Индуктивное сопротивление катушки - Основы электроники
Так как самоиндукция препятствует всякому резкому изменению силы тока в цепи, то, следовательно, она представляет собой для переменного тока особого рода сопротивление, называемое индуктивным сопротивлением.
Чисто индуктивное сопротивление отличается от обычного (омического) сопротивления тем, что при прохождении через него переменного тока в нем не происходит потери мощности.
Под чисто индуктивным сопротивлением мы понимаем сопротивление, оказываемое переменному току катушкой, проводник которой не обладает вовсе омическим сопротивлением. В действительности же всякая катушка обладает некоторым омическим сопротивлением. Но если это сопротивление невелико по сравнению с индуктивным сопро¬тивлением, то им можно пренебречь.
При этом наблюдается следующее явление: в течение одной четверти периода, когда ток возрастает, магнитное поле потребляет энергию из цепи, а в течение следующей четверти периода, когда ток убывает, возвращает ее в цепь. Следовательно, в среднем за период в индуктивном сопротивлении мощность не затрачивается. Поэтому индуктивное сопротивление называется реактивным (прежде его неправильно называли безваттным).
Индуктивное сопротивление одной и той же катушки будет различным для токов различных частот. Чем выше частота переменного тока, тем большую роль играет индуктивность и тем больше будет индуктивное сопротивление данной катушки. Наоборот, чем ниже частота тока, тем индуктивное сопротивление катушки меньше. При частоте, равной нулю (установившийся постоянный ток), индуктивное сопротивление тоже равно нулю.
Рисунок 1. Зависимость индуктивного сопротивления катушки от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление катушки возрастает с увеличением часторы тока.
Индуктивное сопротивление обозначается буквой XL и измеряется в омах.
Подсчет индуктивного сопротивления катушки для переменного тока данной частоты производится по формуле
XL=2π• f •L
где XL — индуктивное сопротивление в ом; f—частота переменного тока в гц; L — индуктивность катушки в гн
Как известно, величину 2π• f называют круговой частотой и обозначают буквой ω (омега). Поэтому приведенная выше формула может быть представлена так:
XL=ω•L
Отсюда следует, что для постоянного тока (ω = 0) индуктивное сопротивление равно нулю. Поэтому, когда, нужно пропустить по какой-либо цепи постоянный ток, задержав в то же время переменный, то в цепь включают последовательно катушку индуктивности.
Для преграждения пути токам низких звуковых частот ставят катушки с железным сердечником, так называемые дроссели низкой частоты, а для более высоких радиочастот — без железного сердечника, которые носят название дросселей высокой частоты.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
www.sxemotehnika.ru
Катушка - сопротивление - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Катушка - сопротивление
Cтраница 1
Катушки сопротивления изготовляются по ТУ-П № ОПП. Катушки применяются по назначению в лабораторной и цеховой практике. [2]
Катушка сопротивления, состоящая из тонкой проволоки, концы которой выведены на большие медные массы, приблизительно удовлетворяет этим условиям, потому что потенциал внутри массивного электрода является почти постоянным, и любые разности потенциалов в разных точках одного и того же электрода могут считаться пренебрежимо малыми в сравнении с разностью потенциалов двух электродов. [3]
Катушка сопротивления - это проводник, который легко можно включить в вольтову цепь, с тем чтобы ввести в эту цепь известное сопротивление. [4]
Катушки сопротивления изготовляются, как правило, из металлов, имеющих наибольшее сопротивление и мало меняющихся с температурой. Этому требованию очень хорошо удовлетворяет нейзильбер ( мельхиор), но оказалось, что некоторые образцы с годами меняют свои свойства. Поэтому для стандартных сопротивлений применяются некоторые ч истые металлы, а также сплав платины и серебра; относительное сопротивление таких катушек на протяжении нескольких лет найдено постоянным в пределах современной точности. [5]
Катушки сопротивления по 2 5 ом включают в провода, соединяющие поверяемый мост с магазином, для создания требуемой величины внешнего сопротивления. [7]
Катушки сопротивлений от 1 до 10000 ом и спирали в 0 1 ом наматываются бифилярно. [8]
Катушки сопротивления с номинальным значением 100 ом и выше выполняются двухзажимными, а катушки ниже 100 ом имеют четыре зажима: два зажима токовые и два - потенциальные. С помощью токовых зажимов катушка включается в цепь тока, а сопротивление катушки определяется по падению напряжения между потенциальными зажимами. [9]
Катушки сопротивлений, размещенные на панели, позволяют обес лечить постоянную нагрузку на телескоп при отключении одного из приборов и привести сопротивление проводов к определенной величине. Три подгоночные ( уравнительные) катушки служат: Ry - для подгонки сопротивления соединительных проводов от телескопа до панели; Ry - для подгонки сопротивления линии от панели к самопишущему милливольтметру; Зу - для подгонки сопротивления линии от панели к показывающему милливольтметру. Две эквивалентные катушки R3, сопротивления которых соответственно равны сопротивлениям самопишущего и показывающего милливольтметров, служат для замещения этих приборов. Сопротивление линии соединительных проводов от панели к каждому из милливольтметров и от панели к радиационному пирометру должно составлять 5 0 1 ома. Сопротивление каждой уравнительной катушки составляет 5 ом, эквивалентной катушки 175 ом. [10]
Катушки сопротивлений, размещенные на панели, позволяют обес лечить постоянную нагрузку на телескоп при отключении одного из приборов и привести сопротивление проводов к определенной величине. Три подгоночные ( уравнительные) катушки служат: Ку - для подгонки сопротивления соединительных проводов от телескопа до панели; Ry - для подгонки сопротивления линии от панели к самопишущему милливольтметру; 1у - для подгонки сопротивления линии от панели к показывающему милливольтметру. Две эквивалентные катушки Ra, сопротивления которых соответственно равны сопротивлениям самопишущего и показывающего милливольтметров, служат для замещения этих приборов. Сопротивление линии соединительных проводов от панели к каждому из милливольтметров и от панели к радиационному пирометру должно составлять 5 0 1 ома. Сопротивление каждой уравнительной катушки составляет 5 ом, эквивалентной катушки 175 ом. [11]
Катушки сопротивлений рассчитаны иа ток порядка сотых долей ампера, поэтому сильные токи через магазин сопротивлений проходить не должны. На рис. 10 представлен общий вид магазина сопротивлений на 1110 ом. Такие штепсельные реостаты изготовляют на НПО ом и на другие сопротивления. [13]
Катушки сопротивления выполняют на номинальное значение сопротивления 10 л Ом, где п - целое число. Они имеют четыре зажима, два из которых называют токовыми, а два - потенциальными. Между потенциальными зажимами сопротивление катушки соответствует номинальному значению при включении катушки в цепь с помощью токовых зажимов. Обмотку катушки сопротивления выполняют из манганина, имеющего большое удельное электрическое сопротивление при малом температурном коэффициенте сопротивления, малой термо - ЭДС в паре с медью и при высокой стабильности своих свойств. [14]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
Омическое сопротивление - катушка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Омическое сопротивление - катушка
Cтраница 1
Омическое сопротивление катушки измеряется универсальным мостом. Точное соответствие значения омического сопротивления расчетному важно для катушек постоянного тока, так как значение R характеризует потребляемую мощность катушки и, следовательно, ее тепловой режим. Измерение сопротивления катушки производят сразу после намотки перед наложением наружной изоляции. В случае отклонения от указанных допусков число витков увеличивают или уменьшают. [1]
Омическое сопротивление катушек колеблется от 9 до 18 000 ом. [2]
Измеряется омическое сопротивление катушки универсальным мостиком. [3]
Подчеркнем, что омическое сопротивление катушки ( с железным сердечником), имеющей индуктивность 1 гн, составляет обычно лишь несколько ом. [4]
Под Rt подразумевается омическое сопротивление катушек, входящих в колебательный контур трансгенерации. Можно контур L f Ct присоединять и параллельно d, тогда L2 не будет входить в него. [5]
Омического сопротивления ДКОИт контура ( омическое сопротивление катушки самоиндукции плюс дополнительное сопротивление Д, вводимое в контур) для разных колебательных режимов вплоть до критического. [6]
Прозвонка с помощью омметра позволяет одновременно проверить и омические сопротивления катушек аппаратов и реле, установленных на щите или панели. [8]
Важным случаем применения сложной связи является компенсация активной составляющей величины ik, вызванной омическим сопротивлением катушки саязи. Это индуктивная Т - образная секция, нагруженная с обеих сторон емкостями и содержащая в каждом плече последовательно включенное сопротивление потерь. Индуктивность связи LIZ неизбежно имеет некоторое сопротивление, так что св. Как было отмечено в параграфе, относящемся к количественному анализу, это приводит к случаю двух неравных по высоте горбов. [9]
Величина тока в катушке на переменном токе не равна подведенному напряжению, деленному на омическое сопротивление катушки, как это имеет место при постоянном токе. Величина тока здесь должна быть такой, чтобы число потокосцеплений катушки соответствовало подведенному напряжению. [10]
На рисунке 32 - 9 изображена схема мостика Уитстона, с помощью которого измеряют омическое сопротивление катушки индуктивностью L 0 1 Гн. Передвигая движок D по струне АВ, добились, что при медленном нажатии кнопки двойного ключа стрелка гальванометра G не отклоняется. [11]
Эквивалентная схема отклоняющей катушки изображена на рис, 6.19, а, где LK - индуктивность катушки, г - омическое сопротивление катушки, Ск - междувитковая емкость катушки. [12]
Статистические материалы по стабильности манганиновых сопротивлений дают основание использовать указанные режимы их термического и естественного старения, что обеспечивает изменение омического сопротивления катушек в пределах 0 005 - 0 01 % в год. [13]
Полное шунтирующее сопротивление, в которое включено не только сопротивление яапрузки, но и шунтирующее действие входной и выходной проводимостей лампы, омическое сопротивление катушки и соединительных проводов. [14]
Левая часть выражения представляет собой энергию, поступившую из сети за время dt; первый член правой части - потерю энергии в омическом сопротивлении катушки; второй член правой части - приращение энергии Магнитного поля в электромагните. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Катушка индуктивности (дроссель) | Meanders.ru
Определение и теория катушек индуктивности
Катушка индуктивности (дроссель) — катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении, способная накапливать электромагнитную энергию в собственном магнитном поле. Обозначается – L. Внешний вид может быть различным, но если вы её мотаете самостоятельно, то будет выглядеть как-то так:
Схема для измерения индуктивностиВеличина индуктивности измеряется в Генри [Гн].
1 Генри – очень большая величина, поэтому применяемые в технике катушки индуктивности имеют величины: микрогенри – 10-6 (мкГн) и миллигенри – 10-3 (мГн).
Процессы, происходящие в катушке индуктивности (далее — индуктивности) на временном графике при подключении индуктивности к источнику прямоугольного однополярного сигнала, показаны на рисунке.
Из рисунка сбоку видно, реакция индуктивности на воздействие электрического тока абсолютно противоположно реакции конденсатора (ёмкости). В момент подачи прямоугольного импульса источника тока (красный), ток индуктивности (фиолетовый) сначала равен нулю и с изменением времени увеличивается по экспоненте – индуктивность накапливает энергию, в начальный момент её внутреннее сопротивление максимально. Напряжение на выводах индуктивности (зелёный) наоборот сначала максимально, но потом по мере накопления энергии уменьшается по экспоненте до нуля. При пропадании входного импульса, так как индуктивность — элемент инерционный, напряжение на выводах индуктивности резко изменив полярность сначала максимально, а ток продолжает течь в том же направлении, уменьшаясь при этом по экспоненте – запасённая в индуктивности энергия иссякает. Напряжение из отрицательной области так же по экспоненте стремится к нулю. Скорость изменения напряжения и тока зависит от значения индуктивности. Чем больше индуктивность, тем медленнее они изменяются (экспонента более вытянута по времени). Напряжение и ток на нагрузочном резисторе ведут себя одинаково, и изображены на временном графике оранжевым цветом. Если сравнить с конденсатором — полная противоположность. Взаимосвязь тока и напряжения в индуктивности так же описывается законом Ома, с учётом реактивного с
meanders.ru
Катушка индуктивности | Практическая электроника
Словосочетание «катушка ниток» знакомо всем, но вот что такое катушка индуктивности слышали, думаю, не все. Вот что вы себе представляете под словом «катушка» ? Ну… это, наверное, какая-нибудь фиговинка, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно!
Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции. Изоляция может быть из бесцветного лака, из проводной изоляции, и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности сами, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!
Немного теории
Любая катушка индуктивности, как ни странно, обладает индуктивностью 🙂 Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется LC — метром. Что такое индуктивность? Давайте разбираться. Если через проводок прогнать электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:
где
В — магнитное поле, Вб
I — сила тока, А
А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы электрический ток:
И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:
Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, получается площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как по всей этой конструкции течет электрический ток, то значит в этот момент он обладает какой-то Силой тока (I). А коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью, и вычисляется так:
С научной же точки зрения, индуктивность — это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается — магнитное поле сжимается.
Катушка индуктивности обладает также очень интересными свойствами. При подаче на катушку электрического тока постоянного напряжения, в катушке возникает напряжение, противоположное напряжению электрического тока и оно потом исчезает через несколько долей секунд.
Это противоположное напряжение называется ЭлектроДвижущейСилой самоиндукции, или просто — ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение,в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения, согласно Закон Ома:
где
I — сила тока в катушке , А
U — напряжение в катушке, В
R — сопротивление катушки, Ом
Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки постоянное.
И второй прикол в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности — источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы подали на катушку. Следовательно, и ток будет в самом начале больше, а потом тихонько спадет до нуля. Время спада силы тока также зависит от индуктивности катушки.
Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока резко возрастет в катушке и плавно убавиться до нуля. Короче говоря,сила тока в катушке мгновенно измениться не может. Это в электронике называют первым законом коммутации. Уфф, ну все, самое тяжелое позади :-).
Типы катушек индуктивности
Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.
Но где у нее сердечник? Воздух — это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.
А вот катушки индуктивности с сердечником:
В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.
Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:
Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.
Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель — это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.
Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:
Также существует еще один особый вид дросселей — это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.
Опыты с катушкой индуктивности
От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC — метр мне показывает ноль.
Имеется ферритовый сердечник
Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край
LC-метр показывает 21 микрогенри.
Ввожу катушку на середину феррита
35 микрогенри. Уже лучше.
Продолжаю вводить катушку на правый край феррита
20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:
где
1 — это каркас катушки
2 — это витки катушки
3 — сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.
Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки
Индуктивность стала почти 50 микрогенри!
А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту
13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо «виток к витку».
Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.
Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков — тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.
Замеряем индуктивность
15 микрогенри
Отдалим витки катушки друг от друга
Замеряем снова
Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.
Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.
Замеряем
Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от «витков в квадрате». Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки. Остальные факторы мы разобрали в опытах. Более подробно про формулы расчета здесь. Но лучше все таки изготовить катушку опытным путем с замером ее индуктивности на каждом этапе.
Обозначение на схемах
Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности
При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.
А при параллельном соединении получаем вот так:
При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.
Резюме
Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.
Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:
www.ruselectronic.com
Катушка индуктивности
Катушка индуктивности —винтовая,спиральнаяили винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированногопроводника, обладающая значительнойиндуктивностьюпри относительно малойёмкостии маломактивном сопротивлении. Такая система способна накапливать магнитнуюэнергиюпри протеканииэлектрического тока.
Устройство
Устройство обычно представляет собой винтовую,спиральнуюили винтоспиральную катушку из одножильного или многожильного изолированногопровода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас издиэлектрикаили плоскую спираль, волну или полоску печатного или другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость.
Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитныхматериалов: электротехнической стали,пермаллоя, карбонильного железа,ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.
Свойства катушки индуктивности
Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.
Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна: , где— индуктивность катушки,—циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.
При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна
При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой
Характеристики катушки индуктивности
] Индуктивность
Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.
Индуктивность соленоида
Индуктивность торойда
Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемостисердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной натороидальномсердечнике
где:
μ0—магнитная постоянная
μi—магнитная проницаемостьматериала сердечника (зависит от частоты)
se— площадь сечения сердечника
le— длина средней линии сердечника
N— 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 сопротивление 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:
Во-первых, провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения.
В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токови магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.
Потери в диэлектрике
Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует паразитная ёмкость, что приводит к утечкам переменного тока между витками.
Потери в сердечнике
Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.
Потери в экране
Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране.
Добротность
С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна
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».
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.
Разновидности катушек индуктивности
Контурные катушки индуктивности
Эти катушки используются совместно с конденсаторамидля получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность идобротность.
Катушки связи
Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базыиколлектораи т. д. К таким катушкам 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.
Вариометры
Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). 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.
Дроссели
Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники.
Сдвоенный дроссель
Сдвоенные дроссели
две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукцииболее эффективны при тех же габаритных размерах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.
Применениекатушек индуктивности
Катушки индуктивности (совместно с конденсаторамии/илирезисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепейобратной связи,колебательных контурови т. п..
Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторахкак 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-засамоиндукциивозникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
Катушки используются также в качестве электромагнитов.
Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.
Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).
Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
Как датчикперемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.
Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометрыбыли разработаны и широко использовались во временаВторой мировой войны.[3]
studfiles.net
Катушка индуктивности в цепи постоянного и переменного тока
Как ведет себя катушка индуктивности в цепи постоянного и переменного тока?
Не так давно, мы с вами рассматривали, как ведет себя конденсатор в цепи постоянного и переменного тока. А в этой статье рассмотрим, как ведет себя катушка индуктивности, если на нее подать постоянный и переменный ток. Хочу вам напомнить, что постоянный ток — это ток, который течет всегда в одном направлении, а переменный ток — это ток, который меняет свое направление с какой-то частотой.
Катушка индуктивности в цепи постоянного тока
Итак, для этого опыта нам понадобится блок питания, который выдает постоянное напряжение, лампочка накаливания и собственно сама катушка индуктивности.
Чтобы сделать катушку индуктивности с хорошей индуктивностью, нам надо взять ферритовый сердечник:
Намотать на него лакированного медного провода и зачистить выводы:
Замеряем индуктивность нашей катушки с помощью LC метра:
132 микроГенри.
Теперь собираем все это вот по такой схеме:
где
L — катушка индуктивности
La — лампочка накаливания на напряжение 12 Вольт
Bat — блок питания, с выставленным напряжением 12 Вольт
Лампочка засветилась!
Как вы помните, конденсатор у нас не пропускал постоянный электрический ток:
Делаем вывод: постоянный электрический ток почти беспрепятственно течет через катушку индуктивности. Сопротивлением обладает только сам провод, из которого сделана катушка.
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
Для того, чтобы узнать, как ведет себя катушка индуктивности в цепи переменного тока, нам понадобится осциллограф, генератор частоты, собственно сама катушка индуктивности и резистор на 100 Ом. Чем больше сопротивление, тем меньше будет проседать напряжение с моего генератора частоты, поэтому я взял резистор на 100 Ом.
Собираем все это дело по такой схеме:
Получилось как то так:
Сразу договоримся, что у нас первый канал будет красным цветом, а второй канал — желтым. Следовательно, красная синусоида — это частота, которую нам выдает генератор частоты, а желтая синусоида — это сигнал, который снимается с резистора.
Мы с вами узнали, что при нулевой частоте (постоянный ток), катушка почти беспрепятственно пропускает через себя электрический ток. В нашем опыте мы будем подавать с генератора частоты синусоидальный сигнал с разной частотой и смотреть, меняется ли напряжение на резисторе.
Кто до сих пор не знает что такое осциллограф, можно прочитать про него здесь. Что такое цифровой осциллограф, можно прочитать здесь. Про автоматическое измерение параметров с помощью цифрового осцилла, читаем здесь. Кто уже читал и все знает, идем дальше.
Для начала подаем сигнал с частотой в 1 КилоГерц.
Давайте разберемся, что есть что. В зеленой рамочке я вывел автоматические замеры, которые делает осциллограф
Красный кружок с цифрой «1» — это замеры «красного»канала. Как мы видим, F (частота) =1 КилоГерц, а Ма (амплитуда) = 1,96 Вольт. Ну грубо скажем 2 Вольта. Смотрим на кружочек с цифрой «2». F=1 КилоГерц, а Ма=1,96 Вольт. То есть можно сказать, что сигнал на выходе точно такой же, как и на входе.
Увеличиваем частоту до 10 КилоГерц
Амплитуда не уменьшилась. Сигнал какой есть, такой и остался.
Увеличиваем до 100 КилоГерц
Видели да? Амплитуда желтого сигнала стала меньше, да еще и график желтого сигнала сдвигается вправо, то есть запаздывает, или научным языком, появляется сдвиг фаз. Красный сигнал никуда не сдвигается, запаздывает именно желтый. Это имейте ввиду.
Сдвиг фаз — это разность между начальными фазами двух измеряемых величин. В данном случае напряжения. Для того, чтобы произвести замер сдвига фаз, должно быть условие, что у этих сигналов одна и та же частота. Амплитуда может быть любой. Ниже на рисунке приведен этот самый сдвиг фаз или, как еще его называют, разность фаз:
Увеличиваем частоту до 200 КилоГерц
На частоте 200 КилоГерц амплитуда упала вдвое, да и разность фаз стала больше.
Увеличиваем частоту до 300 КилоГерц.
Амплитуда желтого сигнала упала уже до 720 миллиВольт. Разность фаз стала еще больше.
Увеличиваем частоту до 500 КилоГерц
Амплитуда уменьшилась до 480 миллиВольт.
Добавляем еще частоту до 1 МегаГерца
Амплитуда желтого канала стала 280 миллиВольт.
Ну и добавляем частоту до предела, который позволяет выдать генератор частоты: 2 МегаГерца
Амплитуда «желтого» сигнала стала настолько маленькой, что мне пришлось ее даже увеличить на осцилле в 5 раз.
И можно сказать, что сдвиг фаз стал почти 90 градусов или π/2.
Но станет ли сдвиг фаз больше, чем 90 градусов, если подать очень-очень большую частоту? Эксперименты говорят, что нет. Если сказать просто, то при бесконечной частоте сдвиг фаз будет равняться 90 градусов. Если совместить наши графики на бесконечной частоте, то можно увидеть примерно вот такой рисунок:
Так какой вывод можно сделать?
С увеличением частоты сопротивление катушки растет, а также увеличивается сдвиг фаз. И чем больше частота, тем больше будет сдвиг фазы, но не более, чем 90 градусов.
Давайте же уменьшим индуктивность катушки. Прогоним еще раз по тем же самым частотам. Я убрал половину витков и сделал витки на край феррита, тем самым уменьшил индуктивность до 33 микроГенри.
Итак, прогоняем все по тем же значениям частоты
При частоте в 1 КилоГерц у нас значение почти не изменилось.
10 КилоГерц
Здесь тоже ничего не изменилось.
100 КилоГерц
Тоже почти ничего не изменилось, кроме того, что желтый сигнал стал тихонька сдвигаться.
200 КилоГерц
Здесь уже видим, что амплитуда на желтом сигнале начинает проседать и сдвиг фаз наращивает обороты.
300 КилоГерц
Сдвиг фаз стал больше и амплитуда просела еще больше
500 КилоГерц
Сдвиг стал еще больше и амплитуда желтого сигнала тоже просела.
1 МегаГерц
Амплитуда желтого сигнала падает, сдвиг фаз прибавляется. 😉
2 МегаГерца, предел моего генератор частоты
Сдвиг фаз стал почти равен 90 градусов, а амплитуда стала даже меньше, чем пол Вольта.
Обратите внимание на амплитуду в Вольтах на тех же самых частотах. В первом случае у нас индуктивность была больше, чем во втором случае, но амплитуда желтого сигнала во втором случае больше, чем в первом.
Отсюда вывод напрашивается сам собой:
При уменьшении индуктивности, сопротивление катушки индуктивности также уменьшается.
С помощью нехитрых умозаключений, физиками была выведена формула:
где
ХL — сопротивление катушки, Ом
П — постоянная и равна приблизительно 3,14
F — частота, Гц
L — индуктивность
В данном опыте мы с вами получили фильтр низких частот (ФНЧ). Как вы видели сами, на низких частотах катушка индуктивности почти не оказывает сопротивление напряжению, следовательно амплитуда и мощность на выходе такого фильтра будет почти такой же, как и на входе. Но с увеличением частоты у нас амплитуда гасится. Применив такой фильтр на динамик, можно с уверенностью сказать, что будет усиливаться только бас, то есть низкая частота звука.
www.ruselectronic.com