Катушка индуктивности — винтообразная, спиральная либо винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, владеющая значимой индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значимая инерционность.
Устройство обычно представляет собой винтообразную, спиральную либо винтоспиральную катушку из одножильного либо многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный либо прямоугольный каркас из диэлектрика либо плоскую спираль, волну либо полоску печатного либо другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (обычная и с шагом), так и мультислойная (обычная, внавал, «универсал»). Намотка «универсал» имеет наименьшую паразитную ёмкость.
Для роста индуктивности используют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники применяют для конфигурации индуктивности катушек в маленьких границах.
Есть также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.
Катушка индуктивности в электрической цепи отлично проводит неизменный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, так как при изменении тока в катушке появляется ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.
Главным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Обычные значения индуктивностей катушек от 10-х толикой мкГн до 10-ов Гн.
В катушках индуктивности кроме основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к возникновению утрат в катушке.
Утраты в проводах вызваны 3-мя причинами:
· Провода обмотки владеют омическим (активным) сопротивлением.
· Сопротивление провода обмотки растет с ростом частоты, что обосновано скин-эффектом. Сущность эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие миниатюризируется полезное сечение проводника и вырастает сопротивление.
· В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, сущность которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В итоге сечение, по которому протекает ток, воспринимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.
Утраты в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:
· Утраты от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и остальные утраты соответствующие для диэлектриков конденсаторов).
· Утраты от магнитных параметров диэлектрика (эти утраты подобны потерям в сердечнике).
В общем случае можно увидеть что для современных катушек общего использования утраты в диэлектрике в большинстве случаев пренебрежимо малы.
Утраты в сердечнике складываются из утрат на вихревые токи, утрат на гистерезис и исходных утрат.
Утраты на вихревые токи . Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, к примеру в сердечнике, экране и в проводах примыкающих витков. Возникающие при всем этом вихревые токи становятся источником утрат из-за сопротивления проводников.
Разновидности катушек индуктивности
Контурные катушки индуктивности . Эти катушки применяются вместе с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они обязаны иметь высшую стабильность, точность и добротность.
Катушки связи . Такие катушки используются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет поделить по неизменному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, потому они производятся из узкого провода в виде 2-ух обмоток маленьких габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.
Вариометры. Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе использования для перестройки колебательных контуров. Они состоят из 2-ух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек недвижная (статор), другая размещается снутри первой и крутится (ротор). При изменении положения ротора относительно статора меняется величина взаимоиндукции, а поэтому, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность меняется перемещением ферромагнитного сердечника.
Дроссели . Это катушки индуктивности, владеющие высочайшим сопротивлением переменному току и малым сопротивлением неизменному. Используются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц производятся на сердечниках из трансформаторной стали. На более больших частотах также используются сердечники из пермаллоя либо феррита. Особенная разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.
Сдвоенные дроссели две намотанных встречно катушки индуктивности, применяются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и обоюдной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили обширное распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, также в звуковой технике. Т.е. предусмотрены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах применяется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) либо ферритовый сердечник.
Использование катушек индуктивности
· Катушки индуктивности (вместе с конденсаторами и/либо резисторами) применяются для построения разных цепей с частотно-зависимыми качествами, а именно, фильтров, цепей оборотной связи, колебательных контуров и т. п..
· Катушки индуктивности применяются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и модифицирующий уровни напряжения.
· Две и поболее индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
· Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, время от времени применяется в качестве источника высокого напряжения маленькой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания нереально либо экономически нецелесообразно. В данном случае на катушке из-за самоиндукции появляются выбросы высокого напряжения, которые можно применять в схеме, к примеру, выпрямив и сгладив.
· Катушки применяются также в качестве электромагнитов.
· Катушки используются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.
· Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).
o Рамочная антенна
o Индукционная петля
· Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
· Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких границах перемещением (вытаскиванием) сердечника.
· Катушка индуктивности применяется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и обширно использовались во времена 2-ой мировой войны.
Действенные методы намотки, разработанные на нашем предприятии:
Позволяют снять ограничения на спектры используемых напряжений, токов и температур. Понижают сечение провода, цена и массу катушек при тех же критериях эксплуатации. Или позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.
Наши долголетние исследования проявили, что более действенным методом остывания является воздушный. Использование дополнительных видов изоляции время от времени бывает не нужно и усугубляет характеристики обмоток. Заместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к повышению площади контакта провода с массивными потоками воздуха.
1. Разбитая обмотка.
Наилучшая кандидатура дополнительной изоляции. Обмотка разбита на хоть какое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между примыкающими витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким макаром хоть какое опасное пробивное напряжение можно понизить до электрозащитных характеристик обычного эмальпровода без использования особенных электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать остывание.
2. Бесконтактная обмотка.
Витки обмотки подвешены в воздухе на особых растяжках. Не имеют механического, электрического и термического контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое действенное воздушное остывание, тепло- и электроизоляция.
3. Корпус в виде улитки.
Более действенным методом остывания обмоток мы считаем воздушное. Использование такового корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических черт дает значимые достоинства.
4. Двухполупериодная обмотка.
Все новое – это отлично забытое старенькое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет использовать обмотки с наименьшим сечением. В особенности животрепещуща двухполупериодная обмотка там, где в маленькие габариты нужна поместить очень сильную обмотку с таким толстым проводом, который нереально согнуть под требуемыми углами без повреждения. Либо индустрия не выпускает так толстые шины, и таким макаром можно перейти на наименьшее сечение.
5. Трубопроводная обмотка.
Для работы на особо больших температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.
6. Заливка компаундами с примесями на базе нитрида бора и другими для увеличения теплопроводимости компаунда. Или виброустойчивая растяжка с применением особых техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.
Наши спецы разработают более действенный метод решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.
Что такое катушка индуктивности и для каких целей она нужна
Катушки индуктивности отыскали обширное использование в электротехнике в качестве накопителей энергии, колебательных контуров, ограничения тока. Потому их можно повстречать всюду, начиная от портативной электроники, заканчивая подстанциями в виде циклопических реакторов. В этой статье мы поведаем, что же все-таки это такое катушка индуктивности, также какой у нее механизм работы и почти все другое.
Определение и принцип деяния
Катушка индуктивности — это катушка смотанного в спираль либо другую форму изолированного проводника. Главные особенности и характеристики: высочайшая индуктивность при низкой ёмкости и активном сопротивлении.
Она копит энергию в магнитном поле. На рисунке ниже вы видите её условное графическое обозначение на схеме (УГО) в различных видах и многофункциональных назначениях.
Она может быть с сердечником и без него. При всем этом с сердечником индуктивность будет в разы больше, чем если его нет. От материала, из которого сделан сердечник, зависит также величина индуктивности. Сердечник может быть сплошным либо разомкнутым (с зазором).
Напомним один из законов коммутации:
Ток в индуктивности не может поменяться одномоментно.
Это означает, что катушка индуктивности — это собственного рода инерционный элемент в электрической цепи (реактивное сопротивление).
Давайте побеседуем, как работает это устройство? Чем больше индуктивность, тем больше изменение тока будет отставать от конфигурации напряжения, а в цепях переменного тока — фаза тока отставать от фазы напряжения.
В этом и заключается механизм работы катушек индуктивности – скопление энергии и задерживание фронта нарастания тока в цепи.
Из этого же вытекает и следующий факт: при разрыве в цепи с высочайшей индуктивностью напряжение на ключе увеличивается и появляется дуга, если ключ полупроводниковый — происходит его пробой. Для борьбы с этим применяются снабберные цепи, в большинстве случаев из резистора и конденсатора, установленного параллельно ключу.
Виды и типы катушек
Зависимо от сферы использования и частоты цепи может отличаться конструкция катушки.
По частоте можно условно поделить на:
- Низкочастотные. Пример — дроссель люминесцентной лампы, трансформатор (любая обмотка представляет собой катушку индуктивности), реактор, фильтры электромагнитных помех. Сердечники в большинстве случаев производятся из электротехнической стали, для цепей переменного тока из листов (шихтованный сердечник).
- Высокочастотные. К примеру, контурные катушки радиоприемников, катушки связи усилителей сигнала, накопительные и сглаживающие дроссели импульсных блоков питания. Их сердечник изготавливают обычно из феррита.
Конструкция отличается зависимо от черт катушки, к примеру, намотка может быть однослойной и мультислойной, намотанной виток к витку либо с шагом. Шаг между витками может быть неизменным либо прогрессивным (изменяющимся по длине катушки). Метод намотки и конструкция оказывают влияние на конечные размеры изделия.
Раздельно стоит поведать о том, как устроена катушка с переменной индуктивностью, их еще именуют вариометры. На практике можно повстречать различные решения:
- Сердечник может двигаться относительно обмотки.
- Две обмотки размещены на одном сердечнике и соединены последовательно, при их перемещении меняется взаимоиндукция и индуктивная связь.
- Сами витки для опции контура могут раздвигаться либо сужаться приближаясь друг к другу (чем плотнее намотка — тем больше индуктивность).
И т.д.. При всем этом подвижная часть именуется ротором, а недвижная — статором.
По методу намотки бывают также разными, к примеру, фильтры со встречной намоткой подавляют помехи из сети, а намотанные в одну сторону (согласованная намотка) подавляют дифференциальные помехи.
Зачем необходимы и какие бывают
Зависимо от того, где применяется катушка индуктивности и её многофункциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. Давайте разглядим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу использования.
Дроссели. Обычно так именуются устройства для ограничения тока, область использования:
- В пускорегулирующей аппаратуре для розжига и питания газоразрядных ламп.
- Для фильтрации помех. В блоках питания — фильтр электромагнитных помех со сдвоенным дросселем на входе компьютерного БП, изображен на рисунке ниже. Также применяется в акустической аппаратуре и прочем.
- Для фильтрации определенных частот либо полосы частот, к примеру, в акустических системах (для разделения частот по подходящим динамикам).
- База в импульсных преобразователях — накопитель энергии.
Токоограничивающие реакторы — применяются для ограничения токов недлинного замыкания на ЛЭП.
Примечание: у дросселей и реакторов должно быть низкое активное сопротивление для уменьшения их нагрева и утрат.
Контурные катушки индуктивности. Применяются в паре с конденсатором в колебательном контуре. Резонансная частота подбирается под частоту приема либо передачи в радиосвязи. У них должна быть высочайшая добротность.
Вариометры. Как было сказано — это настраиваемые либо переменные катушки индуктивности. В большинстве случаев применяются в тех же колебательных контурах для четкой опции частоты резонанса.
Соленоид — так именуется катушка, длина которой существенно больше поперечника. Таким макаром снутри соленоида появляется равномерное магнитное поле. В большинстве случаев соленоиды применяются для совершения механической работы — поступательного движения. Такие изделия именуют еще электромагнитами.
Разглядим, где применяются соленоиды.
Это может быть активатор замка в автомобиле, шток которого втягивается после подачи на соленоид напряжения, и звонок, и разные исполнительные электромеханические устройства типа клапанов, грузоподъёмные магниты на металлургических производствах.
В реле, контакторах и пускателях соленоид также делает функцию электромагнита для привода силовых контактов. Но в данном случае его почаще именуют просто катушка либо обмотка реле (пускателя, контактора соответственно), как смотрится, на примере компактного реле вы видите ниже.
Рамочные и кольцевые антенны. Их предназначение — передача радиосигнала. Применяются в иммобилайзерах автомобилей, металлодетекторах и для беспроводной связи.
Индукционные нагреватели, тогда она именуется индуктором, заместо сердечника помещают нагреваемое тело (обычно металл).
Главные характеристики
К главным чертам катушки индуктивности можно отнести:
Маркировка
Для обозначения номинала катушки индуктивности применяют буквенную либо цветовую маркировку. Есть два вида буквенной маркировки.
Цветовую маркировку можно распознать аналогично такой на резисторах. Воспользуйтесь таблицей, дабы расшифровать цветные полосы либо кольца на элементе. 1-ое кольце время от времени делают обширнее других.
На это мы и заканчиваем рассматривать, что собой представляет катушка индуктивности, из чего она состоит и для чего нужна. В итоге советуем поглядеть полезное видео по теме статьи:
