитного поля возвращается в цепь; индуктор называется «разряжающимся».

Идеальные и настоящие индукторы

В теории цепей индукторы идеализируются как точно подчиняющиеся математическому соотношению, приведенному выше. «Идеальная катушка индуктивности» имеет индуктивность, но не имеет сопротивления или емкости и не рассеивает и не излучает энергию.Однако у реальных индукторов есть побочные эффекты, которые заставляют их поведение отличаться от этой простой модели. У них есть сопротивление (из-за сопротивления провода и потерь энергии в материале сердечника) и паразитная емкость (из-за электрического поля между витками провода, которые имеют немного разные потенциалы). На высоких частотах емкость начинает влиять на поведение катушки индуктивности; на некоторой частоте настоящие катушки индуктивности ведут себя как резонансные цепи, становясь саморезонансными. Выше резонансной частоты емкостное реактивное сопротивление становится доминирующей частью импеданса.На более высоких частотах резистивные потери в обмотках увеличиваются из-за скин-эффекта и эффекта близости.

Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками имеют дополнительные потери энергии из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике, которые увеличиваются с увеличением частоты. При высоких токах индукторы с железным сердечником также показывают постепенное отклонение от идеального поведения из-за нелинейности, вызванной магнитным насыщением сердечника. Индуктор может излучать электромагнитную энергию в окружающее пространство и цепи и может поглощать электромагнитные излучения от других цепей, вызывая электромагнитные помехи (EMI).В реальных приложениях индуктивности эти паразитные параметры могут считаться такими же важными, как и индуктивность.

Приложения

Большой трехфазный индуктор нагрузки с железным сердечником мощностью 50 МВАр на австрийской подстанции

Ферритовый дроссель, состоящий из ферритового цилиндра, удаляет электронные помехи из кабеля питания компьютера.

Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации катушка индуктивности блокирует переменный ток, позволяя проходить постоянному току.

Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации катушка индуктивности разъединяет постоянный ток, позволяя проходить переменному току.

Катушки индуктивности широко используются в аналоговых схемах и обработке сигналов. Применения варьируются от использования больших катушек индуктивности в источниках питания, которые в сочетании с фильтрующими конденсаторами удаляют остаточный шум, известный как сетевой гул или другие колебания от выхода постоянного тока, до небольшой индуктивности ферритового шарика или тора, установленного вокруг кабеля, чтобы предотвратить передачу радиочастотных помех по проводам.Индукторы используются в качестве накопителя энергии во многих импульсных источниках питания для выработки постоянного тока. Катушка индуктивности подает энергию в цепь для поддержания протекания тока в периоды выключения.

Катушка индуктивности, подключенная к конденсатору, образует настроенный контур, который действует как резонатор для колебательного тока. Настроенные схемы широко используются в радиочастотном оборудовании, таком как радиопередатчики и приемники, в качестве узкополосных фильтров для выбора одной частоты из составного сигнала и в электронных генераторах для генерации синусоидальных сигналов.

Два (или более) расположенных рядом индуктора, которые имеют связанный магнитный поток (взаимную индуктивность), образуют трансформатор, который является основным компонентом каждой энергосистемы общего пользования. Эффективность трансформатора может снижаться с увеличением частоты из-за вихревых токов в материале сердечника и скин-эффекта на обмотки. Размер ядра можно уменьшить на более высоких частотах. По этой причине в самолетах используется переменный ток 400 Гц вместо обычных 50 или 60 Гц, что позволяет значительно сэкономить в весе за счет использования трансформаторов меньшего размера.

Катушки индуктивности

также используются в системах электропередачи, где они используются для ограничения коммутируемых токов и токов короткого замыкания. В этой области их чаще называют реакторами.

Поскольку индукторы имеют сложные побочные эффекты (подробно описаны ниже), которые заставляют их отклоняться от идеального поведения, потому что они могут излучать электромагнитные помехи (EMI), и, прежде всего, из-за их большого размера, который не позволяет их интегрировать в полупроводниковые микросхемы, использование катушек индуктивности в современных электронных устройствах, особенно в компактных портативных устройствах, уменьшается.Настоящие катушки индуктивности все чаще заменяются активными цепями, такими как гиратор, который может синтезировать индуктивность с помощью конденсаторов.

Конструкция индуктора

Катушка индуктивности с ферритовым сердечником и двумя обмотками по 47 мГн.

Катушка индуктивности обычно состоит из катушки из проводящего материала, обычно изолированной медной проволоки, намотанной вокруг сердечника из пластика или ферромагнитного (или ферримагнитного) материала; последний называется индуктором с «железным сердечником».Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника увеличивает магнитное поле и ограничивает его плотностью к индуктору, тем самым увеличивая индуктивность. Низкочастотные индукторы сконструированы как трансформаторы, с сердечниками из электротехнической стали, ламинированными для предотвращения возникновения вихревых токов. «Мягкие» ферриты широко используются для сердечников, превышающих звуковые частоты, поскольку они не вызывают больших потерь энергии на высоких частотах, как обычные сплавы железа. Индукторы бывают разных форм. Большинство из них построено в виде эмалированной проволоки (магнитной проволоки), обернутой вокруг ферритовой катушки с проволокой, открытой снаружи, в то время как некоторые полностью покрывают провод ферритом и называются «экранированными».Некоторые индукторы имеют регулируемый сердечник, который позволяет изменять индуктивность. Индукторы, используемые для блокировки очень высоких частот, иногда изготавливаются путем нанизывания ферритовой бусины на провод.

Небольшие катушки индуктивности можно выгравировать непосредственно на печатной плате, расположив след по спирали. В некоторых таких плоских индукторах используется плоский сердечник.

Катушки индуктивности

могут также быть построены на интегральных схемах с использованием тех же процессов, которые используются для изготовления транзисторов. Обычно используются алюминиевые межсоединения, расположенные в виде спиральной катушки.Однако небольшие размеры ограничивают индуктивность, и гораздо чаще используется схема, называемая «гиратором», которая использует конденсатор и активные компоненты, которые ведут себя аналогично катушке индуктивности.

Типы индукторов

Индуктор с воздушным сердечником

Трансформатор резонансных колебаний от передатчика искрового разрядника. Сцепление можно регулировать, перемещая верхнюю катушку на опорной штанге. Демонстрирует конструкцию с высоким коэффициентом добротности с разнесенными витками трубок большого диаметра.

Термин «катушка с воздушным сердечником» описывает катушку индуктивности, в которой не используется магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного материала. Этот термин относится к катушкам, намотанным на пластмассовые, керамические или другие немагнитные формы, а также к катушкам, внутри обмоток которых находится только воздух. Катушки с воздушным сердечником имеют более низкую индуктивность, чем катушки с ферромагнитным сердечником, но часто используются на высоких частотах, потому что они свободны от потерь энергии, называемых потерями в сердечнике, которые возникают в ферромагнитных сердечниках, которые увеличиваются с частотой. Побочный эффект, который может возникнуть в катушках с воздушным сердечником, в которых обмотка не имеет жесткой опоры на форму, — это «микрофонность»: механическая вибрация обмоток может вызывать изменения индуктивности.

Радиочастотный индуктор

Коллекция радиочастотных индукторов, демонстрирующая методы снижения потерь. Три вверху слева и ферритовая петля или стержневая антенна внизу имеют обмотки корзины.

На высоких частотах, особенно радиочастотах (RF), индукторы имеют более высокое сопротивление и другие потери. Помимо потери мощности, в резонансных цепях это может снизить добротность цепи, расширяя полосу пропускания. В ВЧ индукторах, которые в основном представляют собой типы с воздушным сердечником, используются специальные конструктивные методы, позволяющие минимизировать эти потери.Убытки из-за этих эффектов:

• Скин-эффект: сопротивление провода высокочастотному току выше, чем его сопротивление постоянному току из-за скин-эффекта. Радиочастотный переменный ток не проникает глубоко в тело проводника, а проходит по его поверхности. Следовательно, в сплошном проводе большая часть площади поперечного сечения провода не используется для проведения тока, который находится в узком кольцевом пространстве на поверхности. Этот эффект увеличивает сопротивление провода в катушке, который уже может иметь относительно высокое сопротивление из-за его длины и небольшого диаметра.
• Эффект близости: Другой подобный эффект, который также увеличивает сопротивление провода на высоких частотах, — это эффект близости, который возникает в параллельных проводах, лежащих близко друг к другу. Индивидуальное магнитное поле соседних витков индуцирует вихревые токи в проводе катушки, в результате чего ток в проводнике концентрируется в тонкой полосе на стороне рядом с соседним проводом. Как и скин-эффект, это уменьшает эффективную площадь поперечного сечения провода, проводящего ток, увеличивая его сопротивление.

Катушка резервуара High Q в коротковолновом передатчике

Катушка паутины

Регулируемая ферритовая радиочастотная катушка с сетчатой ​​обмоткой и гибким проводом

• Диэлектрические потери: высокочастотное электрическое поле около проводников в катушке резервуара может вызывать движение полярных молекул в соседних изоляционных материалах, рассеивая энергию в виде тепла. Таким образом, катушки, используемые для настроенных схем, часто не наматываются на формы катушек, а подвешены в воздухе, поддержанные узкими пластиковыми или керамическими полосками.
• Паразитная емкость: емкость между отдельными витками катушки, называемая паразитной емкостью, не вызывает потерь энергии, но может изменить поведение катушки. Каждый виток катушки имеет немного другой потенциал, поэтому электрическое поле между соседними витками накапливает заряд на проводе, поэтому катушка действует так, как будто у нее есть конденсатор, параллельный ей. На достаточно высокой частоте эта емкость может резонировать с индуктивностью катушки, образуя настроенный контур, в результате чего катушка становится саморезонансной.

Чтобы уменьшить паразитную емкость и эффект близости, высокодобротные ВЧ-катушки сконструированы таким образом, чтобы не было большого количества витков, лежащих близко друг к другу, параллельно друг другу. Обмотки радиочастотных катушек часто ограничиваются одним слоем, а витки разнесены друг от друга. Чтобы уменьшить сопротивление из-за скин-эффекта, в мощных индукторах, таких как те, которые используются в передатчиках, обмотки иногда изготавливаются из металлической полосы или трубки с большей площадью поверхности, а поверхность покрывается серебром.

• Катушки с плетением корзины: для уменьшения эффекта близости и паразитной емкости многослойные РЧ катушки намотаны в виде рисунка, в котором последовательные витки не параллельны, а перекрещены под углом; их часто называют сотовыми или корзиночными катушками. Иногда их наматывают на вертикальные изолирующие опоры с помощью дюбелей или пазов, при этом проволока вплетается и выходит через пазы.
• Бухты паутины: Другой конструкторский метод с аналогичными преимуществами — плоские спиральные бухты.Их часто наматывают на плоскую изолирующую опору с радиальными спицами или прорезями, при этом проволока вплетается и выходит через прорези; они называются спиралями паутины. Форма имеет нечетное количество прорезей, поэтому последовательные витки спирали лежат на противоположных сторонах формы, увеличивая разделение.
• Литц-провод: для уменьшения потерь на скин-эффект некоторые катушки намотаны специальным радиочастотным проводом, называемым литц-проводом. Вместо одного сплошного проводника литц-провод состоит из нескольких более мелких проволочных жил, по которым проходит ток.В отличие от обычного многожильного провода, жилы изолированы друг от друга, чтобы не допустить воздействия скин-эффекта на поверхность, и скручены или сплетены вместе. Схема скручивания гарантирует, что каждая жила провода тратит одинаковое количество своей длины на внешней стороне жгута проводов, поэтому скин-эффект распределяет ток равномерно между жилами, что приводит к большей площади поперечного сечения проводимости, чем у эквивалентного одиночного провода.

Индуктор с ферромагнитным сердечником

Различные типы индукторов и трансформаторов с ферритовым сердечником

Катушки индуктивности

с ферромагнитным сердечником или железным сердечником используют магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного или ферримагнитного материала, такого как железо или феррит, для увеличения индуктивности.Магнитопровод может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз за счет увеличения магнитного поля из-за его более высокой магнитной проницаемости. Однако магнитные свойства материала сердечника вызывают несколько побочных эффектов, которые изменяют поведение индуктора и требуют специальной конструкции:

• Потери в сердечнике: изменяющийся во времени ток в ферромагнитном индукторе, который вызывает изменяющееся во времени магнитное поле в его сердечнике, вызывает потери энергии в материале сердечника, которые рассеиваются в виде тепла за счет двух процессов:
  
  • Вихревые токи : Согласно закону индукции Фарадея, изменяющееся магнитное поле может индуцировать циркулирующие петли электрического тока в проводящем металлическом сердечнике.Энергия этих токов рассеивается в виде тепла в сопротивлении материала сердечника. Количество потерянной энергии увеличивается с увеличением площади внутри контура тока.
  • Гистерезис: изменение или реверсирование магнитного поля в сердечнике также вызывает потери из-за движения крошечных магнитных доменов, из которых он состоит. Потери энергии пропорциональны площади петли гистерезиса на графике BH материала сердечника. Материалы с низкой коэрцитивной силой имеют узкие петли гистерезиса и, следовательно, низкие гистерезисные потери.

Для обоих этих процессов потери энергии за цикл переменного тока постоянны, поэтому потери в сердечнике линейно увеличиваются с частотой. Для расчета потерь энергии доступны онлайн-калькуляторы потерь в сердечнике. Используя такие входные данные, как входное напряжение, выходное напряжение, выходной ток, частота, температура окружающей среды и индуктивность, эти калькуляторы могут прогнозировать потери в сердечнике катушек индуктивности и переменном / постоянном токе в зависимости от рабочего состояния используемой цепи.

• Нелинейность: Если ток через катушку с ферромагнитным сердечником достаточно высок, чтобы магнитный сердечник насыщался, индуктивность не останется постоянной, а будет изменяться вместе с током, протекающим через устройство.Это называется нелинейностью и приводит к искажению сигнала. Например, аудиосигналы могут страдать от интермодуляционных искажений в насыщенных индукторах. Чтобы предотвратить это, в линейных цепях ток через индукторы с железным сердечником должен быть ограничен ниже уровня насыщения. Некоторые многослойные сердечники имеют для этой цели узкий воздушный зазор, а сердечники из порошкового железа имеют распределенный воздушный зазор. Это позволяет более высокий уровень магнитного потока и, следовательно, более высокие токи через индуктор до его насыщения.

Индуктор с ламинированным сердечником

Индуктор балласта с ламинированным железным сердечником для металлогалогенной лампы

Низкочастотные катушки индуктивности часто изготавливаются с ламинированными сердечниками для предотвращения возникновения вихревых токов и имеют конструкцию, аналогичную трансформаторам. Сердечник состоит из стопок тонких стальных листов или пластин, ориентированных параллельно полю, с изолирующим покрытием на поверхности. Изоляция предотвращает возникновение вихревых токов между листами, поэтому любые оставшиеся токи должны находиться в пределах площади поперечного сечения отдельных пластин, уменьшая площадь контура и, таким образом, значительно снижая потери энергии.Пластины изготовлены из кремнистой стали с низкой коэрцитивной силой для уменьшения потерь на гистерезис.

Индуктор с ферритовым сердечником

Для более высоких частот индукторы изготавливаются с сердечниками из феррита. Феррит — это керамический ферримагнитный материал, который не проводит ток, поэтому вихревые токи не могут протекать внутри него. Состав феррита — xxFe2O4, где xx обозначает различные металлы. Для сердечников индукторов используются мягкие ферриты, которые имеют низкую коэрцитивную силу и, следовательно, низкие гистерезисные потери. Другой подобный материал — железный порошок, цементированный связующим.

Индуктор с тороидальным сердечником

Тороидальный индуктор в блоке питания беспроводного маршрутизатора

В катушке индуктивности, намотанной на сердечнике в форме прямого стержня, силовые линии магнитного поля, выходящие из одного конца сердечника, должны проходить через воздух, чтобы снова войти в сердечник на другом конце. Это уменьшает поле, потому что большая часть пути магнитного поля проходит в воздухе, а не в материале сердечника с более высокой проницаемостью. Более высокое магнитное поле и индуктивность может быть достигнуто за счет формирования сердечника в замкнутой магнитной цепи.Силовые линии магнитного поля образуют замкнутые петли внутри сердечника, не покидая его материала. Часто используется форма тороидального или кольцевидного ферритового сердечника. Из-за своей симметрии тороидальные сердечники позволяют минимуму магнитного потока выходить за пределы сердечника (так называемый поток утечки), поэтому они излучают меньше электромагнитных помех, чем другие формы. Катушки с тороидальным сердечником изготавливаются из различных материалов, в первую очередь из феррита, порошкового железа и ламинированных сердечников.

Дроссель

СЧ- или ВЧ-дроссель на десятые доли ампера и ОВЧ-дроссель с ферритовым шариком на несколько ампер.

Дроссель разработан специально для блокировки более высокочастотного переменного тока (AC) в электрической цепи, позволяя пропускать более низкую частоту или постоянный ток. Обычно он состоит из катушки из изолированного провода, часто намотанного на магнитный сердечник, хотя некоторые из них состоят из бусинки из ферритового материала в форме пончика, нанизанной на провод. Как и другие катушки индуктивности, дроссели сопротивляются изменениям тока, проходящего через них, и поэтому переменным токам более высокой частоты, которые быстро меняют направление, сопротивление больше, чем токам более низкой частоты; сопротивление дросселя увеличивается с частотой.Его низкое электрическое сопротивление позволяет проходить как переменному, так и постоянному току с небольшими потерями мощности, но оно может ограничивать количество переменного тока, проходящего через него из-за его реактивного сопротивления.

Переменный индуктор

Индуктор с ферритовым стержнем с резьбой (виден вверху), который можно повернуть, чтобы вставить или вывести из катушки. Высота 4,2 см.

Вариометр, используемый в радиоприемниках в 1920-е годы

Роликовая катушка, регулируемый ВЧ-индуктор с воздушным сердечником, используемый в настроенных схемах радиопередатчиков.Один из контактов с катушкой представляет собой маленькое рифленое колесо, которое движется по проводу. Вращение вала вращает катушку, перемещая контактное колесо вверх или вниз по катушке, позволяя большему или меньшему количеству витков катушки войти в цепь, чтобы изменить индуктивность.

Вероятно, сегодня наиболее распространенным типом переменного индуктора является индуктор с подвижным ферритовым магнитным сердечником, который можно вставлять, ввинчивать или вынимать из катушки. Перемещение сердечника дальше в катушку увеличивает проницаемость, увеличивая магнитное поле и индуктивность.Во многих индукторах, используемых в радиоприложениях (обычно менее 100 МГц), используются регулируемые сердечники для настройки таких индукторов на желаемое значение, поскольку производственные процессы имеют определенные допуски (неточности). Иногда такие сердечники для частот выше 100 МГц изготавливаются из немагнитного материала с высокой проводимостью, такого как алюминий. Они уменьшают индуктивность, потому что магнитное поле должно их обходить.

Катушки индуктивности

с воздушным сердечником могут использовать скользящие контакты или несколько ответвлений для увеличения или уменьшения количества витков, включенных в цепь, для изменения индуктивности.Тип, который часто использовался в прошлом, но в основном устаревший сегодня, имеет пружинный контакт, который может скользить по оголенной поверхности обмоток. Недостатком этого типа является то, что контакт обычно замыкает один или несколько витков. Эти витки действуют как короткозамкнутая вторичная обмотка одновиткового трансформатора; индуцируемые в них большие токи вызывают потери мощности.

Типом бесступенчатого индуктора с воздушным сердечником является вариометр. Он состоит из двух катушек с одинаковым количеством витков, соединенных последовательно один внутри другого.Внутренняя катушка установлена ​​на валу, поэтому ее ось может поворачиваться относительно внешней катушки. Когда оси двух катушек коллинеарны, а магнитные поля направлены в одном направлении, поля складываются и индуктивность максимальна. Когда внутренняя катушка повернута так, что ее ось находится под углом к ​​внешней, взаимная индуктивность между ними меньше, поэтому общая индуктивность меньше. Когда внутренняя катушка повернута на 180 °, так что катушки коллинеарны с противоположными магнитными полями, два поля компенсируют друг друга, и индуктивность очень мала.Преимущество этого типа в том, что он может плавно изменяться в широком диапазоне. Он используется в антенных тюнерах и согласующих схемах для согласования низкочастотных передатчиков с их антеннами.

Другой метод управления индуктивностью без каких-либо движущихся частей требует дополнительной обмотки смещения постоянного тока, которая контролирует проницаемость легко насыщаемого материала сердечника. См. Магнитный усилитель.

Схема цепей

Действие катушки индуктивности в цепи состоит в том, чтобы противодействовать изменениям тока через нее, создавая на ней напряжение, пропорциональное скорости изменения тока.Идеальный индуктор не будет оказывать сопротивления постоянному постоянному току; однако только сверхпроводящие катушки индуктивности действительно имеют нулевое электрическое сопротивление.

Связь между изменяющимся во времени напряжением v (t) на катушке индуктивности с индуктивностью L и изменяющимся во времени током i (t), проходящим через него, описывается дифференциальным уравнением:

Когда через катушку индуктивности проходит переменный синусоидальный ток (АС), индуцируется синусоидальное напряжение. Амплитуда напряжения пропорциональна произведению амплитуды (IP) тока и частоты (f) тока.

В этой ситуации фаза тока отстает от фазы напряжения на π / 2 (90 °). Для синусоид, когда напряжение на катушке индуктивности достигает максимального значения, ток становится равным нулю, а когда напряжение на катушке индуктивности стремится к нулю, ток через нее достигает максимального значения.

Если индуктор подключен к источнику постоянного тока со значением I через сопротивление R, а затем происходит короткое замыкание источника тока, приведенное выше дифференциальное соотношение показывает, что ток через индуктор будет разряжаться с экспоненциальным затуханием:

Реактивное сопротивление

Отношение пикового напряжения к пиковому току в катушке индуктивности, питаемой от синусоидального источника, называется реактивным сопротивлением и обозначается XL.Суффикс предназначен для различения индуктивного реактивного сопротивления от емкостного реактивного сопротивления, обусловленного емкостью.

Таким образом,

Реактивное сопротивление измеряется в тех же единицах, что и сопротивление (Ом), но на самом деле это не сопротивление. Сопротивление будет рассеивать энергию в виде тепла при прохождении тока. Этого не происходит с индуктором; скорее, энергия накапливается в магнитном поле по мере нарастания тока и позже возвращается в цепь, когда ток падает. Индуктивное реактивное сопротивление сильно зависит от частоты.На низкой частоте реактивное сопротивление падает, а при установившемся токе (нулевая частота) индуктор ведет себя как короткое замыкание. С другой стороны, при увеличении частоты реактивное сопротивление увеличивается, и при достаточно высокой частоте индуктор приближается к разомкнутой цепи.

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

При использовании преобразования Лапласа в анализе цепей полное сопротивление идеальной катушки индуктивности без начального тока представлено в области s как:

где

— индуктивность, а

— комплексная частота.

Если в катушке индуктивности есть начальный ток, он может быть представлен как:

• добавление источника напряжения последовательно с катушкой индуктивности, имеющее значение:

где

— индуктивность, а

— начальный ток в катушке индуктивности.

(обратите внимание, что источник должен иметь полярность, соответствующую начальному току)

• или добавлением источника тока параллельно катушке индуктивности, имеющего значение:

где

— начальный ток в катушке индуктивности.

— комплексная частота.

Индукторные сети

Катушки индуктивности в параллельной конфигурации имеют одинаковую разность потенциалов (напряжение). Чтобы найти их общую эквивалентную индуктивность (Leq):

Ток, проходящий через последовательно включенные индукторы, остается неизменным, но напряжение на каждой катушке индуктивности может быть разным. Сумма разностей потенциалов (напряжения) равна общему напряжению. Чтобы найти их общую индуктивность:

Эти простые соотношения верны только тогда, когда нет взаимной связи магнитных полей между отдельными индукторами.

Накопленная энергия

Пренебрегая потерями, энергия (измеряемая в джоулях в СИ), запасенная индуктором, равна количеству работы, необходимой для установления тока через индуктор и, следовательно, магнитного поля. Это дает:

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

Эта взаимосвязь действительна только для линейных (ненасыщенных) областей связи магнитного потока и тока.В общем, если кто-то решает найти энергию, хранящуюся в индуктивности LTI, которая имеет начальный ток в определенное время между и может использовать это:

Q-фактор

Идеальный индуктор не имел бы сопротивления или потерь энергии. Однако настоящие катушки индуктивности имеют сопротивление обмотки из металлической проволоки, образующей катушки. Поскольку сопротивление обмотки появляется как сопротивление, включенное последовательно с индуктором, его часто называют последовательным сопротивлением.Последовательное сопротивление индуктора преобразует электрический ток, проходящий через катушки, в тепло, что приводит к потере качества индукции. Добротность (или Q) индуктора — это отношение его индуктивного реактивного сопротивления к его сопротивлению на данной частоте и является мерой его эффективности. Чем выше добротность катушки индуктивности, тем ближе она к поведению идеальной катушки индуктивности без потерь. Индукторы с высокой добротностью используются с конденсаторами для создания резонансных цепей в радиопередатчиках и приемниках.Чем выше добротность, тем уже полоса пропускания резонансного контура.

Коэффициент добротности катушки индуктивности можно найти по следующей формуле, где L — индуктивность, R — эффективное последовательное сопротивление катушки индуктивности, ω — рабочая частота в радианах, а произведение ωL — индуктивное реактивное сопротивление:

Обратите внимание, что Q увеличивается линейно с частотой, если L и R постоянны. Хотя они постоянны на низких частотах, параметры меняются с частотой.Например, скин-эффект, эффект близости и потери в сердечнике увеличивают R с частотой; Емкость обмотки и изменение магнитной проницаемости в зависимости от частоты влияют на L.

Качественно, на низких частотах и ​​в определенных пределах, увеличение числа витков N улучшает Q, потому что L изменяется как N², в то время как R изменяется линейно с N. Аналогично, увеличение радиуса r индуктора улучшает Q, поскольку L изменяется как r², а R изменяется линейно. с р. Катушки индуктивности с воздушным сердечником с такой высокой добротностью часто имеют большой диаметр и много витков.Оба этих примера предполагают, что диаметр проволоки остается неизменным, поэтому в обоих примерах используется пропорционально больше проволоки (меди). Если общая масса провода остается постоянной, тогда не будет преимуществ в увеличении количества витков или радиуса витков, потому что провод должен быть пропорционально тоньше.

Использование ферромагнитного сердечника с высокой магнитной проницаемостью может значительно увеличить индуктивность для того же количества меди, поэтому сердечник также может увеличить добротность добротности. Однако сердечники также вносят потери, которые увеличиваются с частотой.Материал сердечника выбран для получения наилучших результатов для диапазона частот. На УКВ или более высоких частотах, вероятно, будет использоваться воздушный сердечник.

Катушки индуктивности, намотанные на ферромагнитный сердечник, могут насыщаться при высоких токах, вызывая резкое снижение индуктивности (и добротности). Этого явления можно избежать, используя индуктор с воздушным сердечником (физически большего размера). Хорошо спроектированный индуктор с воздушным сердечником может иметь добротность в несколько сотен.

Формулы индуктивности

В таблице ниже перечислены некоторые распространенные упрощенные формулы для расчета приблизительной индуктивности некоторых конструкций индукторов.

Строительство	Формула	Банкноты
Цилиндрическая катушка с воздушным сердечником	L = индуктивность в генри (Гн) мкм 0 = проницаемость свободного пространства = K = коэффициент Нагаока N = количество витков A = площадь поперечного сечения змеевика в квадратных метрах (м 2 ) l = длина змеевика в метрах (м)	Точный расчет K сложен. K составляет приблизительно единицу для катушки, которая намного длиннее ее диаметра и плотно намотана с использованием проволоки небольшого сечения (так что она приближается к токовому слою).
Прямой провод	L = индуктивность л = длина цилиндра c = радиус цилиндра мкм 0 = проницаемость свободного пространства = μ = проницаемость проводника p = удельное сопротивление ω = фазовая скорость	Точно, если ω = 0 или ω = ∞
	(при d ² f ≫ 1 мм² МГц) (при d ² f ≪ 1 мм² МГц) L = индуктивность (нГн) l = длина проводника (мм) d = диаметр проводника (мм) f = частота	Cu или Al (т.е.е., относительная проницаемость — единица) л > 100 г
Цилиндрическая катушка с коротким сердечником	L = индуктивность (мкГн) r = внешний радиус катушки (дюймы) l = длина змеевика (дюймы) N = количество витков
Многослойная катушка с воздушным сердечником	L = индуктивность (мкГн) r = средний радиус катушки (дюйм) l = физическая длина обмотки катушки (дюйм) N = количество витков d = глубина витка (внешний радиус минус внутренний радиус) (дюймы)
Плоская спиральная катушка с воздушным сердечником	L = индуктивность (мкГн) r = средний радиус катушки (см) N = количество витков d = глубина витка (внешний радиус минус внутренний радиус) (см)
	L = индуктивность (мкГн) r = средний радиус катушки (дюйм) N = количество витков d = глубина витка (внешний радиус минус внутренний радиус) (дюймы)	с точностью до 5 процентов для d > 0.2 р .
Тороидальный сердечник (круглое сечение)	L = индуктивность (мкГн) d = диаметр намотки катушки (дюйм) N = количество витков D = 2 * радиус вращения (дюймы)
	L = индуктивность (мкГн) d = диаметр намотки катушки (дюйм) N = количество витков D = 2 * радиус вращения (дюймы)	, когда d <0.1 Д
Тороидальный сердечник (прямоугольное сечение)	L = индуктивность (мкГн) d 1 = внутренний диаметр тороида (дюйм) d 2 = внешний диаметр тороида (дюйм) N = количество витков h = высота тороида (дюйм)

Источник: www.