Ток и напряжение на катушке индуктивности

Индуктивность в цепи оказывает влияние на силу переменного тока. Это можно обосновать при помощи обычного опыта.

Соберем цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания (рис. 4.16). При помощи переключателя можно подключить эту цепь или к источнику неизменного напряжения, или к источнику переменного напряжения. При всем этом неизменное напряжение и действующее значение переменного напряжения должны быть равны. Опыт указывает, что лампа светится ярче при неизменном напряжении. Поэтому, действующее значение силы переменного тока в рассматриваемой цепи меньше силы неизменного тока.

Разъясняется это различие явлением самоиндукции. В § 15 главы 2 рассказывалось о том, что при подключении катушки к источнику неизменного напряжения сила тока в цепи наращивается равномерно. Возникающее при всем этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Только по прошествии некоторого времени сила тока добивается большего (установившегося) значения, соответственного данному неизменному напряжению.

Если напряжение стремительно изменяется, то сила тока не будет успевать добиться тех значений, которые она заполучила бы со временем при неизменном напряжении.

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

Определим силу тока в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь (рис. 4.17). Для этого за ранее найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней.

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля снутри проводника в хоть какой момент времени должна быть равна нулю. По другому сила тока, согласно закону Ома, была бы нескончаемо большой. Равенство нулю напряженности поля оказывается вероятным так как напряженность вихревого электрического поля i, порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и обратна по направлению напряженности кулоновского поля к, создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи.

Из равенства i = — к следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции ег) равна по модулю и обратна по знаку удельной работе кулоновского поля. Беря во внимание, что удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать: ei = —u.

При изменении силы тока по гармоническому закону

ЭДС самоиндукции равна:

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

где Um = LωIm — амплитуда напряжения.

Поэтому, колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на , либо, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на (рис. 4.18).

Амплитуда силы тока в катушке равна:

Если ввести обозначение

и заместо амплитуд силы тока и напряжения применять их действующие значения, то получим:

Величину XL, равную произведению повторяющейся частоты на индуктивность, именуют индуктивным сопротивлением.

Согласно формуле (4.35) действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, схожим закону Ома для цепи неизменного тока.

Индуктивное сопротивление находится в зависимости от частоты ω. Неизменный ток вообщем «не замечает» индуктивности катушки. При ω = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (XL = 0).

Чем резвее изменяется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока.

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

Вопросы к параграфу

1. Как связаны между собой действующие значения силы тока и напряжения на катушке индуктивности, активным сопротивлением которой можно пренебречь?

2. Почему ЭДС самоиндукции и напряжение на катушке имеют обратные знаки?

Разновидности катушек индуктивности

Катушки индуктивности, как пассивные элементы электрических цепей, обычно используются в радио и электротехнике. В данных областях применяются два основных взаимосвязанных характеристики катушек индуктивности — свойство оказывать сопротивление переменному току и свойство копить энергию в магнитном поле при прохождении тока.

Две и поболее катушек, размещенные друг относительно друга так, дабы вести взаимодействие своими магнитными полями (время от времени катушки включены вместе с конденсаторами). Так осуществляется трансформаторная связь между каскадами, цепями и контурами. Две и поболее цепей делятся с помощью таких катушек по неизменному току.

Как отмечалось выше, одно из главных применений катушки индуктивности — включение вместе с конденсатором. Катушка с конденсатором образует колебательный контур, владеющий своей резонансной частотой колебаний.

Либо другой вариант — одна часть катушки при необходимости просто отодвигаться от другой. Вариометр может быть совершенно без сердечника либо, например, две части катушки могут быть навиты на ферритовом сердечнике, на котором катушки можно раздвигать либо имеется возможность регулировать зазор в самом магнитопроводе.

Вообщем конструкции вариометров многообразны, но принцип один — изменение общей индуктивности катушки методом конфигурации обоюдного расположения ее частей (изменяется взаимоиндукция частей, поэтому меняется и общая индуктивность вариометра). Индуктивность катушки-вариометра перестраивается в разы.

Свойство катушки препятствовать изменению тока через ее провод применяется в дросселях. Дроссель, как и неважно какая катушка, свободно пропускает установившийся неизменный ток, но оказывает высочайшее реактивное сопротивление току переменному либо пульсирующему. Так, включив дроссель последовательно нагрузке в цепи переменного тока, можно ограничить ток нагрузки.

Если Для вас приглянулась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в соц сетях. Это сильно поможет развитию нашего веб-сайта!

Мировоззрение профессионала
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы "Спецу по модернизации систем энергогенерации"

Катушка индуктивности. Для чего нужна и где применяется — Записки радиолюбителя Так магнитопровод у такового дросселя общий, а катушки индуктивности электрически не связаны, то на схемах таковой дроссель обозначают так. Спрашивайте, я на связи!

23. Самоиндукция | Электротехника

Характеристики

Катушка индуктивности в цепи переменного тока имеет отличительные характеристики, которые отыскали свое практическое использование:

Какое освещение Вы предпочитаете
Встроенное Люстра

Проходя через витки, переменное напряжение опережает ток на 90 градусов;
Импеданс (реактивное сопротивление) вырастает прямо пропорционально частоте;
Отставание тока и самоиндукция делают возможность для запасания энергии. При прекращении протекания тока, к примеру, при размыкании цепи, катушка возвращает в цепь запасенную энергию, стараясь поддержать ток в цепи. Чем выше скорость уменьшения тока, тем больше энергии высвободится. Это выражается в значении ЭДС самоиндукции.

Катушка индуктивности в цепи неизменного тока имеет чисто омическое сопротивление, которое для катушек из толстого провода и с малым количеством витков может быть очень небольшим, и сила тока в катушке может превысить допустимое значение.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

При сближении токоведущих частей и уменьшении диэлектрического слоя можно достигнуть понижения индуктивности секции конденсатора. Это достигается при помощи разделения одной секции на несколько маленьких емкостей.

Индуктивность. Виды катушек и контур. Работа и особенности При подаче на нее неизменного напряжения, в ней появляется напряжение, обратное по знаку, и длящееся очень маленький промежуток времени. Спрашивайте, я на связи!

Разновидности катушек индуктивности » Школа для электрика: электротехника и электроника

Добротность. Охарактеризовывает энергопотери в катушке индуктивности;
Собственная (паразитная) емкость. По большей части ненужная черта, так как затрудняет настройку контуров и оказывает влияние на фазовые сдвиги;
Зависимость значения индуктивности от температуры – температурный коэффициент.

Взаимоиндукция

Находящиеся вблизи вместе катушки оказывают обоюдное воздействие. Создаваемое одной из катушек магнитное поле вызывает возникновение ЭДС в вблизи расположенной. Обоюдное воздействие (это именуется коэффициент взаимоиндукции) тем посильнее, чем поближе размещены витки. Наибольшее воздействие наблюдается при расположении витков вдоль одной оси либо на одном магнитопроводе.

Трансформаторы переменного тока и катушки связи основаны стопроцентно на явлении взаимоиндукции.

Размещая подвижную обмотку поблизости (снутри либо снаружи) недвижной, получаются элементы, обоюдной и своей индуктивностью которых можно управлять. Такие элементы получили название вариометры.

Виды катушек

Катушки можно поделить на типы:

С магнитным сердечником. Его материалом может быть сталь, ферритовый сердечник. Они созданы для роста величины индуктивности.
Без сердечника. Катушки наматываются в виде спирали, на картонной трубке. Используются для сотворения малозначительной индуктивности (до 5 мГн).

В большинстве случаев используют сердечники из пластинок, выполненных из электротехнической стали, для понижения вихревых токов, также сердечники в виде ферритовых колец разных размеров (тороидальные), обеспечивающие создание значимой индуктивности, в отличие от обыденных цилиндрических сердечников.

Катушки со значимой величиной индуктивности делают в виде трансформатора с железным сердечником. От обыденного трансформатора они отличаются числом обмоток. В таковой катушке есть одна первичная обмотка, а вторичной нет.

Особенности

При соединении нескольких катушек по параллельной схеме, нужно смотреть, дабы они были размещены на плате друг от друга как можно далее, во избежание обоюдного воздействия катушек друг на друга магнитными полями.
Расстояние между витками на тороидальном сердечнике не оказывает влияние на характеристики индуктивной катушки.
Для сотворения большей индуктивности витки на катушке нужно наматывать впритирку между собой.
При использовании в качестве сердечника ферритового цилиндра с большей индуктивностью будет центр.
Чем меньше число витков на катушках, тем ниже у них индуктивности.
При последовательной схеме соединения катушек, общая индуктивность цепи складывается из индуктивностей каждой катушки.

Емкость катушки

Витки обмотки катушки разделены друг от друга диэлектрическим слоем, потому они образуют типичный конденсатор, который характеризуется собственной емкостью. В катушках, имеющих несколько слоев обмотки, емкость появляется между слоями. В итоге, катушка имеет свойство не только лишь индуктивности, но и емкости.

В большинстве случаев емкость катушки оказывает отрицательное воздействие на элементы электрической схемы. Потому от емкости катушки избавляются различными методами. К примеру, каркас катушки изготавливают особенной формы, витки наматывают по специальной технологии. При намотке катушки виток к витку, ее емкость также увеличивается.

Колебательный контур

Активное сопротивление катушки: что это, формула, расчеты Эффект близости, сильно влияющий на повышение активного сопротивления, понижают за счет подбора сечения обмоточного провода. Спрашивайте, я на связи!

Катушка индуктивности. Обозначение на схеме и примеры её применения в электронике.

§23. Самоиндукция

Рис. 60. Появление э.д.с. самоиндукции в витке (а) и в катушке (б)

Рис. 61. Направление э.д.с. самоиндукции в катушке при увеличении (а) и уменьшении (б) тока

Рис. 62. Электрическая цепь с катушкой индуктивности (а) и кривая конфигурации ней тока при включении и выключении (б)

так же при выключении электрической цепи ток i не миниатюризируется одномоментно до нуля, а из-за деяния э. д. с. eL (см. штриховую стрелку) равномерно миниатюризируется.

Читайте по теме: Схема выключателя света с 2-мя выключателями

Используя понятие индуктивности L, можно получить для э. д. с. самоиндукции следующую формулу:

Где ?i – изменение тока в проводнике (катушке) за промежуток времени ?t.

Поэтому, э. д. с. самоиндукции пропорциональна скорости конфигурации тока.

Рис. 63. Схема подключения цепи R-L к источнику неизменного тока (а) и кривые тока и напряжения при переходном процессе (б)

Скорость нарастания силы тока в цепи и конфигурации напряжений uа и uL характеризуется неизменной времени цепи

Рис. 64. Появление перенапряжения (о) и образование дуги (б) при размыкании электрических цепей с индуктивностью

Рис. 65. Схема отключения цепи R-L от источника неизменного тока (а) и кривые тока и напряжения при переходном процессе (б)

Индуктивностью обладает хоть какой отрезок электрической цепи, при этом чем больше длина проводника, тем большее значение параметра. На практике это привело к разработке катушек индуктивности, где проводник выполнен в виде обмотки из некоторого количества витков.

Индуктивности, образующияся на частоте резонанса рассчитывается по формуле: Две и поболее катушек, размещенные друг относительно друга так, дабы вести взаимодействие своими магнитными полями время от времени катушки включены вместе с конденсаторами. Спрашивайте, я на связи!

Катушка индуктивности, дроссель.

Катушка индуктивности (inductor. -eng)– устройство, главным компонентом которого является проводник скрученный в кольца либо обвивающий сердечник. При прохождении тока, вокруг скрученного проводника (катушки), появляется магнитное поле (она может концентрировать переменное магнитное поле), что и применяется в радио- и электро- технике.

К четкой и компьютерной технике технике больше близок дроссель (Drossel, регулятор, ограничитель), так как он в большинстве случаев применяется в цепях питания микропроцессоров, графических адаптеров, материнских плат, блоков питания & etc. В ближайшее время, используются индукторы закрытые в корпуса из железного сплава для уменьшения наводок, излучения, шумов и частотного свиста при работе катушки.

Дроссель служит для уменьшения пульсаций напряжения, сглаживания либо фильтрации частотной составляющей тока и устранения переменной составляющей тока. Сопротивление дросселя возрастает с повышением частоты, а для неизменного тока сопротивление сильно мало. Свойства дросселя получаются от толщины проводника, количества витков, сопротивления проводника, наличия либо отсутствия сердечника и материала, из которого сердечник изготовлен. В особенности действенными числятся дроссели с ферритовыми сердечниками (также из альсифера, карбонильного железа, магнетита) с большой магнитной проницаемостью.

Применяется в выпрямителях, сетевых фильтрах, радиотехнике, питающих фазах высокоточной аппаратуры и другой технике требующей размеренного и «правильного» питания. Мультислойная катушка может выступать и в качестве простого конденсатора, так как имеет свою ёмкость. Правда, от данного эффекта пробуют больше избавиться, чем его усиливать и он считается паразитным.

Как работает дроссель.

В цепях переменного тока, для ограничения тока нагрузки, очень нередко используют дроссели — индуктивные сопротивления. Перед обыкновенными резисторами тут у дросселей имеется суровые достоинства — значимая экономия электроэнергии и отсутствие сильного нагрева.

Каково устройство дросселя, на чем основан принцип его работы?

Устроен дроссель до боли просто — это катушка из электрического провода, намотанная на сердечнике из ферромагнитного материала. Приставка ферро, гласит о присутствии железа в его составе (феррум — латинское название железа), в том либо ином количестве.

Механизм работы дросселя основан на свойстве, присущем не только лишь катушкам но и вообщем, хоть каким проводникам — индуктивности. Это явление легче всего осознать, поставив легкий опыт.

Для этого нужна собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из низковольтного источника неизменного тока (батарейки), малеханькой лампочки накаливания, на соответственное напряжение и довольно массивного дросселя (можно взять дроссель от лампы ДРЛ-400 ватт).

Без дросселя, схема будет работать как обычно — цепь замыкается, лампа зажигается. Но если добавить дроссель, подключив его последовательно нагрузке(лампочке), картина несколько поменяется.

Присмотревшись, можно увидеть, что во первых, лампа зажигается не сходу, а с некоторой задержкой, во вторых — при размыкании цепи появляется отлично приметная искра, до этого не наблюдавшаяся. Так происходит так как, в момент включения ток в цепи увеличивается не сходу — этому препятствует дроссель, некоторое время поглощая электроэнергию и запасая ее в виде электромагнитного поля. Эту способность и именуют — индуктивностью.

Чем больше величина индуктивности, тем большее количество энергии может запасти дроссель. Еденица величины индуктивности — 1 Генри В момент разрыва цепи запасеная энергия освобождается, при этом напряжение при всем этом может превысить Э.Д.С. применяемого источника в 10-ки раз, а ток ориентирован в обратную сторону. Отсюда приметное искрение в месте разрыва. Это явление именуется — Э.Д.С. самоиндукции.

Если установить источник переменного тока заместо неизменного, использовав к примеру, понижающий трансформатор, можно найти что та же лампочка, присоединенная через дроссель — не пылает совсем. Дроссель оказывает переменному току еще огромное сопротивление, ежели постояному. Это происходит из за того, что ток в полупериоде, отстает от напряжения.

Выходит, что действующее напряжение на нагрузке падает во много раз(и ток соответственно), но энергия при всем этом не пропадает — ворачивается за счет самоиндукции назад в цепь. Сопротивление оказываемое индуктивностью переменному току именуется — реактивным. Его значение находится в зависимости от величины индуктивности и частоты переменного тока. Величина индуктивности в свою очередь, зависит от количества витков катушки и характеристики материала сердечника, именуемого — магнитной проницаемостью, а так же его формы.

Магнитная проницаемость — число, показывающее во сколько раз индуктивность катушки больше с сердечником из данного материала, ежели без него(в эталоне — в вакууме.)

Т. е — магнитная проницаемость вакуума принята за еденицу.

В радиочастотных катушках малой индуктивности, для четкой подстройки используются сердечники стержеобразной формы. Материалами для них могут являться ферриты с относительно маленькой магнитной проницаемостью, время от времени немагнитные материалы с проницаемостью меньше 1.

В электромагнитах реле — сердечники подковоообразной и цилиндрической формы из особых сталей.

Для намотки дросселей и трансформаторов применяют замкнутые сердечники — магнитопроводы Ш — образной и тороидальной формы. Материалом на частотах до 1000 гц служит особая сталь, выше 1000 гц — разные ферросплавы. Магнитопроводы набираются из отдельных пластинок, покрытых лаком.

У катушки, намотанной на сердечник, не считая реактивного(Xl) имеется и активное сопротивление(R). Таким макаром, полное сопротивление катушки индуктивности равно сумме активной и реактивной составляющих.

Как работает трансформатор.

Разглядим работу дросселя собранного на замкнутом магнитопроводе и присоединенного в виде нагрузки, к источнику переменного тока. Число витков и магнитная проницаемость сердечника подобраны таким макаром, что его реактивное сопротивление велико, ток протекающий в цепи соответственно — нет.

Ток, переодически меняя свое направление, будет возбуждать в обмотке катушки (назовем ее катушка номер 1) электромагнитное поле, направление которого будет также переодически изменяться — перемагничивая сердечник. Если на тот же сердечник поместить дополнительную катушку(назовем ее — номер 2), то под действием переменного электромагнитного поля сердечника, в ней возникнет наведенная переменная Э.Д.С.

Если количество витков обеих катушек совпадает, то значение наведенной Э.Д.С. очень близко к значению напряжения источника питания, поданного на катушку номер 1. Если уменьшить количество витков катушки номер 2 в два раза, то значение наведенной Э.Д.С. уменьшится в два раза, если количество витков напротив, прирастить — наведенная Э.Д.С. также, вырастет. Выходит, что на каждый виток, приходится какая-то определенная часть напряжения.

Обмотку катушки на которую подается напряжение питания (номер 1) именуют первичной. а обмотка, с которой трансформированое напряжение снимается — вторичной .

Отношение числа витков вторичной(Np ) и первичной (Ns ) обмоток равно отношению соответственных им напряжений — Up (напряжение первичной обмотки) и Us (напряжение вторичной обмотки).

Таким макаром, устройство состоящее из замкнутого магнитопровода и 2-ух обмоток в цепи переменного тока можно применять для конфигурации питающего напряжения — трансформации. Соответственно, оно так и именуется — трансформатор .

Если подключить к вторичной обмотке какую-либо нагрузку, в ней возникнет ток(Is ). Это вызовет пропорциональное повышение тока(Ip ) и в первичной обмотке. Будет верным соотношение:

Трансформаторы могут применяться как для преобразовния питающего напряжения, так и для развязки и согласования усилительных каскадов. При работе с трансформаторами нужно направить внимание на ряд принципиальных характеристик, таких как:

1. Допустимые токи и напряжения для первичной и вторичной обмоток.

2. Наивысшую мощность трансформатора — мощность которая может долгое время передаваться через него, не вызывая перегрева обмоток.

3. Спектр рабочих частот трансформатора.

Параллельный колебательный контур.

Если соединить катушку индуктивности и конденсатор — получится очень увлекательный элемент радиотехники — колебательный контур. Если зарядить конденсатор либо навести в катушке Э.Д.С. используя электромагнитное поле — в контуре начнут происходить следующие процессы: Конденсатор разряжаясь, возбуждает электромагнитное поле в катушке индуктивности. Когда заряд истощается, катушка индуктивности возвращает запасенную энергию назад в конденсатор, но уже с обратным знаком, за счет Э.Д.С. самоиндукции. Это будет повторяться опять и опять — в контуре возникнут электромагнитные колебания синусоидальной формы. Частота этих колебаний именуется резонансной частотой контура, и находится в зависимости от величин емкости конденсатора(С), и индуктивности катушки (L).

Параллельный колебательный контур обладает очень огромным сопротивлением на собственной резонансной частоте. Это позволяет применять его для частотной селекции(выделения) в входных цепях радиоаппаратуры и усилителях промежной частоты, а так же — в разных схемах задающих генераторов.

Цветовая и кодовая маркировка индуктивностей.

Обычно для индуктивностей кодируется номинальное значение индуктивности и допуск, т.е. допускаемое отклонение от обозначенного номинала. Номинальное значение кодируется цифрами, а допуск — знаками. Применяется два вида кодировки.

1-ые две числа указывают значение в микрогенри (мкГн), последняя — количество нулей. Такая за цифрами буковка показывает на допуск. К примеру, код 101J обозначает 100 мкГн ±5%. Если последняя буковка не указывается —допуск 20%. Исключения: для индуктивностей меньше 10 мкГн роль десятичной запятой делает буковка R, а для индуктивностей меньше 1 мкГн — буковка N.

Индуктивности маркируются конкретно в микрогенри (мкГн). В таких случаях маркировка 680К будет означать не 68 мкГн ±10%, как в случае А, а 680 мкГн ±10%.