Катушка индуктивности для чего нужна: Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна? | ASUTPP

Содержание

Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна? | ASUTPP

Я получил письма от многих из вас с просьбой рассказать простыми словами о катушке индуктивности.

Это действительно хорошая просьба и желание). Потому что катушка индуктивности – это довольно странный компонент. Её невероятно легко сделать. Но немного сложнее понять как она работает.

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности (иногда называют ее индуктором или дросселем) – это просто катушка проволоки, которая намотана вокруг какого-нибудь сердечника. Ядро сердечника может быть просто воздухом или магнитом.

Когда вы подаете ток через катушку, вокруг неё создается магнитное поле.

При использовании магнитного сердечника магнитное поле будет намного сильнее.

Как работает катушка индуктивности?

Ток через любой провод создаст магнитное поле. Катушка индуктивности имеет проволочную форму, поэтому магнитное поле будет намного сильнее.

Причина, по которой индуктор работает так, как он работает, заключается в этом магнитном поле. Отсюда вытекают и следующие свойства катушки.

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 своём 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 переменного тока имеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но и реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Более детально о принципе работы катушек индуктивности вы можете почитать на сайте.

Для чего вы можете использовать их?

Я почти никогда не использую катушки индуктивности. Главным образом потому, что я работаю в основном с цифровыми схемами. Но я использовал их иногда для создания фильтров, генераторов и блоков питания.

Вы часто найдете катушки индуктивности в аналоговой электронике переменного тока, такой как радиооборудование.

Зачем нужна катушка индуктивности в цепи

Стандартная конструкция катушки индуктивности состоит из изолированного провода с одной или несколькими жилами, намотанными в виде спирали на каркас из диэлектрика, имеющего прямоугольную, цилиндрическую или тороидальную форму. Иногда, конструкции катушек бывают бескаркасными. Наматывание провода производится в один или несколько слоев.

Для того, чтобы увеличить индуктивность, используются сердечники из ферромагнитов. Они же позволяют изменять индуктивность в определенных пределах. Не всем до конца понятно, для чего нужна катушка индуктивности. Ее используют в электрических цепях, как хороший проводник постоянного тока. Однако, при возникновении самоиндукции, возникает сопротивление, препятствующее прохождению переменного тока.

Разновидности катушек индуктивности

Существует несколько вариантов конструкций катушек индуктивности, свойства которых определяют и сферу их использования. Например, применение контурных катушек индуктивности вместе с конденсаторами, позволяют получать резонансные контуры. Они отличаются высокой стабильностью, качеством и точностью.

Катушки связи обеспечивают индуктивную связь отдельных цепей и каскадов. Таким образом, становится возможным деление базы и цепей по постоянному току. Здесь не требуется высокой точностью, поэтому, для этих катушек используется тонкий провод, наматываемый в две небольшие обмотки. Параметры данных приборов определяются в соответствии с индуктивностью и коэффициентом связи.

Некоторые катушки используются в качестве вариометров. Во время эксплуатации их индуктивность может изменяться, что позволяет успешно перестраивать колебательные контуры. Весь прибор включает в себя две последовательно соединенных катушки. Подвижная катушка вращается внутри неподвижной катушки, тем самым, создавая изменение индуктивности. Фактически, они являются статором и ротором. Если их положение изменится, то поменяется и значение самоиндукции. В результате, индуктивность прибора может измениться в 4-5 раз.

В виде дросселей используются те приборы, у которых при переменном токе отмечается высокое сопротивление, а при постоянном – очень низкое. Благодаря этому свойству, они используются в радиотехнических устройствах в качестве фильтрующих элементов. При частоте 50-60 герц для изготовления их сердечников применяется трансформаторная сталь. Если частота имеет более высокое значение, то сердечники изготавливаются из феррита или пермаллоя. Отдельные разновидности дросселей можно наблюдать в виде так называемых бочонков, подавляющих помехи на проводах.

Где применяются катушки индуктивности

Сфера применения каждого такого прибора, тесно связана с особенностями его конструкции. Поэтому нужно обязательно учитывать ее индивидуальные свойства и технические характеристики.

При индуктивной связи между собой двух и более катушек, происходит образование трансформатора. Эти приборы могут использоваться, как электромагниты, а также, как источник энергии, возбуждающий индуктивно связанную плазму.

Индуктивные катушки успешно используются в радиотехнике, в качестве излучателя и приемника в конструкциях кольцевых и магнитных антенн, работающих с электромагнитными волнами.

Иногда, конструкции катушек бывают бескаркасными. Наматывание провода производится в один или несколько слоев.

Разновидности катушек индуктивности

При частоте 50-60 герц для изготовления их сердечников применяется трансформаторная сталь. Если частота имеет более высокое значение, то сердечники изготавливаются из феррита или пермаллоя. Отдельные разновидности дросселей можно наблюдать в виде так называемых бочонков, подавляющих помехи на проводах.

Где применяются катушки индуктивности

Индукционная катушка — это дроссель или изолированный проводник. Используется электрический каркас, композитные вставки. При рассмотрении понятия необходимо изучить свойства, основные особенности катушки индуктивности.

Определение устройства

Катушка индуктивности — это устройство, которое обладает малой емкостью и значительным сопротивлением. Дроссель является отменным проводником электрического тока, учитывается высокий показатель инерционности. Устройства применяются в качестве свернутого изолированного проводника. Винтовые, спиральные модификации способны справляться с помехами, колебаниями в сети.

Важно! Устройство работает в цепях переменного тока при низкой и высокой частоте.

Назначение и принцип действия

Специалисты задаются вопросом, зачем нужна токовая катушка индуктивности в цепи, и для этого необходимо разобраться в показателях. Коэффициент ЭДС (электродвижущая сила) показывает разницу между энергией и магнитным потоком. Устройства самоиндукции способны влиять на изменения в цепи. Чаще всего дроссели применяются в силовых установках. Они способны контролировать уровень напряжения, не допускают разрыва цепи.

Также компоненты устанавливаются на пару с конденсаторами либо резисторами. Благодаря работе катушки фильтры находятся в безопасности. Теперь вызывает интерес, как включается индукционная катушка. Принцип работы построен на изоляции проводников. В конструкции используется электрический каркас с различным сечением. За счёт намоток обеспечивается распределение ёмкости на дросселе.

Интересно! Витки наматываются с определенным шагом, многое зависит от типа катушки.

Виды и типы

Различают низкочастотные, высокочастотные модели. В отдельную категорию выделяют винтовые, спиральные катушки. Также существуют модификации, которые используются в радиотехнике. Они подходят для защиты конденсатора либо резонансных контуров.

Для трансформаторов годятся катушки с усилителем каскадом. В последнюю категорию выделены вариометры, основное отличие — высокая частота колебательных контуров. Дроссели могут быть одинарными либо сдвоенными. От этого зависит показатель индуктивности и питания системы.

Низкочастотные

Для включения в электрическую цепь, применяется низкочастотная катушка индуктивности. Она предназначена для подавления переменного тока. В формуле учитывается циклическая частота и показатели индуктивности. За основу в устройствах берётся сердечник, который изготавливается из стали. Он может быть с фильтрами либо без них.

Чтобы влиять на частоту, происходит игра с сопротивлением. В цепи постоянного тока напряжение должно быть неизменным. С целью понижения частоты применяются фильтры. Основная проблема — это малая ёмкость. Чтобы детально ознакомиться с дросселем, стоит подробнее узнать о резонансной частоте, которая выделяется на контуре рабочего сигнала.

Когда в цепях повышается напряжение, на каркас оказывается нагрузка. В цепи постоянного тока задействуются непрозрачные проволочные резисторы. Также для этих целей подходят однослойные катушки типа «универсал». Их особенность — использование ферритовых стержней.

Высокочастотные

Устройства изготавливаются с различными типами обмотки. Речь идет о наборе преимуществ, которые спасают в той или иной ситуации. Сфера применения элементов широка, учитывается значительная частота модуляции. Таким образом удается бороться с повышенным сопротивлением металлов. У катушек имеется сердечник.

Основная задача — это модуляция частоты генератора. Она происходит за счёт усиления сигнала, и за процессом можно проследить при подключении осциллографа. Многие высокочастотные катушки не отличаются стабильной работой, поскольку применяется керамический каркас. У него малый срок годности, плюс они восприимчивы к повышенной влажности.

Интересно! Современные товары изготавливаются из алюминия и являются компактными.

Электрикам известны контурные, безконтурные модификации высокой частоты. В зависимости от намотки учитывается стабильность электрических параметров. У моделей высокой частоты могут применяться магниты и провода. Речь идет о порошковых материалах, сделанных из диэлектриков.

Процесс изготовления связан с методом холодного прессования. Индуктивные датчики отличаются по защищенности. На предприятиях элементы могут погружать в раствор либо продевать в трубку. Это делается с целью избежания коротких замыканий. Мировые производители решают проблему путем использование вторичного витка.

У моделей значительное сопротивление и есть проблема с концентрацией электролита. Таким образом изменяются свойства катушки индуктивности. Проводимость раствора падает и повышается частота электромагнитного поля.

Основные технические параметры

Катушки индуктивности имеют следующие характеристики:

добротность отклонения;
эффективность;
начальная индуктивность;
температура;
стабильность;
предельная емкость;
номинальная индуктивность.

Стабильность демонстрирует свойства устройства при изменении условий использования. Температура фиксируется вследствие различных причин. Многое зависит от размера каркаса. Когда температура уменьшается, индуктивность также снижается. Современные параметры — это цикличность, которая является отношением температуры к линейному расширению. Учитывается изменение в керамической основе плюс показатель плотности.

Температура отслеживается на горячей намотке. В этом плане хорошо себя показали многослойные дроссели с сердечником, которые сделаны из карбонильного железа. Ёмкость отображает количество витков катушки, берется в расчет количество секций и контуров. Высокочастотные модели считаются более емкостными и стабильными.

Номинальная индуктивность — это параметр, который учитывает изменение размеров волны. Измерение происходит в микрогенрах. Если смотреть на формулу, учитывается количество витков, длина намотки, плюс диаметр катушки.

Маркировка

При рассмотрении катушек индуктивности оценивается цветовая и кодовая маркировка. Если смотреть на первые цифры, отображается показатель индуктивности. Далее учитывается параметр отклонения:

Серебряный 0,01 мкГн, 10%.
Золотой 0,1 мкГн, 5%.
Черный 0,1мкГн, 20%.
Коричневый 1,1 мкГн.
Красный 2, 2 мкГн.
Оранжевый 1 мкГн.
Желтый 4 мкГн.
Зеленый 5 мкГн.
Голубой 6 мкГн.
Фиолетовый 7мкГн.
Серый 8 мкГн.
Белый 9 мкГн.

В нестабильной цепи переменного электрического тока не обойтись без катушки индуктивности. Выше описаны основные типы изолированных проводников, продемонстрированы их параметры. Учитывается уровень частоты, а также свойства.

Для чего нужна катушка индуктивности

Разновидности катушек индуктивности

Где применяются катушки индуктивности

Совместно с резисторами или конденсаторами, катушки задействованы в различных цепях, имеющих частотно-зависимые свойства. Прежде всего, это фильтры, колебательные контуры, цепи обратной связи и прочее. Все виды этих приборов способствуют накоплению энергии, преобразованию уровней напряжения в импульсном стабилизаторе.

При индуктивной связи между собой двух и более катушек, происходит образование трансформатора. Эти приборы могут использоваться, как электромагниты, а также, как источник энергии, возбуждающий индуктивно связанную плазму.

для чего она нужна и как работает, параметры

Определение устройства

Индукционная катушка

Важно! Устройство работает в цепях переменного тока при низкой и высокой частоте.

Назначение и принцип действия

Устройства самоиндукции

Интересно! Витки наматываются с определенным шагом, многое зависит от типа катушки.

Виды и типы

Устройства в радиотехнике

Низкочастотные

Низкочастотная катушка

Высокочастотные

Интересно! Современные товары изготавливаются из алюминия и являются компактными.

Высокочастотная катушка

Основные технические параметры

Катушки индуктивности имеют следующие характеристики:

добротность отклонения;
эффективность;
начальная индуктивность;
температура;
стабильность;
предельная емкость;
номинальная индуктивность.

Емкостные катушки

Маркировка

Серебряный 0,01 мкГн, 10%.
Золотой 0,1 мкГн, 5%.
Черный 0,1мкГн, 20%.
Коричневый 1,1 мкГн.
Красный 2, 2 мкГн.
Оранжевый 1 мкГн.
Желтый 4 мкГн.
Зеленый 5 мкГн.
Голубой 6 мкГн.
Фиолетовый 7мкГн.
Серый 8 мкГн.
Белый 9 мкГн.

Маркировка

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку :), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

– магнитная проницаемость вакуума. Это табличная величина (константа) и равна она следующему значению:

– магнитная проницаемость магнитного материала сердечника. А что это за сердечник и для чего он нужен? Сейчас выясним. Дело все в том, что если катушку намотать не просто на каркас (внутри которого воздух), а на магнитный сердечник, то индуктивность возрастет многократно. Посудите сами – магнитная проницаемость воздуха равна 1, а для никеля она может достигать величины 1100. Вот мы и получаем увеличение индуктивности более чем в 1000 раз.

– площадь поперечного сечения катушки

– количество витков

– длина катушки

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный 🙂

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость 🙂 Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />, участок 3-4: 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />,

Где – круговая частота: . – это частота переменного тока.

Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто 🙂 По 2-му закону Кирхгофа:

А следовательно:

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе (ссылка) друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались 🙂

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

В данной статье мы подробно рассмотрим индуктор. Отдельно разберем индуктор на схеме, обратную ЭДС генерируемую индуктором, постоянную времени индуктора, ток и напряжение в индукторе, а так же мощность и энергию в индукторе.

Определение и принцип работы

В наших уроках об электромагнетизме мы увидели, что когда электрический ток протекает через проводник, вокруг проводника возникает магнитный поток. Это создает взаимосвязь между направлением магнитного потока, который циркулирует вокруг проводника, и направлением тока, протекающего через тот же проводник, что приводит к хорошо известной взаимосвязи между током и направлением магнитного потока, называемой «Правило правой руки Флеминга».

Но есть и другое важное свойство, относящееся к намотанной катушке, которая также существует, а именно то, что вторичное напряжение индуцируется в ту же катушку движением магнитного потока, поскольку оно противостоит любым изменениям электрического тока, протекающего по нему.

Типичный индуктор

В своей основной форме Индуктор — это не что иное, как катушка проволоки, намотанная вокруг центрального сердечника. Для большинства катушек токI, протекающий через катушку, создает магнитный поток NΦ вокруг нее, который пропорционален этому потоку электрического тока.

Индуктор, называемый также дросселем, является еще одним типом пассивного электрического компонента, который является простой катушкой провода предназначенного, чтобы воспользоваться этой взаимосвязью путем индукции магнитного поля, сам по себе, или в активной зоне в результате тока, проходящем через катушки. Это приводит к гораздо более сильному магнитному полю, чем то, которое создавалось бы простой катушкой из проволоки.

Индукторы образованы проволокой, плотно обернутой вокруг сплошного центрального сердечника, который может представлять собой либо прямой цилиндрический стержень, либо непрерывную петлю или кольцо для концентрации их магнитного потока.

Схематическое обозначение индуктора — это катушка с проводом, поэтому катушку с проводом можно также назвать индуктором. Индукторы обычно классифицируются в соответствии с типом внутреннего сердечника, вокруг которого они намотаны, например, полый сердечник, твердый железный сердечник или мягкий ферритовый сердечник, причем различные типы сердечников различаются путем добавления непрерывных или пунктирных параллельных линий рядом с проволочная катушкой, как показано ниже.

Индуктор на схеме

Ток I, который протекает через катушку индуктивности производит магнитный поток, который пропорционален к нему. Но в отличие от конденсатора, который противодействует изменению напряжения на своих пластинах, индуктор противодействует скорости изменения тока, протекающего через него, из-за накопления самоиндуцированной энергии в его магнитном поле.

Другими словами, катушки индуктивности сопротивляются или противостоят изменениям тока, но легко пропустят постоянный ток. Эта способность индуктора противостоять изменениям тока и которая также связывает ток I с его магнитным потоком NΦ как коэффициент пропорциональности, называется индуктивностью, которому присвоен символ L с единицами измерения Генри ( H ).

Поскольку Генри представляет собой относительно большую единицу индуктивности, для младших индукторов Генри используются для обозначения его значения. Например:

Префиксы индуктивности

Префикс	Условное обозначение	мультипликатор	Степень десяти
милли	m	1/1 000	10 ^-3
микро	μ	1/1000000	10 ^-6
нано	n	1/1000000000	10 ^-9

Таким образом, для отображения подразделов Генри мы будем использовать в качестве примера:

1mH = 1 милли-Генри — что равно одной тысячной (1/1000) Генри.
100μH = 100 микро-Генри — что равно одной 100-миллионной ( 1/1 000 000) Генри.

Индукторы или катушки очень распространены в электрических цепях, и существует множество факторов, определяющих индуктивность катушки, таких как форма катушки, число витков изолированного провода, число слоев провода, расстояние между витками, проницаемость материала сердечника, размер или площадь поперечного сечения сердечника и т. д.

Катушка индуктивности имеет площадь поперечного сечения сердечника ( A ) с постоянным числом витков провода на единицу длины ( l ). Таким образом, если катушка N витков связана на величину магнитного потока Φ то катушка имеет потокосцепление NΦ и любой ток I, который протекает через катушку будет производить индуцированный магнитный поток в противоположном направлении по отношению к потоку тока. Затем, согласно закону Фарадея, любое изменение в этой связи магнитного потока производит самоиндуцированное напряжение в одной катушке:

Где:

N — число витков
А — площадь поперечного сечения в м ²
Φ — количество потока в Веберах
μ — проницаемость материала сердечника
L — длина катушки в метрах
di / dt — скорость изменения тока в Амперах в секунду

Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение, которое пропорционально скорости изменения тока, создающего его, с положительным значением, указывающим на увеличение ЭДС, и отрицательным значением, указывающим на уменьшение ЭДС. Уравнение, связывающее это напряжение, ток и индуктивность с самоиндукцией, может быть найдено путем замены μN ² A / l на L, обозначая постоянную пропорциональности, называемую индуктивностью катушки.

Соотношение между потоком в катушке индуктивности и током, протекающим через катушку индуктивности, имеет вид: NΦ = Li . Поскольку катушка индуктивности состоит из катушки с проводящим проводом, это уменьшает приведенное выше уравнение, чтобы получить самоиндуцированную ЭДС, иногда называемую также обратной ЭДС, индуцированной в катушке.

Обратная ЭДС генерируемая индуктором

Таким образом, из этого уравнения мы можем сказать, что «самоиндуцированная ЭДС = индуктивность * скорость изменения тока» и цепь с индуктивностью один Генри будет иметь ЭДС 1 вольт, индуцированную в цепи, когда ток, протекающий через цепь, изменяется со скоростью 1 Ампер в секунду.

Один важный момент, который нужно отметить относительно приведенного выше уравнения. Он только связывает ЭДС, создаваемую через индуктор, с изменениями тока, потому что, если ток индуктора постоянен и не изменяется, например, в постоянном токе, то индуцированное напряжение ЭДС будет равно нулю, поскольку мгновенная скорость изменения тока равна ноль di / dt = 0.

При постоянном токе, протекающем через индуктор и, следовательно, нулевом индуцированном напряжении на нем, индуктор действует как короткое замыкание, равное куску провода, или, по крайней мере, очень низкое значение сопротивления. Другими словами, противодействие протеканию тока, предлагаемого индуктором, очень различно в цепях переменного и постоянного тока.

Постоянная времени индуктора

Теперь мы знаем, что ток не может изменяться мгновенно в индуктивности, потому что для этого ток должен измениться на конечную величину за нулевое время, что приведет к тому, что скорость изменения тока будет бесконечной di / dt = ∞ , делая индуцированную ЭДС бесконечной, а бесконечного напряжения не существует. Однако, если ток, протекающий через индуктор, изменяется очень быстро, например, при работе переключателя, на катушке индуктивности могут возникать высокие напряжения.

Рассмотрим схему индуктора выше. Когда переключатель ( S1 ) разомкнут, ток через катушку индуктивности не течет. Поскольку через индуктор ток не течет, скорость изменения тока ( di / dt ) в катушке будет равна нулю. Если скорость изменения тока равна нулю, то в катушке индуктивности нет ЭДС самоиндукции ( V _L= 0 ).

Если мы теперь закроем переключатель (t = 0), ток будет проходить через цепь и медленно подниматься до своего максимального значения со скоростью, определяемой индуктивностью индуктора. Эта скорость тока, протекающего через катушку индуктивности, умноженная на индуктивность по Генри, приводит к тому, что на катушке образуется некоторая самоиндуцированная ЭДС с фиксированным значением, определенная уравнением Фарадея V _L = Ldi / dt.

Эта самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности ( V _L ) борется с приложенным напряжением до тех пор, пока ток не достигнет своего максимального значения и не будет достигнуто устойчивое состояние. Ток, который сейчас течет через катушку, определяется только постоянным или «чистым» сопротивлением обмоток катушек, поскольку значение реактивного сопротивления катушки уменьшилось до нуля, поскольку скорость изменения тока (di / dt) равна нулю в устойчивом состоянии. Другими словами, теперь существует только сопротивление катушек постоянного тока, чтобы противостоять потоку тока.

Аналогичным образом, если переключатель ( S1 ) разомкнут, ток, протекающий через катушку, начнет падать, но индуктор снова будет бороться с этим изменением и попытается удержать ток в своем прежнем значении, индуцируя напряжение в другом направлении. Наклон падения будет отрицательным и связан с индуктивностью катушки, как показано ниже.

Ток и напряжение в индукторе

Сколько индуктивного напряжения будет генерироваться индуктором, зависит от скорости изменения тока. В нашем уроке об электромагнитной индукции закон Ленца гласил: «Направление индуцированной ЭДС таково, что оно всегда будет противостоять изменению, которое его вызывает». Другими словами, индуцированная ЭДС всегда будет противопоставлять движение или изменение, которые изначально вызвали индуцированную ЭДС.

Таким образом, при уменьшении тока полярность напряжения будет действовать как источник, а при увеличении тока полярность напряжения будет действовать как нагрузка. Таким образом, при одинаковой скорости изменения тока через катушку, увеличение или уменьшение величины индуцированной ЭДС будет одинаковым.

Мощность в индукторе

Мы знаем, что индуктор в цепи противостоит потоку тока I через него, потому что поток этого тока индуцирует ЭДС, которая противостоит ему, закон Ленца. Затем необходимо выполнить работу от внешнего источника батареи, чтобы ток протекал против этой индуцированной ЭДС. Мгновенная мощность, используемая для форсирования тока I по отношению к этой самоиндуцированной ЭДС (V _L), определяется как:

Мощность в цепи задается как P = V * I, поэтому:

Идеальный индуктор не имеет сопротивления, только индуктивность, поэтому R = 0 Ом, и поэтому мощность в катушке не рассеивается, поэтому можно сказать, что идеальный индуктор имеет нулевую потерю мощности.

Энергия в индукторе

Когда мощность поступает в индуктор, энергия накапливается в его магнитном поле. Когда ток, протекающий через индуктор, увеличивается и di / dt становится больше нуля, мгновенная мощность в цепи также должна быть больше нуля, ( P> 0 ), т.е. положительная, что означает, что энергия накапливается в индукторе.

Аналогичным образом, если ток через индуктор уменьшается и di / dt меньше нуля, то мгновенная мощность также должна быть меньше нуля ( P ), т.е. отрицательна, что означает, что индуктор возвращает энергию обратно в цепь. Затем, интегрируя приведенное выше уравнение для мощности, полная магнитная энергия, которая всегда положительна и сохраняется в индуктивности, определяется как:

Энергия фактически накапливается в магнитном поле, которое окружает индуктор током, текущим через него. В идеальном индукторе, который не имеет сопротивления или емкости, поскольку ток увеличивает энергию, стекающую в индуктор и накапливающуюся там в его магнитном поле без потерь, он не высвобождается до тех пор, пока ток не уменьшится и магнитное поле не разрушится.

Затем в переменном токе, переменного тока индуктор постоянно накапливает и доставляет энергию на каждом цикле. Если ток, протекающий через индуктор, является постоянным, как в цепи постоянного тока, то сохраненная энергия не изменяется, так как P = Li (di / dt) = 0 .

Таким образом, индукторы могут быть определены как пассивные компоненты, так как они могут как накапливать, так и доставлять энергию в цепь, но они не могут генерировать энергию. Идеальный индуктор классифицируется как меньше потерь, что означает, что он может хранить энергию бесконечно, так как энергия не теряется.

Однако, реальные катушки индуктивности всегда будут иметь некоторое сопротивление, связанное с обмотками катушки, и всякий раз, когда ток протекает через энергию сопротивления, теряется в виде тепла по закону Ома( P = I ² R ) независимо от того, является ли ток переменным или постоянный.

Тогда основное использование индукторов — это в фильтрационных цепях, резонансных цепях и для ограничения тока. Индуктор может использоваться в цепях для блокировки или изменения переменного тока или диапазона синусоидальных частот, и в этой роли индуктор может использоваться для «настройки» простого радиоприемника или генераторов различных типов. Он также может защитить чувствительное оборудование от разрушительных скачков напряжения и высоких пусковых токов.

В следующем уроке об индукторах мы увидим, что эффективное сопротивление катушки называется индуктивностью, а индуктивность, которая, как мы теперь знаем, является характеристикой электрического проводника, который «противодействует изменению тока», может быть как внутренней, индуцированный, называемый самоиндуктивностью или индуцированный извне, называемый взаимоиндуктивностью.

comments powered by HyperComments

Индукционная катушка (рисунок 1) представляет собой частный случай трансформатора. Она состоит из сердечника 1 (набранного из нарезанных кусков стальной проволоки), на который намотано несколько витков толстой изолированной проволоки 2. Эти витки являются первичной обмоткой индукционной катушки. Поверх первичной обмотки наматывается другая обмотка 3 из тонкой изолированной проволоки с большим числом витков (от 16 000 до 1 000 000 и более). Это – вторичная обмотка индукционной катушки.

Рисунок 1. Схема устройства индукционной катушки

Принцип работы индукционной катушки состоит в следующем. Первичная обмотка через механический прерыватель 4 присоединяется к источнику постоянного напряжения 5 (батарее элементов, аккумуляторов и так далее).

При замыкании выключателя 6 ток батареи проходит по первичной обмотке катушки и намагничивает ее сердечник. Намагнитившийся сердечник притягивает к себе якорек прерывателя, чем разрывается цепь первичной обмотки. В следующее мгновение размагнитившийся сердечник отпускает якорек прерывателя. Последний под действием пружины возвращается на прежнее место, замыкает цепь первичной обмотки, и далее процесс повторяется вновь.

В результате непрерывных замыканий и размыканий цепи в первичной обмотке катушки протекает прерывистый ток. Изменяющееся магнитное поле первичной обмотки, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней электродвижущую силу (ЭДС). При замыкании первичной цепи ЭДС во вторичной обмотке имеет одно направление, при размыкании – другое. Большое число витков дает возможность получать на концах вторичной обмотки напряжение в несколько тысяч, а иногда и сотен тысяч вольт. Слой воздуха между выводами вторичной обмотки пробивается и проскакивает искра, длина которой в больших индукционных катушках достигает 1 метра.

Для получения большой ЭДС во вторичной обмотке необходимо, чтобы ток в первичной цепи изменялся как можно быстрее. Однако искра в механическом прерывателе, появляющаяся при размыкании его контактов, не дает возможности току прекращаться сразу. Для быстрейшего исчезновения искры параллельно месту разрыва включают конденсатор 7.

Первичную обмотку индукционной катушки можно питать также переменным током. Тогда надобность в прерывателе отпадает.

При помощи индукционной катушки было сделано много важнейших физических открытий. Индукционные катушки широко применяются для зажигания рабочей смеси в автомобильных и авиационных двигателях и так далее.

Рисунок 2. Внешний вид автомобильной индукционной катушки и механического прерывателя используемых для подачи искры в камеру сгорания двигателя (слева катушка, справа прерыватель)

Видео 1. Катушка Румкорфа

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Катушка индуктивности характеризуется своими параметрами, главными из которых являются ее индуктивность, сопротивление обмоток и рабочий ток, с которым она может функционировать. При составлении схемы особую важность играют ее габариты, вес. К катушкам предъявляются особые требования, которые могут различными в зависимости от сферы ее применения. Для использования в преобразователях, фильтрах, катушки используются более мощные, чем это заложено схемой. Главное выбрать такую модель, которая не будет влиять на производительность всей схемы или цепи.

В статье будет рассказано о том, что это такое, где используется такая катушка безопасности и из чего состоит. Также в статье содержится видеоролик и дополнительный материал, который поможет лучше разобраться в выбранной теме.

Катушка индуктивности

Обзор пассивных компонентов

Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) содержит огромное количество электрорадиокомпонентов, т.е. самостоятельных изделий, выполняющих определенные функции. Электрорадиоэлементы подразделяют на активные и пассивные. К активным относятся транзисторы, микросхемы ,электронные лампы и т.д., т. е. элементы, способные усиливать или преобразовывать электрические сигналы. К пассивным относятся резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы, коммутационные элементы, т. е. такие элементы, которые предназначены для перераспределения электрической энергии.

Сетевая инфраструктура современного офиса состоит из множества составляющих, правильный выбор которых имеет существенное значение для успешной работы всей инфраструктуры в целом. Пассивные компоненты играют при этом также немаловажную роль, обеспечивают среде передачу данных, а также внешний вид, эстетику. Пассивным элементом схемы называется элемент, не имеющий внутренних источников энергии, и выполняющий либо накопление энергии (конденсатор, индуктивность), либо ее рассеяние (резистор).

Пассивные компоненты по сути соответствует пассивному элементу схемы. Пассивные компоненты характеризуются малыми размерами, малым числом выводов (как правило, два-три), низкой стоимостью и, как правило, достаточно высокой стойкостью к воздействиям при сборке узлов. Пассивные элементы могут выступать как дискретные компоненты и как элементы интегральных микросхем. В РЭА интегральные микросхемы имеют очень большой удельный вес, но пассивные компоненты являются все же самыми распространенными изделиями электронной промышленности. Это можно объяснить тем, что некоторые элементы трудно выполнить в микросхемном исполнении. Практически невозможно в ИМС изготовить конденсаторы большой емкости, резисторы с большим сопротивлением, сложности в разработке интегральных катушек индуктивности и трансформаторов. Кроме того технические характеристики дискретных элементов лучше, чем интегральных.

Катушки индуктивности разных размеровБудет интересно➡ Диодный мост – что это такое?Используемые источники:

https://rusenergetics.ru/oborudovanie/katushka-induktivnosti
https://microtechnics.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-katushki-induktivnosti/
https://meanders.ru/induktor.shtml
https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/640-induction-coil.html
https://electroinfo.net/radiodetali/chto-takoe-katushka-induktivnosti-i-pochemu-ee-inogda-nazyvajut-drossel.html

Катушка индуктивности: история, конструкция, параметры

Катушка индуктивности – элемент электрических цепей, способствующий накоплению энергии магнитного поля. С использованием изделий изготавливаются колебательные резонансные контуры. Катушка называется потому, что вокруг бобины-сердечника обматывается нить проволоки. Часто в радиотехнике элементы именуют индуктивностями. Подходит случаю, конструкции иной раз мало напоминают катушку.

История создания катушки индуктивности

Катушки индуктивности наматываются фиксированным числом проводов. Этот факт скрывают на уроках физики, избегая забивать ученикам мозги. Потом догадываются бедняги, пытаясь уловить смысл термина бифилярная обмотка двигателя. Нитей бывает больше, выделяют катушки индуктивности:

трифилярные;
тетрафилярные;
пентафилярные.

Обычные катушки индуктивности называют унифилярными – нить проволоки одна. Сразу возникает справедливый вопрос – зачем конструкции? Изобретатель катушку индуктивности неизвестен. Ответы дают, виноват Тесла… Далеко от истины.

Дроссель

Один знаток Майл.ру – не исключено, админ ресурса – ответил: отцом катушек индуктивности является Майкл Фарадей, якобы, открыл магнитную индукцию (согласно англоязычной страничке Википедии). Напрашивается вывод, историковед не владеет вопросом. Главная причина критики “Ответов” Майл – некомпетентность. Фарадей открыл индукцию, применив тороидальный трансформатор с двумя изолированными обмотками. Намного сложнее конструкция, нежели катушка, явление заключалось сопровождалось выходом скачка тока при изменении магнитного поля сердечника.

Произошло описанное в 1831 году, первый электромагнит сконструирован малоизвестным в России Уильямом Стердженом. Знаете, как выглядел прибор? Правильно – катушка индуктивности из 18 витков оголенной медной проволоки с хорошим лакированным ферромагнитным сердечником формы лошадиной подковы. При пропускании по обмотке тока железо в округе притягивалось устройством. Годом выхода первого электромагнита в свет историки считают 1824. Раньше, нежели Фарадей начал эксперименты.

Наставник Хампфри Дэви счел работу плагиатом. Ученик не решался продолжить, конфликтовать открыто. Получилось, в 1829 году безвременно Хампфри Дэви ушел из жизни, благодаря чему Майкл Фарадей возобновил работу. Не потому считаем неверными скудные сведения рунета по рассматриваемому вопросу. Вторая причина кроется в гальванометрах: первый сконструирован 16 сентября 1820 года Иоганном Швейггером. Годом позже великий Ампер усовершенствовал прибор, угадайте, что входило в состав новинки? Правильно – катушка индуктивности, составленная несколькими витками проволоки.

В 1826 году Феликс Савари разряжал лейденскую банку через несколько витков проволоки, обмотанной вокруг стальной иглы. Наблюдая остаточную намагниченность металла. Фактически Савари создал первый колебательный контур, правильно сделав выводы о происходящих процессах.

Майкл Фарадей бессилен стать изобретателем индуктивности. Скорее ученый работал в этом направлении, вел некоторые исследования, получил новый закон касательно электромагнетизма. В результате вопрос об изобретателе катушки индуктивности оставляем открытым. Рискнем предположить, у субъекта темы два отца:

Лаплас и Швейггер

Лаплас на основе доклада Эрстеда высказал предположение: действие тока на магнитную стрелку можно усилить, изогнув провод.
Швейггер реализовал услышанное на практике, создав первый в мире гальванометр, использовав доклады Ампера о зависимости угла отклонения стрелки от силы тока.

Конструкция катушки индуктивности

Вокруг прямолинейного проводника с постоянным током создается круговое магнитное поле. Линии напряженности напоминают спираль. Некто догадался свернуть провод кольцом, чтобы вклад элементарных сегментов сложился в центре. В результате внутри конструкции магнитное поле намного выше, нежели снаружи. Линии визуально наблюдаем на железных опилках. На Ютуб множество роликов, где через индуктивность пропускают ток, демонстрируя упорядоченную ориентацию металлической пыли в момент замыкания контактов. Конструкция способна запасать впрок магнитное поле подобно конденсатору, накапливающему заряд. Катушками называют только индуктивности, содержащие намотку лакированного провода. В микрополосковой технологии напыляемые для запасания магнитного поля элементы логично именовать индуктивностями.

Если в катушке, совсем как в той, что используют швеи, несколько витков провода расположить один за другим бок о бок так, чтобы ось была общей, линии напряженности магнитного поля суммируются. Простейшая индуктивность, способная накапливать энергию магнитного поля. При резком пропадании напряжения образуется явление обратной-ЭДС широко известное технике. Выступает причиной искрения коллекторных двигателей. Используется лакированный (с лаковой изоляцией) медный провод нужного сечения. Количество витков, форма сердечника определяются предварительно расчетами или по имеющемуся образцу.

Противо-ЭДС является паразитной, для гашения последовательно с катушкой включают емкость размером побольше, пытаясь занизить суммарное реактивное сопротивление. В импеданс индуктивности входят с положительным знаком, емкости – с отрицательным. Тесла изобрел катушку, взял патент. Но конструкция представляла собой плоскую спираль (лабиринт) с двойной намоткой. Ученый показал, индуктивность одновременно характеризуется значительным емкостным сопротивлением, при исчезновении напряжения явления обратной ЭДС никак не проявляет себя.

Бифилярные катушки сегодня широко используются. Что касается обратной ЭДС, служит причиной розжига разрядных ламп (дневного света). Вернемся к конструкции. В первом электромагните проволока оголенная, современные катушки индуктивности наматываются лакированным. Тонкая изоляция при необходимости может быть легко снята (например, токсичной муравьиной кислотой), в исходном состоянии надежно защищает конструкцию против короткого замыкания.

Внутри катушки находится сердечник из ферромагнитного материала. Форма не важна, сечение лучше брать круглым. На высоких частотах магнитный поток (см. Преобразователь напряжения) выходит на поверхность сердечника, смысл применения ферромагнитных сплавов пропадает, иногда используется латунь (даже композитные материалы, диэлектрики). Снижает индуктивность, на высоких частотах запасаемая за период мощность невелика. Трюк проходит. У многих возникает вопрос – зачем нужен сердечник?

Сердечник катушки индуктивности выступает опорой, долговечным каркасом, усиливая магнитное поле. Индукция связана с напряженностью поля через постоянную магнитной проницаемости среды. У ферромагнитных материалов параметр поистине велик. В тысячи раз больше, нежели воздуха, большинства металлов. С ростом частоты необходимость в сердечнике снижается, возникают некоторые негативные эффекты, два из которых особенно важны:

Линии магнитного поля, сформированные опилками

Переменное магнитное поле наводит вихревые токи, посредством которых функционируют индукционные плитки. Результат представите сами: какой нагрев сердечника вызовет. Сердечники силовых трансформаторов собираются из специальной электротехнической стали с высоким сопротивлением, разбиваются тонкими листами, изолированными взаимно слоем лака. Шихтование позволит сильно снизить влияние вихревых токов.
Второй эффект называется перемагничиванием. Отнимает энергию поля, вызывает нагрев материала. Явление характерно для ферромагнитных материалов, устраняется использованием латуни.

В микрополосковой технологии предусмотрено исполнение индуктивностей в виде плоских спиралей: проводящий материал через трафарет напыляется на подложку (возможный метод). Напоминает конструкцию Николы Тесла. Номинал катушка индуктивности имеет весьма малый, иного не надо на частотах СВЧ. Расчет ведется по специальным справочникам, хотя пользуются преимущественно инженеры-конструкторы.

Для намотки индуктивности изготавливают специальные приспособления, напоминающие катушку спиннинга. На ось одевается сердечник с ограничителем по бокам, вращая ручку, мастер внимательно считает количество оборотов, отмеряет нужную длину. Медленно, по способу челнока рука двигается влево-вправо, витки ровно ложатся последовательно.

Зачем нужны бифилярные катушки индуктивности

Иногда катушка наматывается в две и более проволочных нитей. Тесла конструкцию применял для увеличения емкостных качеств. В результате становилось возможным экономить материалы – говорили выше. Что касается состояния на современном этапе развития технологий, причиной создания бифилярных катушек может быть следующее:

Бифилярные катушки индуктивности

Одна обмотка заземляется. Устраняет паразитную противо-ЭДС, вызывающую искрение, некоторые другие негативные эффекты. Когда резко пропадает напряжение, магнитное поле по большей части наводит тока в заземленной обмотке, поскольку активное сопротивление цепи наименьшее. Эффект противо-ЭДС гасится. В импульсных реле вспомогательная обмотка закорачивается. Энергия поля невелика, рассеивается активным сопротивлении меди в виде тепла.
Идеи Тесла не забыты. Часто в виде бифилярных катушек изготавливаются резисторы малого номинала. Сопротивления часто имеют схожее строение. Например, известные МЛТ, лента навивается на керамическое основание. Суть затеи повысить емкостное сопротивление, компенсируя индуктивность. Импеданс резистора обращается в чисто активный. Смысл мероприятия велик при работе на переменном токе. В цепях постоянного мнимая часть импеданса (реактивное сопротивление) роли не играет.
В импульсных блоках питания напряжение одной полярности, меняется по амплитуде. Позволит бифилярный трансформатор защитить от явления паразитной противо-ЭДС, спасает ключевой транзистор от пробоя. Дополнительная обмотка заземляется через диод, в обычном режиме не влияет на работу устройства. Противо-ЭДС имеет обратное направление. В результате p-n-переход открывается, разница потенциалов ограничивается прямым падением напряжения. Для кремниевых полупроводниковых диодов значение составляет 0,5 В. Понятно, напряжение не может пробить ключевой транзистор практически любого типа.
Идеи Тесла используются при создании вечных двигателей (в литературе: СЕ – сверхъединичных устройств, с КПД выше 1). Используется возможность устранения реактивного сопротивления для идеализации процесса работы.

Параметры катушек индуктивности

Главной характеристикой катушек называют индуктивность. Физическая величина, в СИ измеряемая Гн (генри), характеризующая величину мнимой составляющей сопротивления конструкции. Параметр показывает, как много магнитного поля запасет катушка. Для простоты энергию за период считают пропорциональной произведению LI2, где L – индуктивность, I – протекающий в системе ток.

Формула расчета индуктивности

Теоретический расчет главного параметра катушек сильно определен конструкцией. Выпускаются специальные методические пособия, формула (см. рисунок: S – площадь сечения намотки, l – длина катушки, N – количество витков проволоки, в формуле – магнитная постоянная и магнитная проницаемость сердечника), приведенная на картинке, частный вариант. Когда индуктивность напоминает катушку. Имеются специальные программы для персонального компьютера, упрощающие процесс.

К вторичным параметрам катушек индуктивности относят:

Добротность. Характеризует потери на активном сопротивлении.
Собственная индуктивность (см. выше).
Температурная стабильность параметров.

Катушки индуктивности теория: разновидности, применение

Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

Устройство обычно представляет собой винтовую, спиральную или винтоспиральную катушку из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика или 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 ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

Существуют также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.

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.

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.

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.

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 (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 от магнитных свойств 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 складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

Потери на вихревые токи. Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи становятся источником потерь из-за сопротивления проводников.

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

Катушки связи. Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и 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. 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) на проводах.

Сдвоенные дроссели две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Т.е. предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) или ферритовый сердечник.

Применение катушек 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.

· Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

· Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

o Рамочная антенна

o DDRR

o Индукционная петля

· Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

· Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

· Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.

Эффективные способы намотки, разработанные на нашем предприятии:

Позволяют снять ограничения на диапазоны применяемых напряжений, токов и температур. Снижают сечение провода, стоимость и массу катушек при тех же условиях эксплуатации. Либо позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.

Наши многолетние исследования показали, что наиболее эффективным способом охлаждения является воздушный. Применение дополнительных видов изоляции иногда бывает нежелательно и ухудшает свойства обмоток. Вместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к увеличению площади контакта провода с мощными потоками воздуха.

1. Разделенная обмотка.

Лучшая альтернатива дополнительной изоляции. Обмотка разделена на любое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между соседними витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким образом любое опасное пробивное напряжение можно снизить до электрозащитных показателей обыкновенного эмальпровода без применения особых электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать охлаждение.

2. Бесконтактная обмотка.

Витки обмотки подвешены в воздухе на специальных растяжках. Не имеют механического, электрического и теплового контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое эффективное воздушное охлаждение, тепло- и электроизоляция.

3. Корпус в виде улитки.

Наиболее эффективным способом охлаждения обмоток мы считаем воздушное. Применение такого корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических характеристик дает значительные преимущества.

4. Двухполупериодная обмотка.

Все новое – это хорошо забытое старое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет применять обмотки с меньшим сечением. Особенно актуальна двухполупериодная обмотка там, где в небольшие габариты требуется поместить очень мощную обмотку с таким толстым проводом, который невозможно согнуть под требуемыми углами без повреждения. Или промышленность не выпускает настолько толстые шины, и таким образом можно перейти на меньшее сечение.

5. Трубопроводная обмотка.

Для работы на особо высоких температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.

6. Заливка компаундами с примесями на основе нитрида бора и другими для повышения теплопроводности компаунда. Либо виброустойчивая растяжка с применением специальных техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.

Наши специалисты разработают наиболее эффективный способ решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.

Ждем Ваших заказов.

Катушка индуктивности, дроссель — электронный компонент. Предназначение, зачем нужен, где используется.

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

К точной и компьютерной технике технике больше близок дроссель (Drossel, регулятор, ограничитель), так как он чаще всего применяется в цепях питания процессоров, видеокарт, материнских плат, блоков питания & etc. В последнее время, применяются индукторы закрытые в корпуса из металлического сплава для уменьшения наводок, излучения, шумов и высокочастотного свиста при работе катушки.

Дроссель служит для уменьшения пульсаций напряжения, сглаживания или фильтрации частотной составляющей тока и устранения переменной составляющей тока. Сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты, а для постоянного тока сопротивление очень мало. Характеристики дросселя получаются от толщины проводника, количества витков, сопротивления проводника, наличия или отсутствия сердечника и материала, из которого сердечник сделан. Особенно эффективными считаются дроссели с ферритовыми сердечниками (а также из альсифера, карбонильного железа, магнетита) с большой магнитной проницаемостью.

Используется в выпрямителях, сетевых фильтрах, радиотехнике, питающих фазах высокоточной аппаратуры и другой технике требующей стабильного и «правильного» питания. Многослойная катушка может выступать и в качестве простейшего конденсатора, так как имеет собственную ёмкость. Правда, от данного эффекта пытаются больше избавиться, чем его усиливать и он считается паразитным.

5 факторов, которые следует учитывать при выборе индуктора

Назначение индукторов в электрических системах – противодействовать протекающим через них токам. Обычно они необходимы для обработки сигналов и аналоговых токов, за исключением импульсных источников питания (SMPS), в которых они обеспечивают накопление энергии.

Прежде чем выбрать тип индуктора, который лучше всего подходит для конкретного применения, необходимо учитывать следующие пять факторов:

Требования к цепям и характеристикам индуктора Инженеру необходимо выбрать тип индуктора на основе анализа требований к применению, если он соответствует требованиям схемы и повышает ли он производительность.В большинстве случаев индукторы необходимы для силовых цепей или для предотвращения радиочастотных (РЧ) помех.
Приложения силовых цепей Когда приложение включает в себя силовые цепи, следует учитывать как возрастающие, так и максимальные токи. Инкрементный ток – это текущий уровень, когда индуктивность снижается, в то время как максимальный ток применяется, когда уровень тока превышает температуру устройства нанесения.
Рекомендации РФ Когда индуктор необходим для радиочастотного приложения, вы должны иметь в виду два фактора:
- Коэффициент добротности (качество), который относится к значению сопротивления индуктора.Высокая добротность всегда является более идеальным значением.
- Саморезонансная частота (SRF), которая представляет собой частоту, при которой устройство перестает выполнять роль индуктора. Вы всегда должны выбирать минимальное значение SRF.
Размер индуктора и экран Приложение определит размер индуктора. Для силовых цепей, например, требуются большие индукторы, в то время как в ВЧ-приложениях используются индукторы с ферритовым сердечником меньшего размера. Большие катушки индуктивности должны быть совместимы с фильтрующими конденсаторами.Радиочастотные устройства имеют более низкие требования к мощности. Все индукторы нуждаются в экранированных компонентах, чтобы уменьшить магнитную связь между компонентами.
Процент допуска Изучая данные производителя, инженеры могут сравнить процент допуска с индуктивным значением устройства.

Когда вам нужно приобрести индуктор, обязательно сверьтесь с техническими данными производителя, чтобы убедиться, что спецификации соответствуют приложениям. Важно выбрать наиболее подходящий индуктор для максимальной производительности и эффективности.

Международный союз компонентов

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы – растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

Дизайн

– Индукторы – для чего они нужны?

Хороший вопрос .. Одно из частых применений – фильтр. Конденсатор легко пропускает высокочастотный сигнал, но сопротивляется низкочастотному. В то время как катушка индуктивности делает наоборот: она легко пропускает низкие частоты и препятствует высокой частоте. Фактически, внутри большинства корпусов динамиков вы найдете индуктор, используемый на низкочастотном динамике, чтобы передавать низкочастотную энергию на низкочастотный динамик, в то время как конденсатор используется с высокочастотным динамиком для передачи высокочастотной энергии на высокочастотный динамик.

Причина использования там индуктора заключается в том, что он не «потребляет» и не «тратит впустую» высокочастотную энергию, он просто блокирует ее прохождение, так что энергия может затем проходить через конденсатор в твитер.

В общем, поведение катушки индуктивности аналогично поведению конденсатора, поэтому большинство функций, требующих одного, можно реализовать с помощью другого, но в другом устройстве. Но это не всегда так. Например, если вы хотите получать только низкочастотную энергию, вы можете вставить резистор, а затем конденсатор на землю.Высокочастотная энергия будет «закорочена» через конденсатор, и большая часть напряжения будет падать на резисторе (что превращает высокочастотный сигнал в тепло), оставляя очень небольшую амплитуду на конденсаторе. Это отлично работает, если вам нужна только информация, так что можно тратить высокочастотную энергию впустую … но в случае с динамиками потребовалось много работы, чтобы получить такую высокую энергию в корпусе динамика, поэтому вам нужен способ фильтрации без потери энергии!

Это обнаруживает фундаментальную разницу между резисторами и конденсаторами и катушками индуктивности.Резисторы превращают напряжение на них, умноженное на ток, проходящий через них, в тепло. А вот конденсаторов и катушек индуктивности нет! Идеальные версии не преобразуют электрическую энергию в тепло. Хотя настоящие преобразователи превращают некоторый процент напряжения на них, умноженного на ток, протекающий через них, в тепло – этот процент зависит от частоты напряжения / тока.

Еще одно распространенное использование катушек индуктивности – генераторы … представьте себе катушку индуктивности и конденсатор, соединенные вместе на обоих концах – существует некоторая частота, на которой оба сопротивляются одинаково! Это называется резонансной частотой комбинации.Оказывается, что как только вы его запустите, напряжение конденсатора заставляет ток течь в катушке индуктивности, пока напряжение не достигнет нуля – но теперь катушка индуктивности хочет, чтобы этот ток продолжал течь, поэтому он это делает, и в конечном итоге заряжает конденсатор. , но на противоположное напряжение, которое было раньше. Когда ток достигает нуля, конденсатор снова начинает нагнетать ток, и он нарастает .. но в противоположном направлении, как раньше .. и то же самое повторяется ..

Если бы катушка индуктивности и конденсатор были безупречными, так продолжалось бы вечно.. но они оба теряют немного энергии, превращаясь в тепло … так что напряжения и токи меньше при каждом повторении … все, что нужно для создания генератора, это способ восполнить потерянную энергию после каждого цикла.

Третье распространенное использование – в качестве накопителя энергии, особенно в импульсных источниках питания. В этом случае функция источника постоянного тока заключается в подаче постоянного тока. Он также имеет функцию переключения между источником входного напряжения и источником выходного напряжения.Таким образом, тот факт, что он блокирует высокую частоту, можно рассматривать так: когда напряжение на нем внезапно изменяется, ток через него не проходит … скорее, ток только начинает меняться. Итак, если вы очень быстро измените напряжение на очень высокое, затем на очень высокое, затем на очень высокое, затем на ноль, ток начнет расти, затем начнет падать, но до тех пор, пока вы оставите одно из двух напряжений только на очень долгое время. короткое время ток практически не изменится ни в одном направлении. Если вы оставите его на высоком уровне в тот же период, что и на низком, то ток будет усреднен и останется постоянным.Если этот ток соответствует току, снимаемому с источника питания, то выходное напряжение источника питания останется постоянным. Теперь представьте, что вы оставляете высокое напряжение на немного дольше, чем земля – ток будет медленно увеличиваться в течение многих повторений … и наоборот. Если нагрузка продолжает принимать тот же ток, выходное напряжение источника питания будет медленно расти, поскольку дополнительный ток заряжает конденсатор между выходом и землей. Таким образом, импульсный источник питания использует катушку индуктивности для преобразования большого входного напряжения в меньшее выходное напряжение.Существует схема, которая определяет выходное напряжение и сравнивает его с желаемым напряжением, и регулирует, сколько времени на индуктор подается высокое входное напряжение по сравнению с землей, чтобы изменить величину избыточного тока для зарядки конденсатора на выходе. (см. схемы, опубликованные с другими ответами).

Это единственные три распространенных использования … но некоторые экзотические схемы используют передаточную функцию индуктора странным образом (например, в более старых радарах как часть “рулевого” контура, чтобы блокировать выходящую энергию от выброса чувствительных приемник).См. Также «гиратор», который может сделать конденсатор похожим на катушку индуктивности (и наоборот)!

Индуктор

против конденсатора – Электротехника

В некоторых ситуациях катушки индуктивности и конденсаторы могут заменять друг друга. В других случаях они не могут. Конечно, они никогда не заменяют напрямую . Это означает, что некоторые схемы можно немного изменить, чтобы вместо конденсатора использовалась катушка индуктивности или наоборот для достижения той же цели.Некоторые схемы не могут.

Катушка индуктивности накапливает в своем магнитном поле не заряд , а скорее энергию. Когда магнитному полю позволяют схлопнуться, индуктор самопроизвольно генерирует напряжение. Напряжение обычно намного выше любого напряжения, которое ранее было приложено к катушке индуктивности. Конденсатор никогда не будет показывать напряжение, превышающее приложенное к нему. Так, например, конденсатор нельзя использовать для сборки катушки зажигания бензинового двигателя.

Конденсатор, включенный последовательно, в некотором смысле похож на индуктивность, включенную параллельно. Оба подхода позволяют создать фильтр с одинаковой частотной характеристикой. Однако влияние нагрузки на эти схемы неодинаково. Последовательный конденсатор блокирует постоянный ток, и поэтому для источника постоянного тока это выглядит как бесконечное сопротивление: самая легкая из возможных нагрузок. Параллельное включение индуктора – это полная противоположность: короткое замыкание. Они выглядят одинаково только с точки зрения устройства нагрузки: оно видит сигнал, прошедший высокочастотную фильтрацию и не содержащий постоянного тока.Но DC не снимается таким же образом. Блокировка сигнала при разомкнутой нагрузке – это не то же самое, что замыкание сигнала на землю.

Аналогично, индуктор, включенный последовательно, аналогичен конденсатору, включенному параллельно, но, опять же, эффект нагрузки не такой же. Мы можем использовать конденсатор, чтобы предотвратить попадание переменного тока или переменного тока выше определенных частот в цепь, путем шунтирования этих сигналов на возврат. Иногда это приемлемо, например, при блокировке проникновения радиочастотного шума в устройство. В некоторых других случаях шунтирование переменного тока на землю может создать неприемлемую нагрузку на источник этого сигнала.Катушка индуктивности может блокировать переменный ток, создавая против нее высокое сопротивление.

Таким образом, даже в схемах, где мы потенциально можем заменить параллельные катушки индуктивности последовательными конденсаторами и наоборот, учет различий в нагрузке может потребовать от нас выбора того или другого.

Что такое индуктор? – Простое и легкое руководство по индуктору

Я получил несколько писем с вопросом «Что такое индуктор?». И я понял, что это действительно хороший вопрос. Потому что это какой-то странный компонент.

Катушка индуктивности – это просто катушка с проводом.

Сделать его невероятно просто – достаточно сделать несколько петель из проволоки. Но поскольку провода создают магнитные поля, вы скоро увидите, что они могут делать кое-что интересное.

Индуктор в цепи

Если вы изучаете электронику, первый важный вопрос: что делает катушка индуктивности в цепи?

Катушка индуктивности будет сопротивляться изменениям тока.

В схеме ниже у вас есть светодиод и резистор, соединенные последовательно с индуктором.И есть переключатель для включения и выключения питания.

Без индуктора это была бы обычная светодиодная цепь, и светодиод включился бы сразу же, когда вы щелкаете выключателем.

Но индуктор – это компонент, который сопротивляется изменениям тока.

Когда переключатель выключен, ток не течет. Когда вы включаете выключатель, начинает течь ток. Это означает, что существует изменение тока, которому индуктор будет сопротивляться.

Таким образом, вместо того, чтобы ток сразу пошел от нуля до максимума, он будет постепенно увеличиваться до максимального значения.

(Максимальный ток для этой цепи устанавливается резистором и светодиодом.)

Поскольку сила тока определяет интенсивность света светодиода, индуктор заставляет светодиод постепенно загораться, а не мгновенно.

Примечание: Вам понадобится очень большая катушка индуктивности, чтобы можно было видеть, как светодиоды гаснут в приведенной выше схеме. Это не то, для чего вы бы использовали индуктор. Но используйте это как мысленный образ того, что индуктор делает в цепи.

Что происходит при отключении индуктора?

Катушка индуктивности также препятствует мгновенному отключению тока.Ток не просто перестанет течь в катушке индуктивности в одно мгновение.

Таким образом, когда вы выключаете питание, индуктор будет пытаться продолжить прохождение тока.

Это достигается за счет быстрого увеличения напряжения на его выводах.

На самом деле он увеличивается настолько, что вы можете получить небольшую искру на контактах вашего переключателя!

Эта искра позволяет току течь (через воздух!) В течение доли секунды, пока магнитное поле вокруг индуктора не разорвется.

Вот почему диод обычно помещают в обратном направлении через катушку реле или двигателя постоянного тока. Таким образом, индуктор может разряжаться через диод вместо того, чтобы создавать в цепи высокое напряжение и искры.

БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Загрузите базовые электронные компоненты [PDF] – мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Как работают индукторы

Любой провод, по которому протекает ток, окружен небольшим магнитным полем.

Когда вы наматываете провод в катушку, поле становится сильнее.

Если вы намотаете провод на магнитопровод, например, из стали или железа, вы получите еще более сильное магнитное поле.

Так создается электромагнит.

Магнитное поле вокруг индуктора зависит от силы тока. Итак, когда меняется ток, меняется магнитное поле.

Когда магнитное поле изменяется, на выводах индуктора создается напряжение, которое препятствует этому изменению.

Для чего можно использовать индукторы?

В типичных схемах для начинающих не так уж часто можно увидеть дискретные индукторы. Так что, если вы только начинаете, вы, вероятно, еще не встретите их.

Но они очень распространены в блоках питания. Например, для создания понижающего или повышающего преобразователя. И они распространены в радиосхемах для создания генераторов и фильтров.

Но гораздо чаще вы встретите электромагниты.И они в основном индукторы. Вы найдете их почти во всем, что движется от электричества. Например, реле, двигатели, соленоиды, динамики и многое другое.

А трансформатор – это, по сути, две катушки индуктивности, намотанные на один и тот же сердечник.

Если вы хотите узнать, как работают другие электронные компоненты, перейдите к основным компонентам в электронике.

Руководство по выбору индукторов для импульсных регуляторов

Чтобы просмотреть PDF-версию этой статьи, щелкните здесь.

Во всех импульсных регуляторах индуктивность используется как накопитель энергии. Когда полупроводниковый переключатель включен, ток в катушке индуктивности нарастает, а энергия накапливается. Когда переключатель выключается, эта энергия переходит в нагрузку. Количество запасенной энергии определяется как Энергия = ½L.I ² (Джоули)

Где L – индуктивность в Генри, а I – пиковое значение тока катушки индуктивности.

Величина, на которую изменяется ток в катушке индуктивности во время цикла переключения, называется током пульсаций и определяется следующим уравнением:

V _л = L.di / dt

Где V _l – напряжение на катушке индуктивности, di – ток пульсаций, а dt – длительность приложения напряжения. Из этого мы можем видеть, что значение тока пульсаций зависит от значения индуктивности.

Выбор индуктора

При выборе катушки индуктивности для понижающего преобразователя, как и для всех импульсных стабилизаторов, вам необходимо определить или рассчитать следующие параметры:

Максимальное входное напряжение
Выходное напряжение
Частота переключения
Максимальный пульсирующий ток
Продолжительность включения

Для понижающего преобразователя, показанного на Рис.2 , например, предположим, что частота переключения составляет 200 кГц, диапазон входного напряжения составляет 3,3 В ± 0,3 В, а выходное напряжение 1,8 В при 1,5 А при минимальной нагрузке 300 мА.

Для входного напряжения 3,6 В рабочий цикл будет:

D = V _o / V _i = 3,6 / 1,8 = 0,5

Где V _o – выходное напряжение, а V _i – входное напряжение.

Напряжение на индуктивности:

V _l = V _i – V _o = 1.8В при включенном переключателе;

В _l = – В _o = -1,8 В, когда переключатель выключен.

При выборе тока пульсаций 600 мА требуемая индуктивность составляет: L = V _l .dt / di = (1,8 × 0,5 / 200 × 10 ³) / 0,6

L = 7,5 мкГн

Для обеспечения некоторого запаса следует выбрать значение 10 мкГн. Это дает номинальный ток пульсаций от пика до пика 450 мА. В готовой конструкции это можно увидеть как пульсации выходного напряжения 0,45 × ESR выходного конденсатора.

Номинальный ток индуктора

Катушки индуктивности

обычно имеют два номинальных тока: непрерывный (Irms) и пиковый (Isat). Irms обычно определяется как постоянный ток, который вызывает повышение температуры индуктора на 40 ° C. Isat – это пиковый ток, который вызывает определенный спад индуктивности, определяемый как уменьшение в процентах от значения разомкнутой цепи и может варьироваться от 5% до 50%. Эти номинальные значения тока являются ориентировочными для характеристик катушки индуктивности. Фактический максимальный рабочий ток будет зависеть от области применения.Имея это в виду, необходимо проверить ряд факторов, чтобы гарантировать правильный выбор индуктора.

Во-первых, важно посмотреть, как индуктивность «спадает» с увеличением тока. Для таких материалов, как порошок железа, порошок пермаллоя молибдена (MPP), сендуст и аморфный порошок, в которых используется распределенный воздушный зазор, спад индуктивности начинается при очень низких уровнях тока и продолжается почти линейно по мере увеличения тока. Когда используется ферритовый материал, любое постепенное изменение индуктивности компенсируется большим зазором, который необходимо ввести для хранения энергии.В результате индуктивность резко падает в точке, где весь сердечник становится насыщенным. До достижения этой точки индуктивность остается почти постоянной. Вы можете найти примеры этих двух характеристик спада в Рис. 3 . На этом рисунке показаны кривые спада для двух катушек индуктивности 920 мкГн – один изготовлен из феррита, а другой – MPP.

Для ферритовых сердечников пиковый ток обычно указывается для уменьшения индуктивности на 10–30% от значения разомкнутой цепи.Не рекомендуется работать при более высоких уровнях тока, поскольку индуктивность быстро упадет до низкого уровня. Однако для порошкообразных материалов пиковый ток может быть задан при любом спаде до 50% при работе за пределами этого диапазона при условии, что индуктор не перегревается. Из примеров в Рис. 3 , пиковые токи будут определены от 16 до 17 А для ферритовой части и до 36 А для MMP.

Потери в сердечнике и температура

Допустимые потери для индуктора ограничены максимально допустимой температурой.Таким образом, для большинства стандартных деталей этот предел составляет 125 ° C, хотя он может быть и выше. Номинальный среднеквадратичный ток обычно представляет собой постоянный ток, который приводит к повышению температуры на 40 ° C, что теоретически допускает работу при температуре окружающей среды 85 ° C. Однако в большинстве приложений существует некоторая пульсация тока, возникающая из-за потерь в сердечнике. В таких условиях необходимо снизить номинальные параметры Irms, чтобы удерживать повышение температуры до 40 ° C. Кроме того, указанное повышение температуры на 40 ° C обычно достигается без ограничений воздушного потока из-за естественной конвекции, что в большинстве случаев не выполняется.

Двумя основными проблемами в этой области выбора индуктора являются расчет потерь в сердечнике и требуемое снижение номинальных значений Irms для удержания повышения температуры до приемлемого уровня. У разных производителей катушек индуктивности есть разные способы выражения потерь в сердечнике – некоторые не приводят никаких подробностей, а другие предоставляют информацию, необходимую для расчета потерь. Однако один из наиболее практичных подходов исходит из каталога Coiltronics ^®, который показывает максимально допустимые потери в процентах от Irms по отношению к приложенным вольт-секундам на различных частотах.Поскольку произведение вольт-секунд пропорционально потерям в сердечнике, его можно легко определить с помощью этих кривых.

Окончательный отбор

Окончательный выбор индуктора зависит от четырех основных требований к конструкции: эффективности, электромагнитных помех (EMI), доступного пространства и стоимости. В портативном оборудовании с батарейным питанием требуется высокая эффективность от минимально возможной детали. Кроме того, поскольку электроника плотно упакована, низкий уровень электромагнитных помех очень важен. В промышленном применении, где основной источник постоянного тока генерируется от электросети переменного тока, эффективность становится менее важной.В результате часто используется решение с наименьшими затратами.

Используя предыдущий пример понижающего преобразователя, вы можете теперь рассмотреть три возможных решения, предлагающих различные компромиссы с четырьмя конструктивными соображениями (, таблица 1, ).

Прежде чем сравнивать характеристики каждой из этих частей с критериями проектирования, вы должны сначала взглянуть на их характеристику спада. В нашем примере номинальный пиковый ток составлял 1,725 А (выходной ток 1,5 А плюс половина тока пульсаций), а максимальный пиковый ток составлял 1.8А (максимально допустимый ток пульсаций составлял 600 мА).

Глядя на кривые спада для каждого индуктора, можно получить следующие рабочие индуктивности:

CTX10-1-52 – 7,5 мкГн

CTX10-1A – 8,0 мкГн

DR74-100 – 9,5 мкГн

CTX10-1-52 уже представляет собой маргинальную конструкцию, поскольку 7,5 мкГн – это минимальная индуктивность, необходимая для достижения максимального тока пульсаций 600 мА. Мы продолжим рассматривать эту часть, чтобы показать производительность устройства с железным порошком.

Во-первых, давайте посмотрим на общие потери и эффективность.Чтобы вычислить потери в сердечнике, вы должны сначала рассчитать приложенные вольт-секунды:

В _л = 1,8 В

dt = V _o / V _IN × 1 / fs = 2,5 мкс

Приложенная вольт-мксекунда = 1,8 В × 2,5 мкс = 4,5 В-мкс

Где

В _l = напряжение индуктора,

В _o = выходное напряжение,

В _IN = входное напряжение,

dt = время включения и

fs = частота переключения.

Если посмотреть на DR73-100, эта деталь имеет номинальное значение 11 вольт-секунд.5 В-мкс при 100 кГц, то есть приложенные вольт-секунды, которые составляют 10% потерь, необходимых для повышения температуры на 40 ° C.

В этом примере компонент используется при среднеквадратичном значении 1,5 А, пике 1,8 А и 4,5 В-мкс. Таким образом, DR73-100 используется при 39% своей вольт-секундной мощности. Глядя на Рис. 4 , вы можете увидеть, что при 200 кГц и 39% приложенных вольт-секунд максимально допустимые потери, возникающие из-за Irms, составляют примерно 96,25% от общих потерь.

Суммарные потери при повышении температуры на 40 ° C равны сопротивлению постоянному току (DCR), умноженному на квадрат номинального значения Irms, то есть для DR73-100;

Потери при повышении температуры на 40 ° C = 0.0634Σ × 2,11 ² = 0,282 Вт

Для нашего примера потери из-за Irms должны быть уменьшены до 96,25% от этой цифры повышения на 40 ° C, что дает нам требуемые потери Irms в 0,271 Вт. Исходя из этого, вы можете рассчитать максимально допустимый среднеквадратичный ток, равный 2,03 А. Вы также знаете, что потери в сердечнике составляют примерно 11 мВт (разница между потерями при повышении температуры на 40 ° C и требуемыми потерями Irms в 0,271 Вт).

Повторение этой процедуры для CTX10-1-52 и CTX10-1A может дать вам результаты, показанные в Таблица 2 , на странице 28.

Взвешивание плюсов и минусов

У всех трех катушек индуктивности рассеиваемая мощность меньше, чем требуется для повышения температуры на 40 ° C. Таким образом, тепловые характеристики не должны быть проблемой для большинства приложений. На практике потери в индукторе будут выше расчетных. Это связано с тем, что вы не учли потери в обмотке переменного тока из-за скин-эффекта и эффекта близости. Эти потери становятся более значительными с увеличением тока пульсации и увеличением частоты, но обычно они меньше, чем потери I ² R.Рассматривая каждую из альтернатив, вы можете взвесить плюсы и минусы каждого индуктора и определить приложения, которые им подходят лучше всего.

CTX10-1-52 : Конструкция тороида из железного порошка означает наилучшие возможные характеристики электромагнитных помех от так называемой конструкции с замкнутым полем. Короче говоря, нет паразитного магнитного поля. Это также означает низкую стоимость, поскольку железный порошок является самым дешевым из доступных материалов сердечника. Однако высокие потери в сердечнике и практический предел рабочей частоты 300 кГц делают порошок железа непригодным для большинства портативных приложений.Более высокие рабочие частоты, превышающие 1 МГц, обычно используются для уменьшения размера требуемого индуктора в этих изделиях. Тороиды из железного порошка представляют собой хорошее экономичное решение в приложениях с высокой мощностью, где требуются высокие значения индуктивности и номинального тока.

CTX10-1A : Это явный победитель, когда дело касается эффективности. Использование сердечника с высокой магнитной проницаемостью означает, что требуется меньше витков, и, следовательно, DCR обмотки является низким. В сочетании с разумными потерями в сердечнике даже на частотах выше 500 кГц аморфное решение обеспечивает общие потери, составляющие менее 5% выходной мощности.Однако это решение связано с двумя проблемами: аморфные материалы дороги и, как правило, обладают плохой температурной стабильностью. Это делает их непригодными для использования при высоких температурах окружающей среды. Для более дешевого решения, которое по-прежнему обеспечивает лучшую производительность, чем порошок железа, вам следует рассмотреть возможность использования MPP или Sendust. Эти материалы предлагают как более низкие потери, так и более высокую частоту работы, чем железный порошок, с умеренной ценой.

DR73-100 : Катушки индуктивности с ферритовым сердечником барабанного типа предлагают самую низкую общую стоимость в очень энергоемкой упаковке, что делает их наиболее популярным выбором для преобразователей малой мощности в портативных, компьютерных и телекоммуникационных приложениях.Использование феррита означает, что возможна работа на высоких частотах, превышающих 1 МГц, что позволяет использовать более низкие значения индуктивности и детали меньшего размера. Единственная проблема с конструкцией сердечника барабана – это электромагнитные помехи, поскольку сердечники барабана имеют значительное поле рассеяния. За исключением наиболее чувствительных приложений, эту проблему можно решить с помощью устройства с магнитным экранированием, такого как DR73.

Конструкции

Тороид и сердечник барабана обеспечивают необходимое решение в большинстве применений импульсных регуляторов. Однако в сильноточных приложениях решения с сердечниками E и U / I позволяют использовать медную фольгу для уменьшения потерь I ² R.Для нашего примера лучшим решением является экранированный барабан. Эта часть предлагает самое компактное и дешевое решение с приемлемыми характеристиками EMI. Производительность EMI можно было обменять на небольшую рентабельную выгоду, но для получения более эффективного решения потребовалось бы непропорциональное увеличение затрат при небольшом улучшении.

Для получения дополнительной информации об этой статье, CIRCLE 337 на сервисной карте считывателя

Учебное пособие по индуктору

: работа и использование в практических схемах

Индуктор

– это пассивный компонент в электронике, который считается самым важным после резисторов и конденсаторов.Говоря об индукторах, это не что иное, как проволока, плотно намотанная на сердечник. Это руководство написано, чтобы дать хорошее представление о работе индукторов и их использовании в практических схемах. В этом руководстве рассматриваются три важных вопроса, которые могут возникнуть у энтузиастов об индукторах.

Что такое индуктор? – 3 минуты
Как работает индуктор? – 5 минут
Как использовать их в схемах? – 7 минут

К концу этого руководства у вас будет хорошее понимание работы индукторов.Также вы сможете распознать использование индукторов в любых цепях, которые вы увидите. Вы можете ознакомиться с нашими руководствами по другим компонентам

ЧТО ТАКОЕ ИНДУКТОР

Как уже говорилось, индуктор – это не что иное, как изолированный провод, плотно намотанный на сердечник. Этот сердечник может быть из ферромагнитного материала или пластмассы или, в некоторых случаях, полый (воздушный). Это основано на принципе «Магнитный поток возникает вокруг проводника с током» . Если вы знаете о конденсаторах, вы должны знать, что конденсатор накапливает энергию, накапливая на своих пластинах одинаковые и противоположные заряды.Точно так же индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, развивающегося вокруг него. Катушки индуктивности по-разному реагируют на переменный и постоянный ток. Но прежде чем углубиться в «Работу индукторов». Посмотрим на его конструкцию и характеристики.

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКТОРА:

Индуктор

довольно просто собрать из всех других компонентов, используемых в электронике. Вот руководство по созданию простого индуктора. Все, что требуется, – это изолированный провод и материал сердечника, чтобы намотать катушку.Сердечник – это не что иное, как материал, на который намотана проволока, как показано на диаграмме выше. Существуют различные типы индукторов в зависимости от материала сердечника, из которого они изготовлены. Некоторые из распространенных материалов сердечника – это железо, ферромагниты и т. Д. Помимо типов материала сердечника, он бывает разных размеров и форм: циклиндрический, стержневой, торроидный и листовой. В отличие от этого есть также индукторы, у которых нет физических ядер. Они известны как индукторы с полым сердечником или с воздушным сердечником. Ядро играет важную роль в изменении индуктивности индуктора.

КАК РАБОТАЕТ ИНДУКТОР

Начнем с констатации того факта, что «Магнитный поток будет развиваться через проводник с током». Точно так же, когда ток подается через индуктор, вокруг него создается магнитный поток. Другими словами, энергия, приложенная к индуктору, сохраняется в виде магнитного потока. Направление развиваемого магнитного потока будет противоположным направлению потока тока. Поэтому индукторы сопротивляются резкому изменению тока, протекающего через них.Эта способность индуктора называется индуктивностью, и каждый индуктор будет иметь некоторую индуктивность. Это обозначается символом L и измеряется в Генри.

Индуктивность индуктора зависит от формы катушки, количества витков обмотки на сердечнике, площади сердечника и коэффициента проницаемости материала сердечника. Индуктивность индуктора равна

L = мкН ² А / л

L – Индуктивность катушки

μ – Проницаемость материала сердечника

A – Площадь змеевика в квадратных метрах

N – Количество витков в катушке

л – Средняя длина змеевика в метрах

ИНДУКТОРЫ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА:

Как было сказано ранее, индуктор действует иначе, чем переменный ток, по сравнению с источником сигнала постоянного тока.Когда сигнал переменного тока подается на индуктор, он создает магнитное поле, которое изменяется во времени, потому что ток, создающий поле, изменяется во времени. Это явление согласно закону Фарадея вызывает самоиндуцированное напряжение на индукторе. Это самоиндуцированное напряжение обозначается V _L. Фактически, напряжение, возникающее на катушке индуктивности, действует в направлении, противоположном направлению тока, сопротивляющегося им. Это напряжение на индукторе определяется формулой

В _L = L di / dt

VL – Напряжение самоиндукции

di / dt – Изменение тока относительно времени

Если 1 ампер тока по отношению к одной секунде, когда он протекает через один индуктор Генри, разовьется на 1 вольт через индуктор.Теперь вы видите, как ток, протекающий через катушку индуктивности, влияет на развиваемое на ней напряжение. Это возникающее напряжение действует противоположно току, протекающему через индуктор.

V-I ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКТОРА:

Давайте лучше поймем вышеупомянутые концепции, обратившись к характеристической кривой VI индуктора. Когда положительный цикл сигнала переменного тока проходит через индуктор, ток увеличивается. Мы знаем, что Inductor ненавидит изменение тока, поэтому он вырабатывает индуцированное напряжение, чтобы действовать против тока, который его вызывает.На графике выше при 0 ° вы можете заметить, что индуцированное напряжение будет максимальным, когда ток начнет расти. Как только ток достигает максимума, индуцированное напряжение становится отрицательным, чтобы предотвратить уменьшение тока.

Этот цикл повторяется, и из приведенного выше графика мы можем видеть, что индуцированное напряжение, возникающее в индукторе, будет действовать против изменяющегося тока, протекающего через него. А здесь напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 °. Таким образом, с сигналом переменного тока индуктор накапливает и высвобождает энергию в виде магнитного поля в непрерывном цикле.

ИНДУКТОР В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Теперь у нас есть представление о том, как индуктор работает с источником сигнала переменного тока. Давайте посмотрим, как он реагирует при использовании с источником сигнала постоянного тока. Напомним, формула наведенного напряжения на индукторе равна

В _L = L di / dt

При использовании источника сигнала постоянного тока изменение тока во времени будет равно нулю, в результате чего индуцированное напряжение на индукторе будет равно нулю. Проще говоря, в цепях постоянного тока индуктор ведет себя как простой простой провод с некоторым сопротивлением, вызванным его проводом.Но это еще не все, когда в практических схемах используется индуктор с источником сигнала постоянного тока. В практических схемах будет короткий период времени, необходимый току для достижения максимального значения от нуля. В этот момент на индукторе будет индуцированное напряжение, которое будет отрицательным максимумом, когда ток начнет двигаться от нуля до максимального значения. Как только ток достигает стабильного состояния постоянного тока, индуцированное напряжение резко падает до нуля и обнуляется. Этот короткий промежуток индуцированного напряжения будет проявляться как всплеск напряжения на индукторе при использовании с источником сигнала постоянного тока.

ИНДУКТИВНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ:

Еще одна важная вещь, которую нужно знать об индукторах, – это реактивность. Это резистивное свойство, проявляемое такими компонентами, как конденсатор и индуктор для сигнала переменного тока. Реактивное сопротивление, отображаемое индуктором, называется индуктивным реактивным сопротивлением и выражается формулой

X _L = 2πFL

Из уравнения вы можете вывести, что реактивное сопротивление увеличивается с частотой сигнала переменного тока, помните, что индуктор ненавидит изменение тока, поэтому он демонстрирует большее реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам.Тогда как, когда частота близка к нулю или сигнал постоянного тока проходит через реактивное сопротивление становится равным нулю, действуя как проводник для прохождения входного сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКТОРА

Теперь мы прошли немного скучную и расплывчатую рабочую часть индуктора. Давайте узнаем, как использовать индукторы в схемах. Для этого давайте взглянем на его приложения. Применение индуктора – самая захватывающая часть этого руководства. В этом разделе обсуждаются наиболее важные приложения / схемы, в которых используется индуктор.Если вы где-нибудь найдете индуктор в цепи, велика вероятность, что он подпадает под одно из следующих применений индукторов.

ОСЦИЛЛЯТОРЫ / НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ:

Это схемы, которые используются в радиопередатчиках, приемниках, генераторах и приложениях, где важен выбор частоты. Здесь индуктор работает вместе с конденсатором. Если вы знаете о работе конденсатора, вы знаете, что он демонстрирует высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам, тогда как индуктор предлагает высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам.В этой схеме значение индуктора и конденсатора должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить равное реактивное сопротивление при заданной входной частоте. Это состояние называется разумной частотой, а соответствующая частота называется разумной частотой. В Reasonance эта схема способна генерировать сигналы соответствующей частоты, чтобы действовать как осциллятор или принимать сигналы этой частоты из сложного сигнала.

Когда конденсатор в этой цепи заряжается, он накапливает заряды между пластинами.После отключения питания ток от конденсатора проходит через индуктор, в результате чего вокруг него создается магнитное поле. К этому времени заряд, хранящийся в конденсаторе, будет исчерпан, и ток перестанет течь к индуктору. Как мы знаем, индуктор любит постоянный ток, и в результате он будет пытаться поддерживать постоянный ток, сжимая свое магнитное поле и позволяя току течь обратно к конденсатору. Конденсатор снова будет полностью заряжен. Заряд течет вперед и назад между конденсатором и индуктором, в результате чего генерируется сигнал фиксированной разумной частоты.

Причина определяется по формуле f ₀ = 1 / 2π√ (LC)

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПУСКОВОГО ТОКА:

Пусковые токи, также известные как импульсный ток или входной импульсный ток, в значительной степени способны разрушать цепи. Это мгновенные токи, потребляемые нагрузкой или электрическим устройством при их включении. Поразительно, что этот пусковой ток может быть в 40-50 раз выше, чем ток в установившемся режиме, и потенциально способен разрушать устройства.Пусковой ток обычно возникает из-за мгновенного высокого тока, необходимого для работы конденсаторов большой емкости. Трансформаторы должны работать и не должны достигать оборудования.

Индуктор – широко распространенный способ предотвращения повреждения цепи пусковым током. Когда цепь включена, течет мгновенный сильный ток, который изменяется во времени. Индуктор противодействует этому изменению тока, создавая вокруг себя магнитное поле, которое создает самоиндуцированное напряжение, которое противодействует этому высокому току от источника питания.Через некоторое время, когда ток возвращается в установившееся состояние, магнитное поле схлопывается и высвобождает накопленную энергию в цепь в виде тока. Как только ток станет постоянным, индуктор больше не будет противодействовать ему и предлагает свободный путь току, протекающему через него.

ФИЛЬТРЫ:

Это особый тип цепей, используемых для фильтрации или устранения сигналов нежелательной частоты, которые позволяют сигналам проходить только в желаемых пределах. Используя индуктор вместе с пассивными компонентами, такими как резистор и конденсатор, мы можем создать три различных типа фильтров, которые могут служить нашей цели фильтрации сигнала.

ФИЛЬТР НИЗКОГО ПРОХОДА:

Как следует из названия, этот фильтр используется в схемах, где вам необходимо отфильтровать сигналы с частотой выше, чем частота среза из входящего сигнала. Термин частота среза относится к пределу частоты, установленному значением компонентов, используемых в этом фильтре. Итак, здесь значение индуктора и резистора определяет частоту среза. Этот фильтр разрешает сигнал, частота которого ниже этого предела среза и выше этого предела, будет блокироваться этим фильтром.

В этом фильтре происходит то, что когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление индуктора будет очень высоким. Реактивное сопротивление определяется значением индуктивности и частотой, как мы видели в формуле X _L = 2πFL. Катушка индуктивности вместе с резистором образует делитель напряжения, где при более высокой частоте реактивное сопротивление (сопротивление) индуктора будет выше. Более высокое реактивное сопротивление позволяет индуктору эффективно ослаблять сигналы, и поэтому на выходе будет нулевое напряжение или близкое к нулю.

Частота среза этого фильтра нижних частот может быть рассчитана с использованием f _c = R / 2πL

ФИЛЬТР ВЫСОКОГО ПРОХОДА:

Здесь в этом фильтре верхних частот поменяны местами индуктор и резистор. Этот фильтр пропускает только высокочастотные сигналы, в отличие от фильтра нижних частот. Здесь разрешены сигналы с частотой выше частоты среза. А сигналы с частотой ниже этой будут ослабляться / блокироваться. Когда сигнал низкой частоты проходит через цепь, реактивное сопротивление индуктора будет очень низким по сравнению с сопротивлением резистора, поэтому падение напряжения на резисторе будет очень высоким, а выходной сигнал будет нулевым или близким к нулю.

Когда через цепь проходит высокочастотный сигнал, индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление по сравнению с резистором R1. Следовательно, резистор обеспечивает очень меньшее затухание входящих сигналов, заставляя высокочастотные сигналы выходить с очень меньшим или нулевым затуханием. Таким образом пропускается высокочастотный сигнал, а низкочастотный сигнал блокируется.

Частоту среза этого фильтра можно рассчитать, используя f _c = R / 2πL

ПОЛОСНЫЙ ПРОХОДНОЙ ФИЛЬТР:

В этом фильтре через них может проходить только полоса частот, и все, что находится за пределами этой частоты, будет отклонено.В отличие от фильтра низких и высоких частот, полосовой фильтр имеет две частоты среза. Будет разрешено проходить только верхнюю и нижнюю частоту среза и сигнал частоты между этими частотами.

Работа этого фильтра в основном зависит от параллельно соединенных индуктора и конденсатора. Это контур резервуара, как мы видели ранее в настроенном контуре. Если вы помните, что вы видели в разделе “Настроенная схема”, то резонансная частота – это частота, при которой реактивное сопротивление индуктора и конденсатора на входящий сигнал будет одинаковым.Реактивное сопротивление, определяемое парой индуктивности и конденсатора, будет высоким по сравнению с сопротивлением резистора, когда входящий сигнал близок к разумной частоте или около нее. Следовательно, полоса частот, близкая к разумной, будет проходить через фильтр. Частоты вне этого диапазона будут заблокированы.

УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ:

Бустеры напряжения – это схемы, которые используются для повышения входящего напряжения до определенного уровня. Он показывает более высокое выходное напряжение, чем входное.Катушки индуктивности являются наиболее важным элементом в схемах повышения напряжения из-за их способности создавать самоиндуцированную ЭДС при протекании через них тока переменного тока. Выше показана типичная схема усилителя, в которой на индуктор подается постоянный ток. С другой стороны, к нему подключен полевой МОП-транзистор. MOSFET будет включаться и выключаться с постоянными интервалами от источника сигнала.

Когда MOSFET включен, ток течет от источника питания к индуктору, а затем проходит через MOSFET.Это создает магнитный поток, а также самоиндуцированное напряжение на индукторе. Когда MOSFET выключен с помощью источника сигнала, это приводит к уменьшению протекания тока. Индуктор теперь будет пытаться поддерживать постоянный ток. В результате самоиндуцированное напряжение переключает полярность, заставляя его действовать как напряжение, последовательно подключенное к источнику питания G1.

Это комбинированное напряжение (напряжение от источника питания G1 и самоиндуцированное напряжение на L1) будет пропускать ток через диод и заряжать конденсатор до этого уровня напряжения.Когда полевой МОП-транзистор включается и выключается достаточно быстро, конденсатор будет сохранять это напряжение и показывать этот уровень напряжения на выходе. Таким образом, используя такие схемы, вы получите повышенное напряжение на выходе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИНДУКТОРОВ:

Индуктор – это пассивный элемент, что означает, что он не может генерировать энергию самостоятельно.
Противодействует изменениям тока, протекающего через него.
обеспечивает путь с низким сопротивлением при подаче на него сигнала постоянного тока.
При подаче сигнала переменного тока вокруг индуктора формируется магнитное поле, в результате чего возникает самоиндуцированное напряжение, которое противодействует изменению тока, протекающего через него.
В отличие от конденсатора, индуктор обеспечивает высокую реактивность на высокочастотные сигналы и низкую реактивность на низкочастотные сигналы.
Важное применение катушек индуктивности – в радиопередатчиках, приемниках, источниках питания, фильтрах сигналов и т. Д.

Это в значительной степени об индукторах и их применении в практических схемах.Мы предлагаем вам дважды прочитать это руководство по работе с индукторами и по применению, чтобы получить четкое представление об индукторах. Этот учебник, должно быть, помог вам определить цель использования индуктора в любых схемах в будущем. Существуют также другие приложения Inductor, которые мы не рассмотрели в этом руководстве, но мы рассмотрим их в другом руководстве, которое будет опубликовано в ближайшие дни.

Здесь вы можете найти учебные пособия по другим электронным компонентам на нашем веб-сайте. В будущем мы будем публиковать больше электронных руководств.Подпишитесь на нашу рассылку новостей и следите за нами через каналы социальных сетей, чтобы получать регулярные обновления с нашего веб-сайта. Если у вас есть какие-либо сомнения, которые нуждаются в разъяснении или дополнительном объяснении, оставьте свои вопросы в поле для комментариев ниже. Или, если вы считаете, что мы упустили что-то важное в этом уроке, дайте нам знать, мы добавим их.

Что такое индуктор? | Койлкрафт

Индукторы, катушки и дроссели

Катушка индуктивности – это пассивный электрический компонент, который противодействует резким изменениям тока.Индукторы также известны как катушки или дроссели. Электрический символ индуктора – L.

Для чего используется индуктор?

Катушки индуктивности замедляют скачки или скачки тока, временно сохраняя энергию в электромагнитном поле, а затем возвращая ее в цепь.

Индуктор с воздушным или керамическим сердечником Индуктор с ферритовым или железным сердечником

Как катушки индуктивности прикреплены к печатным платам?

Дроссели для поверхностного монтажа (SM) помещаются на верхнюю часть печатной платы (PCB) на контактные площадки с паяльной пастой, а затем паяются оплавлением.Индукторы со сквозными отверстиями (TH) устанавливаются наверху печатной платы с выводами, проходящими через отверстия в плате, а затем припаяны волной на задней стороне.

В каких приложениях используются индукторы?

Катушки индуктивности в основном используются в электрических и электронных устройствах для следующих основных целей:

Подавление, блокировка, ослабление или фильтрация / сглаживание высокочастотного шума в электрических цепях
Хранение и передача энергии в преобразователях мощности (dc-dc или ac-dc)
Создание настроенных генераторов или LC (индуктор / конденсатор) “резервуарных” схем
Согласование импеданса

Что такое дроссель?

Катушка индуктивности, размещенная последовательно (в линию) с проводником, например, проводом или дорожкой печатной платы, блокирует или препятствует изменениям тока и действует как фильтр нижних частот.Поскольку катушки индуктивности ограничивают или блокируют изменения тока, их также называют «дросселями». Например, широкополосный (широкополосный) дроссель смещения в соответствии со смещением постоянного тока усилителя блокирует широкий диапазон высоких частот, позволяя при этом пропускать постоянный ток. Таким образом, дроссель смещения изолирует смещение постоянного тока от радиочастотного сигнала к усилителю.

Федеральная комиссия по связи (FCC) разработала стандарты и сертифицирует электронные устройства, продаваемые или производимые в США, на соответствие требованиям к электромагнитным помехам (EMI).Всемирные организации по стандартизации электромагнитной совместимости (EMC) включают CISPR, IEC, ISO и EN. Нормы FCC являются обязательными и применяются к таким устройствам, как компьютеры, импульсные источники питания, телевизионные приемники, передатчики, а также промышленные, научные и медицинские (ISM) устройства, излучающие радиочастотное излучение. Катушки индуктивности используются в электрических цепях для уменьшения электромагнитных помех за счет ослабления высокочастотного шума, чтобы соответствовать требованиям к электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.

Время нарастания тока с индуктором 1 мкГн при 10 В постоянного тока
и 10 Ом нагрузка менее 10 мкс Время нарастания тока с индуктором 10 мкГн на 10 В постоянного тока
и 10 Ом нагрузка больше 40 мкс Рисунок 1

Как я могу улучшить эффективность фильтрации в цепи?

Обычно высокие значения индуктивности необходимы для фильтрации низкочастотного шума, и наоборот: более низкие значения индуктивности используются для фильтрации высокочастотного шума.Высокие значения индуктивности эффективно замедляют время нарастания тока переходных процессов, таких как замыкание переключателя. Графики на рис. 1 демонстрируют, как индуктор 10 мкГн «сглаживает» время нарастания больше, чем индуктор 1 мкГн.

Катушки индуктивности также можно комбинировать с конденсаторами для создания еще более эффективных LC-фильтров. Существует несколько возможных вариантов настройки LC-фильтра, каждая из которых предполагает компромисс между равномерностью затухания и частотным поведением и резкостью спада фильтра.

В этом эталонном проектном документе Coilcraft представлены эталонные конструкции фильтров Баттерворта 3-го порядка и эллиптических ЖК-фильтров 7-го порядка, в которых используются стандартные индукторы для достижения частот среза в диапазоне от 0,3 до 3000 МГц.

Хотя использование высоких значений индуктивности или создание LC-фильтров улучшает фильтрацию, для этого требуется больше места на плате. Поскольку для фильтрации более высоких частот можно использовать более низкие значения индуктивности, переключение на работу на более высокой частоте может позволить использовать катушки индуктивности меньшего размера.

Как индукторы используются в преобразователях мощности?

В импульсных источниках питания индукторы используются для хранения энергии и передачи энергии выходной нагрузке или конденсатору. Индукторы в преобразователях мощности служат для фильтрации «пульсаций» тока на выходе. Высокие значения индуктивности приводят к более низкому току пульсаций, что повышает эффективность и снижает электромагнитные помехи. См. Рисунок 2.

Как индукторы используются в настроенных схемах?

Настроенные схемы используются для передачи или приема сигналов радио- или СВЧ-диапазона.Индукторы можно комбинировать с конденсаторами для создания настроенных LC-контуров, таких как генераторы.

Преобразователь DC-DC с низким пульсирующим током с индуктором 7,5 мкГн Преобразователь постоянного тока в постоянный с низким уровнем пульсаций с индуктором 75 мкГн Рисунок 2

Как Q-фактор влияет на полосу пропускания LC-цепей?

Q-фактор (Q) – это мера диссипативной характеристики катушки индуктивности. Индукторы с высокой добротностью имеют низкое рассеивание и используются для создания тонко настроенных узкополосных схем. Катушки индуктивности с низкой добротностью имеют более высокое рассеивание, что приводит к широкополосным характеристикам.

Что такое собственная резонансная частота индуктора?

Настоящие катушки индуктивности имеют межвитковую емкость обмотки, которая действует как элемент параллельной цепи. Саморезонансная частота (SRF) катушки индуктивности – это частота, при которой индуктивное реактивное сопротивление равно по величине емкостному реактивному сопротивлению обмоток. В SRF индуктивный и емкостной фазовые углы компенсируются, а полное сопротивление фактически является чисто резистивным. Величина импеданса увеличивается с частотой до собственной резонансной частоты (SRF), где полное сопротивление катушки индуктивности достигает максимального значения.На частотах выше SRF сопротивление уменьшается с увеличением частоты.

Импеданс (Z) – это характеристика электрических компонентов, которая включает комбинацию вектора сопротивления и фазы. Сопротивление имеет свойство рассеивания: энергия используется, а не восстанавливается. Фаза – это задержка между приложенным напряжением на компоненте и током, протекающим через него, чаще всего выражается как угол в градусах (°) или радианах. Как сопротивление переменного тока, так и фаза катушек индуктивности меняются в зависимости от частоты.

Как используются индукторы для согласования импеданса?

Согласование импеданса обычно включает в себя согласование импеданса источника питания с импедансом электрической нагрузки. Максимальная мощность передается от источника к нагрузке, когда полное сопротивление нагрузки согласовано с сопротивлением источника, что повышает эффективность схемы. Если нагрузка является емкостной по сравнению с источником, можно использовать катушки индуктивности для противодействия емкости нагрузки и, таким образом, согласования ее полного сопротивления.

Какие типы индукторов производит компания Coilcraft?

Coilcraft разрабатывает и производит стандартные индукторы различных размеров и конструкций для удовлетворения разнообразных требований к фильтрации, настройке и согласованию импеданса.

Катушка индуктивности для чего нужна: Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна? | ASUTPP

Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна? | ASUTPP

Как работает катушка индуктивности?

Для чего вы можете использовать их?

Зачем нужна катушка индуктивности в цепи

Разновидности катушек индуктивности

Где применяются катушки индуктивности

Разновидности катушек индуктивности

Где применяются катушки индуктивности

Определение устройства

Назначение и принцип действия

Виды и типы

Низкочастотные

Высокочастотные

Основные технические параметры

Маркировка

Для чего нужна катушка индуктивности

Разновидности катушек индуктивности

Где применяются катушки индуктивности

для чего она нужна и как работает, параметры

Определение устройства

Назначение и принцип действия

Виды и типы

Низкочастотные

Высокочастотные

Основные технические параметры

Маркировка

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Определение и принцип работы

Индуктор на схеме

Префиксы индуктивности

Обратная ЭДС генерируемая индуктором

Постоянная времени индуктора

Ток и напряжение в индукторе

Мощность в индукторе

Энергия в индукторе

Обзор пассивных компонентов

Катушка индуктивности: история, конструкция, параметры

История создания катушки индуктивности

Конструкция катушки индуктивности

Зачем нужны бифилярные катушки индуктивности

Параметры катушек индуктивности

Катушки индуктивности теория: разновидности, применение

Катушка индуктивности, дроссель — электронный компонент. Предназначение, зачем нужен, где используется.

5 факторов, которые следует учитывать при выборе индуктора

Международный союз компонентов

– Индукторы – для чего они нужны?

против конденсатора – Электротехника

Что такое индуктор? – Простое и легкое руководство по индуктору

Индуктор в цепи

Что происходит при отключении индуктора?

Как работают индукторы

Для чего можно использовать индукторы?

Руководство по выбору индукторов для импульсных регуляторов

Рекомендации по понижающему преобразователю

Выбор индуктора

Номинальный ток индуктора

Потери в сердечнике и температура

Окончательный отбор

Взвешивание плюсов и минусов

: работа и использование в практических схемах

ЧТО ТАКОЕ ИНДУКТОР

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКТОРА:

КАК РАБОТАЕТ ИНДУКТОР

ИНДУКТОРЫ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА:

V-I ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКТОРА:

ИНДУКТОР В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

ИНДУКТИВНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ:

ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКТОРА

ОСЦИЛЛЯТОРЫ / НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ:

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПУСКОВОГО ТОКА:

ФИЛЬТРЫ:

ФИЛЬТР НИЗКОГО ПРОХОДА:

ФИЛЬТР ВЫСОКОГО ПРОХОДА:

ПОЛОСНЫЙ ПРОХОДНОЙ ФИЛЬТР:

УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ:

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИНДУКТОРОВ:

Что такое индуктор? | Койлкрафт