Катушка индуктивности. Параметры. Виды. Обозначение на схемах
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Катушка индуктивности относится к числу элементов, без которых не получится построить приемник, телевизор, радиоуправляемую модель, передатчик, генератор сигналов, модемный преобразователь, сетевой фильтр и т.п.
Катушку индуктивности или просто катушку можно представить в виде нескольких витков провода намотанного в спираль. Ток проходя по каждому витку спирали создает в них магнитное поле, которое пересекаясь с соседними витками наводит в них э.д.с самоиндукции. И чем провод длиннее и большее число витков он образует, тем самоиндукция больше.
Индуктивность
По своей сути индуктивность является электрической инерцией и ее основное свойство состоит в том, чтобы оказывать сопротивление всякому изменению протекающего тока. Если через катушку пропускать определенный ток, то ее индуктивность будет противодействовать как уменьшению, так и увеличению протекающего тока.
В отличие от конденсатора, который пропускает переменный и не пропускает постоянный ток, катушка индуктивности свободно пропускает постоянный ток и оказывает сопротивление переменному току, потому что он изменяется быстрее, чем может изменяться магнитное поле.
И чем больше индуктивность катушки и чем выше частота тока, тем оказываемое сопротивление сильнее. Это свойство катушки применяют, например, в приемной аппаратуре, когда требуется в электрической цепи преградить путь переменному току.
Индуктивность измеряется в генри (Гн), миллигенри (1мГн = 10ˉ3 Гн), микрогенри (1мкГн = 10ˉ6 Гн), наногенри (1нГн = 10ˉ9 Гн) и обозначается латинской буквой L.
Общие свойства катушек индуктивности
В зависимости от требуемой индуктивности и частоты, на которой катушка будет работать, она может иметь самые различные исполнения.
Для высоких частот это может быть простая катушка состоящая из нескольких витков провода или же катушка с сердечником из ферромагнитного материала и иметь индуктивность от нескольких наногенри до нескольких десятков миллигенри.
Катушки, работающие на высоких частотах, можно разделить на катушки контуров, катушки связи и дроссели высокой частоты. В свою очередь катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и переменной индуктивностью (вариометры).
По конструктивному признаку высокочастотные катушки разделяются на однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без сердечников и катушки с магнитными и немагнитными сердечниками, бескаркасные, цилиндрические плоские и печатные.
Для работы в цепи переменного тока низкой частоты, на звуковых частотах, во входных фильтрах блоков питания, в цепях питания осветительного электрооборудования применяются катушки с достаточно большой индуктивностью. Их индуктивность достигает десятки и даже сотни генри, а в обмотках могут создаваться большие напряжения и протекать значительные токи.
Для увеличения индуктивности при изготовлении таких катушек применяют магнитопроводы (сердечники), собранные из отдельных тонких изолированных пластин сделанных из специальных магнитных материалов – электротехнических сталей, пермаллоев и др.
Применение наборных магнитопроводов обусловлено тем, что под действием переменного магнитного поля в сплошном магнитопроводе, который можно рассматривать как множество короткозамкнутых витков, образуются вихревые токи, которые нагревают магнитопровод, бесполезно потребляя часть энергии магнитного поля. Изоляция же между слоями стали оказывается на пути вихревых токов и значительно снижает потери.
Катушки с магнитопроводами из изолированных пластин можно разделить на дроссели и трансформаторы.
Основные параметры катушек индуктивности
Свойства катушек могут быть охарактеризованы четырьмя основными параметрами: индуктивностью, добротностью, собственной емкостью и стабильностью.
1. Индуктивность.
Индуктивность (коэффициент самоиндукции) является основным электрическим параметром и характеризует величину энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергии она запасает в своем магнитном поле.
Индуктивность зависит от размеров каркаса, формы, числа витков катушки, диаметра и марки провода, а также от формы и материала магнитопровода (сердечника).
В радиолюбительских схемах, как правило, величину индуктивности не указывают, так как радиолюбителя интересует не эта величина, а количество витков провода в катушке, диаметр и марка провода, способ намотки (внавал, виток к витку, крест на крест, секционная намотка) и размеры каркаса катушки.
2. Добротность.
Добротность (Q) характеризуется качеством работы катушки индуктивности в цепях переменного тока и определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь.
Активное сопротивление включает в себя сопротивление провода обмотки катушки; сопротивление, вносимое диэлектрическими потерями в каркасе; сопротивление, вносимое собственной емкостью и сопротивления, вносимые потери в экраны и сердечники.
Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество.
В большинстве случаев добротность катушки определяют резонансные свойства и к.п.д. контура.
3. Собственная емкость.
Катушки индуктивности обладают собственной емкостью, которая увеличивается по мере увеличения числа витков и размеров катушки. Между соседними витками существует межвитковая емкость, из-за которой некоторая часть тока проходит не по проводу, а через емкость между витками, отчего сопротивление между выводами катушки уменьшается.
Все дело в том, что общее напряжение, приложенное к катушке, разделяется на межвитковые напряжения из-за чего между витками образуется электрическое поле, вызывающее скопление зарядов. Витки, разделенные слоями изоляции, образуют обкладки множества маленьких конденсаторов, через которые протекает часть тока, из общей емкости которых и складывается собственная емкость катушки. Таким образом катушка обладает не только индуктивными но и емкостными свойствами.
Собственная емкость является вредным параметром и ее стремятся уменьшить применением специальных форм каркаса и способом намотки провода.
4. Стабильность.
Стабильность катушки характеризуется изменением ее параметров под воздействием температуры, влажности и во времени.
Изменение индуктивности под влиянием температуры характеризуют температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), равным относительному изменению индуктивности при изменении температуры на 1°С. ТКИ катушки определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса.
Влажность вызывает увеличение собственной емкости и диэлектрических потерь, а также понижает стабильность катушки. Для защиты от действия влажности применяется герметизация или пропитка и обволакивание обмотки негигроскопичными составами.
Такие катушки обладают более низкой добротностью и большой собственной емкостью, но при этом они более устойчивы к воздействию влаги.
Катушки индуктивности с магнитопроводами
Для получения малогабаритных катушек различного назначения применяют магнитопроводы (сердечники), которые изготавливают из магнитодиэлектриков и ферритов.
Катушки с магнитопроводами имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, малую длину провода и небольшие размеры.
Ценным свойством катушек с магнитопроводами является возможность их подстройки, т.е. изменения индуктивности в небольших пределах путем перемещения внутри катушки специального цилиндрического подстроечника, состоящего из феррита с напрессованной на него резьбовой втулкой.
Магнитодиэлектрики представляют собой измельченное вещество, содержащее в своем составе железо (ферромагнетик), частицы которого равномерно распределены в массе диэлектрика (бакелита или аминопласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.
Ферриты представляют собой твердые растворы окислов металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающееся при этом вещество – полупроводниковая керамика – обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.
Основным достоинством ферритов является высокая магнитная проницаемость, которая позволяет существенно уменьшить размеры катушек.
В старых принципиальных схемах магнитопроводы из магнитодиэлектриков и ферритов обозначались одинаково – утолщенной штриховой линией (рис. а). Впоследствии стандарт ЕСКД оставил этот символ для магнитопроводов из магнитодиэлектрика, а для ферритовых ввел обозначение, ранее применявшееся только для магнитопроводов низкочастотных дросселей и трансформаторов – сплошную жирую линию (рис. б). Однако согласно последней редакции ГОСТ 2.723.68 (март 1983г.) магнитопроводы катушек изображают линиями нормальной толщины (рис. в).
Катушки, индуктивность которых можно изменять с помощью магнитопровода, на электрических схемах указываются при помощи знака подстроечного регулирования, который вводится в ее условное обозначение.
Изменение индуктивности обозначают двумя способами: либо знаком подстроечного регулирования пересекающим обозначения катушки и магнитопровода (рис.
а), либо только пересечением магнитопровода с изображением его над катушкой (рис. б).
Экранированные катушки индуктивности
Для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электромагнитным полем катушки и влияния на катушку окружающего пространства, ее экранируют, т.е. помещают в замкнутом металлическом экране.
Однако под влиянием экрана изменяются основные электрические параметры катушки: уменьшаются индуктивность и добротность, увеличивается сопротивление и собственная емкость.
Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам расположен экран, т.е. изменение параметров зависит от соотношения между размерами катушки и размерами самого экрана.
Для высокочастотных катушек экраны выполняются в виде круглых или прямоугольных стаканов из алюминия, меди или латуни с толщиной стенок 0,3 – 0,5 мм.
Чтобы на схемах обозначить экранированную катушку, ее условное обозначение помещают в знак экранирования, который соединяют с корпусом.
Также необходимо отметить, что экранировать необходимо лишь катушки большого размера, диаметр которых составляет более 15 – 20 мм.
Катушки диаметром не более 4 – 5 мм создают магнитное поле в относительно небольшом пространстве и при удалении таких катушек от других деталей на расстояние в 4 – 5 раз больше их диаметра опасных связей, как правило, не возникает, поэтому они не нуждаются в специальном экранировании.
Обозначение катушек с отводами и начала обмотки
В радио и электротехнической аппаратуре, например, в приемниках или импульсных преобразователях напряжения, иногда используют не всю индуктивность катушки, а только некоторую ее часть. Для таких случаев катушки изготавливают с отводом или отводами.
При разработке некоторых конструкций иногда необходимо строго соблюсти начало и конец обмотки катушки или трансформатора. Чтобы указать, какой из концов обмотки является началом, а какой – концом, у вывода начала обмотки ставят жирную точку.
Для подстройки катушек на частотах свыше 15…20 МГц часто применяют магнитопроводы из немагнитных материалов (меди, алюминия и т.п.). Возникающие в таком магнитопроводе под действием магнитного поля катушки вихревые токи создают свое поле, противодействующее основному, в результате чего индуктивность катушки уменьшается.
Немагнитный магнитопровод-подстроечник обозначают так же, как и ферритовый, но рядом указывают химический символ металла, из которого он изготовлен. На рисунке изображен подстроечник, изготовленный из меди.
Вот и все, что хотел рассказать о катушках индуктивности.
Удачи!
Литература:
1. В. А. Волгов «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры».
2. В. В. Фролов «Язык радиосхем».
3. М. А. Сгут «Условные обозначения и радиосхемы».
Чтение схем: дроссель, катушка, конденсатор
Дроссель, катушка индуктивности это спиралевидная, винтовидная либо винтоспиралевидная катушка, сконструированная из свёрнутого, хорошо заизолированного проводника.
Данный провод обладает значительными показателями индуктивности при достаточно малой ёмкости и сопротивлении.
И отсюда следует, что при протекании по катушке переменного электрического тока, наблюдается значительная инерционность.
Дроссели в основном применяются: для подавления незначительных помех, для сглаживания относительно небольших пульсаций, а также для ограничения электрического тока и накопления энергии. На схемах катушка индуктивности без магнитопровода обозначена под номером 1. Под номером 2 изображена также катушка, но уже с отводами.
№ 3 – Дроссель со скользящими контактами;
№ 4 – Дроссель с ферромагнитным магнитопроводом;
№ 5 – Реактор.
Обычно обозначение №5 применяется в схемах электроснабжения. Реакторы обычно применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепях тяговых двигателей.
Катушки индуктивности могут иметь не только ферромагнитные магнитопроводы, как у дросселей, но и магнитопроводы со специальными свойствами.
Они рассмотрены в статье обозначений трансформаторов и автотрансформаторов.
О видах и характеристиках трансформаторов, можете почитать тут.
Конденсатор в переводе с латинского языка «condensare» — означает «уплотнять», «сгущать». Данный элемент представляет собой — специфический двухполюсник, обладающий как определёнными, так и переменными значениями показателя емкости и относительно малым показателем проводимости. Конденсатор, первым делом, предназначен для накопления электрической энергии и заряда электрического поля.
Конденсатор – пассивный электронный компонент. Самый простой конденсатор – это конструкция, состоящая из двух электродов в виде пластин, которые называются обкладками, разделённых слоем диэлектрика (все вещества, которые не пропускают электрический ток, называются диэлектриками). Толщина этого вещества с размерами самих обкладок довольно мала. Конденсаторы, по своим свойствам, подразделяются на конденсаторы переменной и постоянной ёмкости.
Как следует из названий, емкость переменных конденсаторов можно изменять вручную, а у постоянных конденсаторов емкость – неизменна.
Постоянный и переменный конденсаторы
На электрических схемах постоянные конденсаторы обозначаются как на картинках № 6. Далее на картинках № 7 / 8/ 9 /10 представлены поляризованный, и электролитический поляризованный и неполяризованный конденсаторы соответственно. Обозначение № 9 – уже устарело, и его можно встретить только на старых советских схемах.
Конденсаторы переменной емкости на электротехнических схемах обозначены рисунками вида: рис. № 11, № 12– подстроечный. На рис № 13 проиллюстрирован – конденсатор – с нелинейной зависимостью емкости от напряжения.
Вариконд – конденсатор с нелинейной зависимостью ёмкости от напряжения
Если нужно показать подвижную обкладку конденсатора, то есть его ротор, то ее изображают в виде дуги № 14.
На рис. № 15 приведено старое обозначение, здесь вместо дуги ставили точку.
Где применяются катушки индуктивности? | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Одним из самых распространенных элементов электрических схем является индуктивность. Это в общем случае катушка с проводом с вставленным в нее ферромагнитным сердечником или без него. Рассмотрим применения свойств катушки индуктивности в различных областях техники.
Индуктивность применяется в различных приборах в радиотехнике, электротехнике, технике связи, электронике, автоматике и многих других областях.
Это трансформаторы, различные электрические фильтры, электромагнитные реле, преобразователи электрической энергии и т.д.
Если конденсатор – это накопитель электрической энергии (заряда), то индуктивность – это накопитель электромагнитной энергии.
Самое простое применение катушки с проводом – это электромагнит.
При прохождении электрического тока по проводу, вокруг него образуется постоянное магнитное поле. Чем больше витков в катушке и чем больше электрический ток, проходящий через нее, тем больше магнитный поток пронизывающий витки катушки.
Для увеличения силы притяжения электромагнита в катушку вводят ферромагнитный (стальной) сердечник.
Свойство катушки с проводом образовывать магнитное поле, используется в мощных электромагнитах, во всевозможных электромеханических реле, электрических двигателях и генераторах и т.д.
Катушка индуктивности — фильтр
Катушка индуктивности имеет минимальное сопротивление для прохождения постоянного электрического тока, но для переменного тока имеет большое сопротивление.
Это свойство индуктивности используется для разделения цепей переменного и постоянного токов.
В технике электросвязи и радиосвязи используется множество различных фильтров нижних и верхних частот, схем дистанционного питания и т.д.
Катушка с ферромагнитным стальным сердечником используется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей для сглаживания пульсаций переменного тока.
Катушка с проводом источник Э.Д.С.
При воздействии на катушку переменного магнитного поля в ней образуется переменный электрический ток.
Это свойство катушки индуктивности используется в электрических генераторах постоянного и переменного тока.
В них идет преобразование механической энергии в электрическую энергию.
Дизель-генераторные электростанции используют энергию сгорания дизельного топлива;
Тепловые электростанции – ТЭЦ используют энергию газа, угля, и др.;
Гидроэлектростанции – ГЭС используют энергию падающей воды;
Атомные электростанции — АЭС используют энергию деления атомного ядра.
Во всех циклах преобразования энергии конечным элементом является электрический генератор одно или трех — фазного переменного тока.
Катушка индуктивности — трансформатор.
При протекании переменного тока через катушку вокруг нее образуется переменное магнитное поле, которое в свою очередь воздействует на соседнюю катушку (обмотку) и создает в ней переменный электрический ток.
Трансформаторы тока – напряжения используются для преобразования переменного электрического напряжения и тока одной величины в напряжение и ток другой величины.
Трансформаторы служат также для согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением источника (генератора) электрической энергии.
Трансформаторы используются во всех областях электротехники, радиотехники, электросвязи, автоматики и т.д.
Катушка индуктивности — элемент колебательного контура.
Если объединить свойства конденсатора и индуктивности, то можно создать электромагнитный контур для получения синусоидальных колебаний переменного тока. В этом контуре заряд, накопленный в конденсаторе, передается в катушку и преобразуется в магнитное поле. Магнитное поле в свою очередь, наводит ЭДС самоиндукции в катушке, которая и заряжает конденсатор. Процесс этот повторяется многократно, постепенно затухая из-за потерь в контуре.
Колебательные контуры бывают двух видов — параллельный и последовательный.
Колебательные контуры используются для получения незатухающих колебаний синусоидальной формы низкой – НЧ, высокой ВЧ и сверхвысокой СВЧ частот.
Электросвязь, радиотехника, автоматика, космическая связь – перечень применения колебательного контура в технике безграничен.
Описание индукторов цепей и вычисление их накопителей магнитной энергии
- Образование
- Наука
- Электроника
- Описание индукторов цепей и вычисление их накопления магнитной энергии
Автор: Джон Сантьяго
В цепях, индукторы мгновенные изменения сопротивления и хранить магнитную энергию.
Индукторы — это электромагнитные устройства, которые находят широкое применение в радиочастотных (RF) цепях. Они служат радиочастотными «дросселями», блокируя высокочастотные сигналы.
Это применение индуктивных цепей называется фильтрация . Электронные фильтры выбирают или блокируют те частоты, которые выбирает пользователь.
Описать индуктор
В отличие от конденсаторов, которые представляют собой электростатические устройства, индукторы являются электромагнитными устройствами. В то время как конденсаторы предотвращают мгновенное изменение напряжения, катушки индуктивности предотвращают резкое изменение тока. Индукторы — это провода, скрученные в несколько петель, образующих катушки. Фактически, символ катушки индуктивности выглядит как катушка с проводом, как показано здесь.
Ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле, и силовые линии магнитного поля окружают провод вдоль его оси. Концентрация или плотность силовых линий магнитного поля называется магнитным потоком.
Катушечная форма катушек индуктивности увеличивает магнитный поток, который естественным образом возникает, когда ток течет по прямому проводу. Чем больше поток, тем больше индуктивность.
Если вам нужна схема, в которой хранится больше магнитной энергии, вы можете получить еще большие значения индуктивности, вставив железо в катушку с проволокой.
Вот определяющее уравнение для индуктора:
, где индуктивность L — постоянная величина, измеренная в Генри (Гн). Вот то же уравнение в графической форме.
На рисунке показана характеристика i-v катушки индуктивности, где наклон линии представляет собой значение индуктивности.
В предыдущем уравнении говорится, что напряжение на катушке индуктивности зависит от скорости изменения тока во времени.Другими словами, отсутствие изменения тока катушки индуктивности означает отсутствие напряжения на катушке индуктивности. Чтобы создать напряжение на катушке индуктивности, ток должен плавно изменяться.
В противном случае мгновенное изменение тока создало бы огромное напряжение на катушке индуктивности.
Думайте об индуктивности L как о константе пропорциональности, подобно тому как резистор действует как константа по закону Ома. Это понятие закона Ома для катушек индуктивности (и конденсаторов) становится полезным, когда вы начинаете работать с векторами.
Чтобы выразить ток, протекающий через катушку индуктивности, через напряжение, вы интегрируете предыдущее уравнение следующим образом:
Второй член в этом уравнении — начальный ток через катушку индуктивности в момент времени t = 0.
Найдите накопитель энергии в привлекательном индукторе
Чтобы найти энергию, запасенную в катушке индуктивности, вам потребуется следующее определение мощности, которое применимо к любому устройству:
Нижний индекс L обозначает индукторное устройство. Подставив напряжение для индуктора в уравнение мощности, вы получите следующее:
Энергия w L (t) , запасенная в единицу времени, является мощностью.
Интегрирование предыдущего уравнения дает вам энергию, запасенную в катушке индуктивности:
Уравнение энергии подразумевает, что энергия в индукторе всегда положительна. Катушка индуктивности поглощает энергию из цепи при накоплении энергии, а катушка индуктивности высвобождает накопленную энергию при передаче энергии в цепь.
Для визуализации взаимосвязи тока и энергии, показанной здесь, которая показывает ток как функцию времени и энергии, накопленной в катушке индуктивности.
Это также показывает, как вы можете получить ток из зависимости индуктивности между током и напряжением.
Рассчитать общую индуктивность для последовательных и параллельных катушек индуктивности
Катушки индуктивности, соединенные последовательно или параллельно, могут быть уменьшены до одного индуктора. Взгляните на схему с тремя последовательными индукторами, показанную на верхней диаграмме.
Поскольку индукторы соединены последовательно, они имеют одинаковые токи:
i 1 (t) = i 2 (t) = i 3 (t) = i (t)
Сложите напряжения последовательных катушек индуктивности, чтобы получить чистое напряжение В (t) , как показано ниже:
Для последовательных катушек индуктивности у вас есть эквивалентная индуктивность
L EQ = L 1 + L 2 + L 3
Для параллельного соединения катушек индуктивности примените закон Кирхгофа (KCL) в нижней диаграмме рисунка.
KCL сообщает, что сумма входящих и исходящих токов в узле равна 0, что дает вам
Поскольку у вас одинаковое напряжение v (t) на каждой из параллельных катушек индуктивности, вы можете переписать уравнение как
Это уравнение показывает, как можно уменьшить количество параллельных катушек индуктивности до одной единственной катушки индуктивности:
Об авторе книги
Джон М. Сантьяго мл., Доктор философии, служил в ВВС США (USAF) 26 лет. В течение этого времени он занимал различные руководящие должности в области управления техническими программами, развития закупок и поддержки операционных исследований. Находясь в Европе, он возглавлял более 40 международных научных и технических конференций / семинаров.
Лекция — 4 эквивалентные схемы индуктивности и емкости
Презентация на тему: «Лекция — 4 эквивалентные схемы индуктивности и емкости» — стенограмма презентации:
1 Лекция — 4 эквивалентные схемы индуктивности и емкости
2 Краткое описание Конденсатор Введение.
Индуктор.
Уравнение индуктивности v-i. Мощность и энергия в индукторе. Последовательные и параллельные индукторы. Конденсатор Конденсатор v-i уравнение. Мощность и энергия в конденсаторе. Последовательные и параллельные конденсаторы.
3 Введение Резистор: пассивный элемент, который только рассеивает энергию.
Два важных элемента пассивной линейной схемы: Конденсатор, индуктор, индуктивность и конденсаторы, пассивные элементы; они могут накапливать и выделять энергию, но не могут генерировать или рассеивать энергию.Мгновенная мощность на выводах катушки индуктивности или конденсатора может быть положительной или отрицательной, в зависимости от того, подается ли энергия на элемент или отбирается из него.
4
Индуктивность индуктивности — это параметр схемы, используемый для описания индуктивности.
Индуктивность обозначается буквой L, измеряется в генри (H). Графически он представлен в виде витой проволоки. Индуктор состоит из катушки с проводником.Индуктор — это пассивный элемент, предназначенный для хранения энергии в магнитном поле. я + — v L
5 Уравнение v-i катушки индуктивности
Когда ток через катушку индуктивности постоянный, то напряжение на катушке индуктивности равно нулю, как при коротком замыкании. Никакое резкое изменение тока через катушку индуктивности невозможно, за исключением приложения бесконечного напряжения на катушке индуктивности, что невозможно.Переключение индуктивных цепей — важная инженерная проблема, потому что искрение и скачки напряжения необходимо контролировать, чтобы предотвратить повреждение оборудования.
6 Мощность и энергия в катушке индуктивности
Соотношения мощности и энергии для катушки индуктивности могут быть получены непосредственно из соотношений тока и напряжения.
7 Последовательные и параллельные катушки индуктивности
Эквивалентная индуктивность последовательно соединенных катушек индуктивности является суммой индивидуальных индуктивностей: Эквивалентная индуктивность параллельно подключенных индуктивностей является обратной величиной суммы обратных величин отдельных индукторов: Катушка индуктивности в различных соединениях имеет тот же эффект, что и резистор.Следовательно, преобразование индуктивности Y-Δ может быть получено аналогичным образом.
8 ——————————————-
Пример 1 Текущий через катушку индуктивности 0,1 Гн i (t) = 10te-5t A. Найдите напряжение на катушке индуктивности и запасенную в ней энергию.
9 ———————————————
Пример 2 Предположим что начальная энергия, запасенная в индукторах на рисунке, равна нулю.
Найдите эквивалентную индуктивность по отношению к клеммам a, b. 30 || 20 = 12H 80 || (8 + 12) = 16H 60 || () = 20H 15 || () = 20H Lab = = 15H
10 Конденсатор. Параметр емкости цепи обозначается буквой C. Он измеряется в фарадах (F) и графически обозначен двумя короткими параллельными проводящими пластинами. Конденсатор — это пассивный элемент, предназначенный для хранения энергии в электрическом поле.
11 Уравнение v-i конденсатора
Если v — постоянное напряжение, то i = 0; постоянное напряжение на конденсаторе не создает тока через конденсатор, конденсатор в этом случае такой же, как разомкнутая цепь.Напряжение не может мгновенно измениться на выводах конденсатора, потому что такое изменение привело бы к бесконечному току, что физически невозможно. Каждый практический конденсатор имеет максимальное рабочее напряжение, чтобы не нарушить изоляцию диэлектрика.
Основные электрические схемы-компоненты, типы
Что такое электрическая цепь?
Электрическая цепь — это замкнутый путь для передачи электрического тока через среду электрических и магнитных полей.Поток электронов через петлю составляет электрический ток. Электроны входят в цепь через «Источник», которым может быть батарея или генератор. Источник обеспечивает электроны энергией, создавая электрическое поле, которое обеспечивает электродвижущую силу.
Электроны покидают цепь через нагрузку на землю, тем самым завершая замкнутый путь. Нагрузкой или выходом может быть любое простое бытовое устройство, такое как телевизор, лампа, холодильник, или сложная нагрузка, например, на гидроэлектростанции.
Простая электрическая цепь состоит из источника (например, батареи), проводов в качестве проводящей среды и нагрузки (например, лампочки). Батарея обеспечивает необходимую энергию для потока электронов к лампочке.
Основные элементы схемы
Как упоминалось выше во введении, схема — это соединение элементов между собой.
Эти элементы подразделяются на активные и пассивные в зависимости от их способности генерировать энергию.
Активные элементы схемы
Активные элементы — это элементы, которые могут генерировать энергию.Примеры включают батареи, генераторы, операционные усилители и диоды. Обратите внимание, что в электрической цепи элементы источника являются наиболее важными активными элементами.
Источник энергии, будь то источник напряжения или тока, бывает двух типов — независимые и зависимые источники. Примером независимого источника является батарея, которая обеспечивает постоянное напряжение в цепи независимо от тока, протекающего через клеммы.
Примером зависимого источника является транзистор, который обеспечивает ток в цепи в зависимости от приложенного к нему напряжения.Другой пример — операционный усилитель, который выдает напряжение в зависимости от дифференциального входного напряжения, приложенного к его клеммам.
Элементы пассивной цепи
Пассивные элементы можно определить как элементы, которые могут управлять потоком электронов через них.
Они либо увеличивают, либо уменьшают напряжение. Вот несколько примеров пассивных элементов.
Резистор : резистор препятствует прохождению через него тока. Для линейной цепи применим закон Ома, который гласит, что напряжение на резисторе прямо пропорционально току, протекающему через него, а пропорциональная константа — это сопротивление.
Катушка индуктивности : Катушка индуктивности накапливает энергию в форме электромагнитного поля. Напряжение на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока, протекающего через нее.
Конденсатор : Конденсатор накапливает энергию в виде электростатического поля. Напряжение на конденсаторе пропорционально заряду.
Типы электрических цепей
Цепи постоянного тока
В цепях постоянного тока применяется постоянное возбуждение.В зависимости от типа соединения активных и пассивных компонентов с источником цепь можно разделить на последовательные и параллельные.
Когда несколько пассивных элементов соединены последовательно с источником энергии, такая цепь называется последовательной цепью. В последовательной цепи через каждый элемент протекает одинаковое количество тока, и напряжение делится. В последовательной цепи, поскольку элементы соединены в линию, если среди них есть неисправный элемент, полная цепь действует как разомкнутая цепь.
- Для резистора, включенного в цепи постоянного тока, напряжение на его выводах прямо пропорционально току, проходящему через него, таким образом, сохраняется линейная зависимость между напряжением и током. Для резисторов, соединенных последовательно, общее сопротивление равно сумме всех значений сопротивлений.
- Для конденсаторов, соединенных последовательно, общая емкость равна сумме обратных величин всех значений емкости.
- Для катушек, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех значений индуктивности.
Параллельные цепи
В параллельной схеме один вывод всех элементов подключен к одному выводу источника, а другой вывод всех элементов подключен к другому выводу источника.
В параллельных цепях напряжение в параллельных элементах остается неизменным, а ток изменяется. Если среди параллельных элементов есть неисправный элемент, это не повлияет на схему.
- Для резисторов, соединенных параллельно, полное сопротивление равно сумме обратных величин всех значений сопротивлений.
- Для конденсаторов, соединенных последовательно, общая емкость равна сумме всех значений емкости.
- Для катушек, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех обратных значений индуктивности.
Цепи переменного тока
Цепи переменного тока — это цепи, в которых элементом возбуждения является источник переменного тока. В отличие от источника постоянного тока, который является постоянным, источник переменного тока имеет переменные ток и напряжение через равные промежутки времени. Как правило, для приложений с большой мощностью используются цепи переменного тока.
Простая цепь переменного тока с использованием сопротивления
Для переменного тока, проходящего через резистор, соотношение тока и напряжения зависит от фазы и частоты источника питания.
Приложенное напряжение будет постоянно меняться со временем, и закон Ома можно использовать для расчета тока, проходящего через резистор в любой момент времени.
Другими словами, если в момент времени t секунд значение напряжения равно v вольт, ток будет:
я = v / R
, где значение R всегда постоянно.
Приведенное выше уравнение показывает, что полярность тока зависит от полярности напряжения. Кроме того, как ток, так и напряжение одновременно достигают своей максимальной и нулевой точек. Таким образом, для резистора напряжение синфазно с приложенным током.
Рассмотрим приведенную ниже схему
Когда переключатель замкнут, ток проходит через резистор и определяется уравнением ниже
i = Im cos (ωt + Φ)
Напряжение, В = IR = RIm cos (ωt + Φ)
Для резистора значения напряжения и тока будут расти и падать одновременно.Следовательно, разность фаз между напряжением и током равна нулю.
Цепь переменного тока с использованием чистой индуктивности
Катушка из тонкой проволоки, намотанная на цилиндрический сердечник, известна как индуктор. Сердечник может быть воздушным сердечником (многослойным полым) или железным сердечником. Когда через индуктор протекает переменный ток, магнитное поле также изменяется. Это изменение магнитного поля приводит к индуцированному напряжению на катушке индуктивности. Согласно закону Ленца, индуцированное напряжение таково, что оно препятствует прохождению через него тока.
Во время первого полупериода напряжения источника индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, а в следующей половине он выделяет энергию.
Индуцированная ЭДС определяется следующим образом:
e = Ldi / dt
Здесь L — самоиндукция.
Теперь, приложенное входное напряжение переменного тока определяется как v (t) = Vm Sinωt
Ток через катушку индуктивности: I (t) = Im Sinωt
Итак, напряжение на катушке индуктивности будет
e = L di / dt = wLI_m coswt = wLI_m sin (wt + 90)
Таким образом, для катушки индуктивности напряжение опережает ток на 90 градусов.
Теперь сопротивление катушки индуктивности называется реактивным сопротивлением и определяется как
.Таким образом, импеданс или сопротивление пропорциональны скорости изменения тока катушки индуктивности.
Цепь переменного тока с конденсатором
Для постоянного источника питания пластины конденсатора заряжаются до приложенного напряжения, временно накапливают этот заряд, а затем начинают разряжаться. Как только конденсатор полностью заряжен, он блокирует ток, поскольку пластины насыщаются.
Когда на конденсатор подается напряжение переменного тока, скорость зарядки и разрядки зависит от частоты источника питания.Напряжение на конденсаторе отстает от протекающего через него тока на 90 градусов.
Ток через конденсатор определяется как
e = Ldi / dt
Емкостное реактивное сопротивление определяется как:
e = Ld / idt
Таким образом, полное сопротивление или реактивное сопротивление источника переменного тока обратно пропорционально частоте источника питания.
Что такое короткое замыкание и обрыв?
Короткое замыкание
Соединение с низким или незначительным сопротивлением между двумя проводниками в электрической цепи называется коротким замыканием.Короткое замыкание приведет к выделению большего количества тепла и, в конечном итоге, к искрам, пламени или дыму.
Короткое замыкание может быть вызвано неплотными контактами, неисправной изоляцией, резким пережевыванием проводов вредителями или старыми приборами. Один из лучших и часто используемых методов предотвращения повреждений от короткого замыкания — это использование предохранителя или автоматического выключателя.
Обрыв цепи
Обрыв цепи — это предупреждение
Wikizero — Inductor
Для индукторов, магнитные свойства которых имеют значение, а не электрические, см. Электромагнит.Пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает энергию в своем магнитном поле
Индуктор , также называемый катушкой , дросселем или реактором , представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает энергию в магнитное поле, когда через него протекает электрический ток.
[1] Катушка индуктивности обычно состоит из изолированного провода, намотанного в катушку.
Когда ток, протекающий через катушку, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электродвижущую силу ( e.м.ф. ) (напряжение) в проводнике, описываемое законом индукции Фарадея. Согласно закону Ленца, индуцированное напряжение имеет полярность (направление), которая противодействует изменению тока, который его создал. В результате катушки индуктивности препятствуют любым изменениям тока через них.
Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, которая представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока. В Международной системе единиц (СИ) единицей индуктивности является генри (Н), названный в честь американского ученого 19 века Джозефа Генри.При измерении магнитных цепей он эквивалентен Веберу / Амперу. Индукторы имеют значения, которые обычно находятся в диапазоне от 1 мкГн (10 −6 Гн) до 20 Н. Многие индукторы имеют магнитный сердечник, сделанный из железа или феррита внутри катушки, который служит для увеличения магнитного поля и, следовательно, индуктивности.
Наряду с конденсаторами и резисторами, индукторы являются одним из трех пассивных элементов линейной цепи, составляющих электронные схемы. 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 цепей, используемых для настройки радио и ТВ-приемников.
Описание [править]
Электрический ток, протекающий по проводнику, создает окружающее его магнитное поле. Связь магнитного потока ΦB {\ displaystyle \ Phi _ {\ mathbf {B}}}, генерируемая заданным током I {\ displaystyle I}, зависит от геометрической формы цепи.Их соотношение определяет индуктивность L {\ displaystyle L}. [2] [3] [4] [5] Таким образом,
- L: = ΦBI {\ displaystyle L: = {\ frac {\ Phi _ {\ mathbf {B}}} { Я}}}.
Индуктивность цепи зависит от геометрии пути тока, а также от магнитной проницаемости близлежащих материалов. Индуктор — это компонент, состоящий из провода или другого проводника, имеющего форму для увеличения магнитного потока через цепь, обычно в форме катушки или спирали, с двумя выводами.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 вызывать 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 него.
Основное уравнение [редактировать]
Любое изменение тока через индуктор создает изменяющийся магнитный поток, вызывая напряжение на индукторе.