Катушка индуктивности это: Катушка индуктивности | это… Что такое Катушка индуктивности?

Катушка индуктивности | это… Что такое Катушка индуктивности?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катушка (значения).

Катушка индуктивности (дроссель) на материнской платекомпьютера

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.

Содержание 1 Терминология 2 Конструкция 3 Свойства катушки индуктивности 4 Характеристики катушки индуктивности 4. 1 Индуктивность 4.2 Сопротивление потерь 4.2.1 Потери в проводах 4.2.2 Потери в диэлектрике 4.2.3 Потери в сердечнике 4.2.4 Потери на вихревые токи 4.3 Добротность 4.4 Паразитная емкость и собственный резонанс 4.5 Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) 5 Разновидности катушек индуктивности 6 Применение катушек индуктивности 7 См. также 8 Примечания 9 Ссылки

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:
  • Ферритовая антенна
  • Рамочная антенна, кольцевая антенна
  • DDRR
  • Индукционная петля
• Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
• Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.
• Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах^[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

• Соленоид
• Катушка Румкорфа, катушка зажигания
• Катушка Пупина
• Трансформатор
• Электрический импеданс
• Переходный процесс (электроника)

Примечания

1. ↑ Evaluation of the shielding effects on printed-circuit-board transformers
2. ↑ А.Сорокин — Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними.
3. ↑ Электропитание аппаратуры
4. ↑ Fluxgate Magnetometer  (англ. )

Ссылки

• Катушка индуктивности в цепи переменного тока
• Все о расчете индуктивности

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?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катушка (значения).

Катушка индуктивности (дроссель) на материнской платекомпьютера

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.

Содержание 1 Терминология 2 Конструкция 3 Свойства катушки индуктивности 4 Характеристики катушки индуктивности 4.1 Индуктивность 4.2 Сопротивление потерь 4.2.1 Потери в проводах 4.2.2 Потери в диэлектрике 4.2.3 Потери в сердечнике 4.2.4 Потери на вихревые токи 4.3 Добротность 4.4 Паразитная емкость и собственный резонанс 4. 5 Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) 5 Разновидности катушек индуктивности 6 Применение катушек индуктивности 7 См. также 8 Примечания 9 Ссылки

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:
  • Ферритовая антенна
  • Рамочная антенна, кольцевая антенна
  • DDRR
  • Индукционная петля
• Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
• Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.
• Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах^[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

• Соленоид
• Катушка Румкорфа, катушка зажигания
• Катушка Пупина
• Трансформатор
• Электрический импеданс
• Переходный процесс (электроника)

Примечания

1. ↑ Evaluation of the shielding effects on printed-circuit-board transformers
2. ↑ А.Сорокин — Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними.
3. ↑ Электропитание аппаратуры
4. ↑ Fluxgate Magnetometer  (англ. )

Ссылки

• Катушка индуктивности в цепи переменного тока
• Все о расчете индуктивности

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.

Что является индуктором — Определение индуктора, Формулы индуктора

Модифицировано: 27 августа, 2021

Категория Статьи

СОДЕРЖАНИЕ

I NDUCTOR. катушка или реактор ) представляет собой пассивный электронный компонент, процесс изготовления которого основан на намотке заданного количества витков проводника на определенную поверхность, например кольцо (которое создает тороидальные индукторы, ролик (соленоиды) или плоскость (спиральные, плоские индукторы). Кроме того, снаружи/внутри индукторов может быть создан сердечник из магнитного, диамагнитного или ферромагнитного материала . 

Символ индуктора

В связи с тем, что индуктор является инерционным элементом, он накапливает энергию в генерируемом магнитном поле. Применение катушки индуктивности с конденсатором в одной цепи приводит к резонансному контуру (являющемуся одной из элементарных электронных схем). индуктор, который питается постоянным током, обычно называют электромагнитом, который используется для создания магнитного поля или его компенсации (уравновешивания, например, при размагничивании). В цепи переменного тока индуктор индуцирует ток, что вызывает запаздывание его напряжения по отношению к фазному напряжению и увеличение общего сопротивления. Катушка индуктивности, размещенная в электрических системах, обладает рядом свойств, например, кроме генерации магнитного поля, она может индуцировать ток, а также влиять на фазу тока и напряжения. Обозначение индуктора обозначается буквой L – как его индуктивность.

Как работает дроссель

Дроссель в цепях постоянного тока играет роль резистивного элемента (сопротивление зависит от материала, из которого он изготовлен). Однако, когда частота имеет значение больше 0 (ω > 0), сопротивление катушки индуктивности называется электрическим реактивным сопротивлением (обычно обозначается буквой X).

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

ω – угловая частота

I импеданс индуктора

Когда мы имеем дело с идеальным индуктором, импеданс равен произведению его реактивного сопротивления на мнимую единицу: индуктор, маркированный буквой « L» . Он определяется как ток (векторный поток магнитной индукции), протекающий через индуктор. Единицей индуктивности является Генри [Гн] . Формула представлена ​​ниже:

– поток магнитной индукции,

i – сила тока, протекающего через индуктор.

Форма индуктора, толщина провода, используемого в компоненте, и количество витков этого провода имеют прямое влияние на коэффициент k. Индуктивность индуктора также зависит от магнитных свойств сердечника.

Индукционный поток магнитного поля, протекающего через индуктор, описывается формулой:

L – индуктивность индуктора,
i – ток, протекающий через индуктор.

Ток заданной силы, протекающий по проводнику, одновременно генерирует магнитное поле. Энергия этого поля численно равна работе, необходимой для его создания, которая равна:

л – индуктивность индуктора,
л – ток, протекающий через индуктор,
В – магнитная индукция,
В – объем индуктор (фокус индукции В).

Электродвижущая сила (ЭДС) , индуцирующая в индукторе, описывается формулой:

Если предположить, что индуктивность катушки индуктивности постоянна (как это справедливо для большинства электрических цепей), приведенная выше формула может быть записана как:

Постоянная катушки индуктивности

Постоянная катушки индуктивности для постоянного тока соответствует индуктивности:

H – напряженность магнитного поля,
I – напряженность тока.

I ток индуктора

Мгновенный ток индуктора определяется из уравнения для мгновенного напряжения индуктора. Идеальное преобразование заявленного уравнения приводит к дифференциальному уравнению с разделенными переменными, где одна переменная представляет собой ток индуктора, а другая — напряжение индуктора.

P Катушка индуктивности

Катушка индуктивности способна сохранять энергию в магнитном поле. Формула мощности индуктора возникла из общей формулы энергия/работа. Работа есть интеграл от мгновенной мощности p в момент времени t.→ W=∫p·dt, Принимая во внимание тот факт, что мгновенная мощность является частью мгновенного напряжения, а также мгновенного тока → p=u-i и принимая во внимание формулы, полученные ранее, результатом является формула для энергии, сэкономленной в индукторе. Обратите внимание, что мощность, сохраненная в катушке индуктивности, симметрична току во 2-й степени.

Сопротивление индуктора

Для индуктора без ферромагнитного сердечника (воздушный индуктор) его индуктивность постоянна. Для индуктора с ферромагнитным сердечником его индуктивность различна и зависит от типа ферромагнетика, магнитной индукции в сердечнике, а также применения магнитопровода магнитопровода (сердечник с воздушным пространством). Индуктивность катушки индуктивности можно определить напрямую или вычислить с помощью косвенных методов. Для прямого измерения используется измеритель RLC с цифровым считыванием. Из косвенных подходов наиболее часто используется технологический метод определения реактивного сопротивления индуктора XL и, следовательно, его собственной индуктивности L.

Для этой цели индуктор обеспечивается источником переменного тока известной частоты f, а также определяются напряжение U на индукторе, ток I, протекающий через индуктор, и активная мощность P, потребляемая индуктором.

Для воздушного индуктора сопротивление, полученное из соотношения:

, практически является сопротивлением провода обмотки индуктора.

Т Временная постоянная индуктора

Зависимость от времени тока в цепи при ее отделении от ресурса ЭДС выражается приведенным ниже уравнением.

Результат показывает, что ток в цепи обязательно будет затухать по экспоненциальной зависимости, а скорость вырождения устанавливается пропорцией сопротивления к индуктивности цепи. Обратной величиной этого отношения является постоянная времени цепи RL, которую мы обозначили через τ.

Катушка индуктивности Последовательное и параллельное соединение

Катушки индуктивности можно комбинировать как резисторы и конденсаторы в последовательной и параллельной конфигурациях и использовать, например, в Системы LC-фильтрации входного напряжения в цифровых схемах («до» микроконтроллеров).

При последовательном соединении одно и то же значение тока проходит через все компоненты. Однако стоит отметить, что каждый из них может иметь разное напряжение. Суммарная индуктивность такой системы определяется как:

Катушки последовательного соединения

Катушки индуктивности, соединенные параллельным соединением, можно заменить одной с общей индуктивностью, определяемой формулой:

Параллельное соединение

Свойства, показанные выше, применимы только тогда, когда магнитное поле каждой из катушек индуктивности не влияют друг на друга.

Цепи индуктора

Соединительный индуктор

С комбинированным индуктором 2 кабеля намотаны на магнитный сердечник. На этой схеме обратите внимание, что оба провода намотаны на сердечник в противоположных направлениях и также генерируют напряжение одинаковой полярности. Это связано с законом Ленца. Различное магнитное поле, создаваемое током, будет индуцировать ток в противоположных направлениях на связанном индукторе. Генрих Ленц включил отрицательное указание в закон индукции Фарадея.

Здесь ɸB – изменение магнитного потока, а – электродвижущая сила.

Поток внутри магнитного сердечника связанных катушек индуктивности зависит от произведения сердечника
, числа витков провода вокруг сердечника и силы тока.

Напряжение на индукторе связано с потоком по числу витков индуктора.

Магнитный поток обязательно будет такой же (как индуцируемый первым индуктором), так же как и получаем формулу общей индуктивности.

Переменная M представляет собой взаимную индуктивность системы в генри. Это зависит от геометрических свойств индукторов, таких как количество витков и радиусы витков каждого индуктора.

Точечное обозначение используется для определения направления обмоток вокруг сердечника. Точки на одних и тех же концах индуктора означают, что индукторы намотаны друг на друга по часовой стрелке-против часовой стрелки. Если точки попадут на противоположные стороны, то катушки индуктивности завернуты параллельно (по часовой стрелке или против часовой стрелки).

Важно помнить, что соглашение о точках соответствует пассивному соглашению. На рисунке показаны напряжения одинаковой полярности, одно из напряжений обязательно будет отрицательным. Точечное соглашение гласит: если ток входит в пунктирную клемму одного индуктора, напряжение будет положительным в точке на 2-м индукторе.

Это напряжение представляет собой напряжение, индуцированное присоединенным током. В трансформатор может поступать ток как от первого, так и от второго индуктора. Напряжение на каждом индукторе, безусловно, будет зависеть от тока через этот индуктор, а также от индуцированного напряжения от другого индуктора. Предположим, что точки находятся на одном и том же конце, и оба тока входят в точки. Напряжения будут.

Если точки будут на противоположных сторонах друг от друга, то напряжения обязательно будут.

Поскольку индукция основана на переменном токе, связанные катушки индуктивности должны использоваться с переменным током. Это означает, что мы можем оценивать связанные катушки индуктивности в частотной области как векторы.

Переменный индуктор

Переменный индуктор, является компонентом индукционного нагревателя, который определяет эффективность, а также эффективность нагрева платы. Ассортимент наших катушек индуктивности велик; от базовых спиралей, содержащих несколько медных индукторов, окружающих оправку, до точно изготовленных форм, изготовленных из твердых медных изделий, впоследствии сваренных вместе тугоплавким припоем.

Возбудитель предназначен для передачи энергии переменного электромагнитного поля от асинхронного генератора на плату. Электромагнитное поле генерирует ток в заряде, который показывает ток, протекающий в индукторе. Если ток циркулирует через сопротивление заряда, он выделяет тепло в виде потерь по формуле I2R.

Второй фактор для отопления дома связан с явлением гистерезиса, которое характерно для магнитных материалов, таких как углеродистая сталь. Энергия вырабатывается в заряде из-за переменного электромагнитного поля, заставляющего заряд менять полярность (перемагничивать). Гистерезисный нагрев происходит в (магнитных) зарядах примерно на уровне температуры Кюри (750°С для стали), при котором магнитная проницаемость снижается до 1,9.0005

Ток, протекающий по проводнику, создает электромагнитное поле. Переменный ток создает переменное электромагнитное поле, которое создает переменный ток в дополнительном проводнике (заряде). Ток в заряде пропорционален напряженности поля.

Воздействие трансформатора имеет место, так как ток, индуцированный в заряде, симметричен числу витков индуктора, а также является отражением индуктора.

Форма индуктора является основой для производительности, а также производительности процесса индукционного отопления дома. Мы разрабатываем катушки индуктивности в первую очередь для того, чтобы предложить место для обогрева дома. Тепло должно производиться в таком месте и таким образом, чтобы достичь желаемого технического результата.
Индукторы представляют собой медные проводники с водяным охлаждением, изготовленные из медных труб или профилей, которые можно быстро сформировать для необходимой процедуры индукционного отопления дома. Индукторы охлаждаются и также не нагреваются, так как с ними течет вода.

Согласование катушки индуктивности с выходной цепью генератора необходимо для производительности процесса. Это быстро достигается для различных катушек индуктивности благодаря возможности использовать несколько ответвлений на выходном трансформаторе, к которому подключены катушки индуктивности.

Дроссельный дроссель

Индукционные дроссели находят широкое применение, особенно в электронике, а также в электротехнике. Они часто используются в приводных системах, где они взаимодействуют с инверторами, т. е. устройствами, преобразующими постоянный ток в переменный с регулируемым напряжением и частотой. Индукционные дроссели также используются в силовых электронных устройствах, где их задачей является уменьшение количества электромагнитных помех, возникающих во время процедуры. Кроме того, эти аспекты используются в выпрямителях, питаемых от электромагнитной сети. В этой ситуации они созданы для подавления пульсаций. В цепях переменного тока индуктивные дроссели используются для уменьшения токов короткого замыкания.

Дроссели являются отличной защитой от помех для цепей переменного тока общеупотребительных устройств. Также стоит понимать, что индуктивный дроссель найдет применение в случае импульсных стабилизаторов, работающих на высоких частотах, т. е. встроенных цепей, питающих поставляемый приемник. Эти стабилизаторы отвечают за генерацию устойчивого выходного напряжения на основе явления самоиндукции. Не менее распространенным применением индуктивного дросселя является его использование для отключения транзисторов регулирования тока в преобразователях с улучшенными тиристорами. Это указывает на то, что дроссель является одним из самых функциональных электрических устройств, а также нельзя недооценивать его значимость в данной цепи.

Конденсатор и катушка индуктивности

• Некоторые различия возникают из-за конструкции самих частных элементов. Конденсатор содержит 2 оболочки, выполненные из токопроводящего материала, однако между ними находится слой непроводящего диэлектрика. Вывод? Конденсатор не проводит постоянный ток, это просто разрыв в цепи. С переменным же током дело обстоит иначе — конденсатор проводит. Для высоких частот это короткое замыкание — как будто его на самом деле не было, т.е. был бы просто кусок провода или дорожка на плате… Как это связано с дросселем? Катушка индуктивности обычно представляет собой правильно сформированный элемент кабеля. В самых простых терминах. Он проводит постоянный ток. Совсем другая ситуация с переменным током. Проводит, но чем выше частота, тем хуже. Теоретически для очень высоких частот это составляет… разрыв в цепи.
• По первому пункту. Конденсатор образует короткое замыкание для высоких частот, а катушка индуктивности образует разрыв цепи. Это относится к их реактивному сопротивлению (вы знаете, что сопротивление для переменного тока). Емкостное реактивное сопротивление (конденсатор) уменьшается по мере увеличения частоты. Противоположное верно для индуктора. Реактивное сопротивление индуктивности увеличивается с увеличением частоты.
• Катушка индуктивности сопротивляется изменениям тока, индуцируя внутри себя напряжение. Что делает конденсатор? Это делает полную противоположность, если можно так выразиться. Он полностью препятствует регулировке напряжения. Он отвечает на быстрое изменение напряжения столь же быстрым изменением тока.
• Катушки индуктивности и конденсаторы можно размещать в силовых цепях, таких как повышающие преобразователи.
• И дроссель, и конденсатор можно построить своими руками. Вам нужен только кусок кабеля или построить индуктор. Создание конденсатора немного сложнее, однако, опять же, все, что вам нужно, это алюминиевая фольга и пищевая крышка. А также ножницы.
• Катушка индуктивности и конденсатор (а также резистор, помните) являются простыми аспектами. Они не создают электричество, они вызывают потерю мощности.
• Конденсатор хранит энергию в электрическом поле, катушка индуктивности затем в электромагнитном поле.
• Фундаментальной физической величиной, объясняющей конденсатор, является электрическая емкость, выраженная в фарадах. Для индуктора это индуктивность, выраженная в генри.

Ссылка:

http://elektroniczny.eu/rlc-dla-poczatkujacych-cewka-kontra-kondensator/#

https://www.dacpol.eu/pl/grzejnictwo-indukcyjne-wzbudniki/product/ wzbudnik-induktor-grzejnictwo-indukcyjne

https://ocw.nthu.edu.tw/ocw/upload/124/news/[%E9%9B%BB%E5%8B%95%E6%A9%9F%E6%A2%B0L6a%E8% A3%9C%E5%85%85%E6%95%99%E6%9D%90]Maple%20Inc. _Coupled%20Inductors.pdf

http://if.pw.edu.pl/~wosinska/am2/ w12/segment3/main.htm

http://www.mbmaster.pl/elektrotechnika-cewka-napiecie-prad-energia.html

Михал

Инженер по электронике и телекоммуникациям с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

Объяснение индукторов — инженерное мышление

Узнайте, как работают индукторы, где мы их используем, почему мы их используем, какие типы и почему они важны.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Помните, что электричество опасно и может привести к летальному исходу, вы должны иметь квалификацию и компетентность для выполнения любых электромонтажных работ.

Что такое индуктор?

Катушка индуктивности — это компонент электрической цепи, который накапливает энергию в своем магнитном поле. Он может освободить это почти мгновенно. Способность накапливать и быстро высвобождать энергию — очень важная функция, поэтому мы используем их во всех видах цепей.

В нашей предыдущей статье мы рассмотрели, как работают конденсаторы, чтобы прочитать НАЖМИТЕ СЮДА .

Как работает индуктор?

Во-первых, представьте себе воду, текущую по некоторым трубам. Есть насос, толкающий эту воду, который эквивалентен нашей батарее. Труба разветвляется на две ветки, трубы эквивалентны нашим проводам. В одном ответвлении есть труба с переходником, этот переход затрудняет прохождение воды, поэтому он эквивалентен сопротивлению в электрической цепи.

Электрическая цепь дросселя.

В другую ветку встроено водяное колесо. Водяное колесо может вращаться, и вода, протекающая через него, заставит его вращаться. Колесо очень тяжелое, поэтому требуется некоторое время, чтобы набрать скорость, и вода должна продолжать давить на него, чтобы заставить его двигаться. Это эквивалентно нашему индуктору.

Аналогия водяного колеса

Когда мы впервые запускаем насос, вода будет течь, и она хочет вернуться к насосу, поскольку это замкнутый контур, точно так же, как когда электроны покидают батарею, они текут, пытаясь вернуться к с другой стороны аккумулятора.

Обратите внимание: в этих анимациях мы используем поток электронов от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный поток от положительного к отрицательному. Просто знайте о двух и о том, какой из них мы используем.

через GIPHY

По течению воды; он достигает ветвей и должен решить, какой путь выбрать. Вода давит на колесо, но колесу потребуется некоторое время, чтобы начать движение, поэтому оно создает большое сопротивление трубе, что затрудняет течение воды по этому пути, поэтому вместо этого вода пойдет по пути. редуктора, потому что он может протекать прямо через него и гораздо легче возвращаться к насосу.

По мере того, как вода продолжает давить, колесо будет вращаться все быстрее и быстрее, пока не достигнет максимальной скорости. Теперь колесо практически не оказывает сопротивления, поэтому вода может течь по этому пути намного легче, чем по пути редуктора. Вода в значительной степени перестанет течь через редуктор и будет полностью течь через водяное колесо.

Когда мы выключим насос, вода больше не будет поступать в систему, но водяное колесо вращается так быстро, что не может просто остановиться, у него есть инерция. Поскольку он продолжает вращаться, теперь он будет толкать воду и действовать как насос. Вода будет течь по петле обратно сама по себе, пока сопротивление труб и редуктора не замедлит воду настолько, что колесо перестанет вращаться.

Таким образом, мы можем включать и выключать насос, а водяное колесо будет поддерживать движение воды в течение короткого времени во время перерывов.

Мы получаем очень похожий сценарий, когда подключаем катушку индуктивности параллельно резистивной нагрузке, такой как лампа.

Основы индуктора.

Когда мы запитываем цепь, электроны будут сначала течь через лампу и питать ее, очень небольшой ток будет течь через индуктор, потому что его сопротивление вначале слишком велико. Сопротивление уменьшится и позволит протекать большему току. В конце концов индуктор практически не оказывает сопротивления, поэтому электроны предпочтут вернуться по этому пути к источнику питания, и лампа выключится.

Снижение сопротивления.

Когда мы отключаем источник питания, индуктор будет продолжать толкать электроны по петле и через лампу, пока сопротивление не рассеет энергию.

Пример схемы при отключенном питании.

Что происходит в индукторе, чтобы он работал так?

Когда мы пропускаем электрический ток через провод, провод создает вокруг себя магнитное поле. Мы можем увидеть это, поместив компас вокруг провода, когда мы пропускаем ток через провод, компасы будут двигаться и выравниваться с магнитным полем.

Пример компаса.

Когда мы меняем направление тока; магнитное поле меняет направление на противоположное, поэтому компасы также меняют направление, чтобы выровняться с этим. Чем больший ток мы пропускаем через провод, тем больше становится магнитное поле.

Циркуль вокруг проволоки.

Когда мы сворачиваем проволоку в катушку, каждая проволока снова создает магнитное поле, но теперь все они сольются вместе и образуют большее, более мощное магнитное поле.

Магнитное поле вокруг катушки.

Мы можем увидеть магнитное поле магнита, просто посыпав магнит несколькими железными опилками, которые обнажат линии магнитного потока.

Магнитное поле

через GIPHY

При отключении электричества; магнитного поля не существует, но когда мы подключаем источник питания, через катушку начинает течь ток, поэтому магнитное поле начинает формироваться и увеличиваться в размерах до максимального размера.

Магнитное поле накапливает энергию. Когда питание отключается, магнитное поле начинает схлопываться, поэтому магнитное поле будет преобразовано в электрическую энергию, и это толкает электроны вперед.

через GIPHY

На самом деле это произойдет невероятно быстро, мы просто замедлили анимацию, чтобы ее было легче увидеть и понять.

Почему это происходит?

Катушки индуктивности не любят изменения тока, они хотят, чтобы все оставалось по-прежнему. Когда ток увеличивается, они пытаются остановить его противодействующей силой. Когда ток уменьшается, они пытаются остановить его, выталкивая электроны, чтобы попытаться сохранить его таким, каким он был.

Таким образом, когда цепь переходит из выключенного состояния во включенное, произойдет изменение тока, он увеличился. Индуктор попытается остановить это, поэтому он создает противодействующую силу, известную как обратная ЭДС или электродвижущая сила, которая противодействует силе, которая ее создала. В этом случае ток течет через катушку индуктивности от батареи. Некоторый ток все еще будет протекать, и при этом он создает магнитное поле, которое будет постепенно увеличиваться. По мере его увеличения через индуктор будет протекать все больший и больший ток, и обратная ЭДС будет исчезать. Магнитное поле достигнет своего максимума, и ток стабилизируется. Катушка индуктивности больше не сопротивляется потоку тока и действует как обычный кусок провода. Это создает очень легкий путь для обратного потока электронов к батарее, что намного проще, чем поток через лампу, поэтому электроны будут проходить через индуктор, и лампа больше не будет светить.

Когда мы отключаем питание, индуктор понимает, что ток уменьшился. Ему это не нравится, и он пытается поддерживать его постоянным, поэтому он будет выталкивать электроны, чтобы попытаться стабилизировать его, это приведет к включению света. Помните, что магнитное поле накапливает энергию электронов, протекающих через него, и будет преобразовывать ее обратно в электрическую энергию, чтобы попытаться стабилизировать ток, но магнитное поле будет существовать только тогда, когда ток проходит через провод, и поэтому ток уменьшается от сопротивление цепи, магнитное поле разрушается до тех пор, пока оно больше не обеспечивает никакой энергии.

Катушка индуктивности v резистор

Если мы подключим резистор и катушку индуктивности в отдельных цепях к осциллографу, мы можем визуально увидеть эффекты. Когда ток не течет, линия постоянна и плоская на нуле. Но когда мы пропускаем ток через резистор, мы получаем мгновенный вертикальный график прямо вверх, а затем он становится плоским и продолжается до определенного значения. Однако, когда мы подключаем катушку индуктивности и пропускаем через нее ток, он не будет мгновенно подниматься вверх, он будет постепенно увеличиваться и формировать изогнутый профиль, в конечном итоге сохраняя фиксированную скорость.

Когда мы останавливаем ток через резистор, он снова мгновенно падает, и мы возвращаем эту внезапную вертикальную линию к нулю. Но когда мы останавливаем ток через индуктор, ток продолжается, и мы получаем еще один изогнутый профиль до нуля. Это показывает нам, как индуктор сопротивляется начальному увеличению, а также пытается предотвратить уменьшение.

Кстати, мы подробно рассмотрели ток в предыдущей статье, проверьте ЗДЕСЬ .

Как выглядят катушки индуктивности?

Катушки индуктивности в печатных платах будут выглядеть примерно так, как показано ниже.

Катушки индуктивности в печатных платах.

По сути, просто медная проволока, обернутая вокруг цилиндра или кольца. У нас есть другие конструкции, которые имеют кожух, обычно это экранирует его магнитное поле и предотвращает его взаимодействие с другими компонентами.

Мы увидим катушки индуктивности, представленные на технических чертежах с такими символами.

Обозначения на технических чертежах.

Следует помнить, что все со спиральным проводом будет действовать как индуктор, включая двигатели, трансформаторы и реле.

Для чего мы используем катушки индуктивности?

• Мы используем их в повышающих преобразователях для увеличения выходного напряжения постоянного тока при одновременном снижении тока.
• Мы можем использовать их, чтобы заглушить источник переменного тока и пропустить только постоянный ток.