Расчет катушки индуктивности с тороидальным сердечником: Расчёт индуктивности. Часть 3

Содержание

Сердечники катушек индуктивности — выбор материала и формы

Автор: Mark A. Swihart, Менеджер отдела прикладной техники Magnetics Inc, отделение Spang&Co. Питтсбург, Пенсильвания, США.

Резюме: Внимательное рассмотрение характеристик силовых катушек индуктивности часто является ключевым фактором успешного конструирования компактных и экономичных преобразователей с высоким к.п.д. Во многих вариантах применения катушек индуктивности порошковые сердечники обладают явными преимуществами в сравнении с сердечниками, изготовленными из других материалов – таких, как ферриты или стальные ламинаты. В распоряжении разработчика имеется множество вариантов выбора материала и формы порошкового сердечника, каждый из которых является выбором компромисса по таким характеристикам, как величина потерь, стоимость, габариты и простота намотки. Кроме того, при изменении критериев конструирования изменяется комбинация преимуществ и недостатков каждого из материалов для порошкового сердечника.

Понимание этих преимуществ и недостатков необходимо для осуществления правильного выбора.

Катушка индуктивности является устройством, фильтрующим ток. Создавая препятствия прохождению тока, фильтрующая катушка индуктивности фактически накапливает электрическую энергию по мере того, как переменный ток нарастает в каждом цикле, и высвобождает данную энергию, когда ток спадает до минимума. В силовых катушках индуктивности требуется наличие воздушного зазора внутри конструкции сердечника. Назначение воздушного зазора состоит в накапливании энергии и в предотвращении насыщения сердечника при нахождении его под нагрузкой. В иной формулировке, назначение воздушного зазора состоит в том, чтобы уменьшать и регулировать эффективную магнитную проницаемость магнитной конструкции. Поскольку μ = B/H, то уменьшение μ означает увеличение H (то есть, рост электрического тока), который поддерживается при уровне B, меньшем максимально допустимого значения магнитной индукции (B

sat), являющегося внутренней (природной) характеристикой заданного магнитного материала.

Существует общее ограничение, связанное с узкими пределами изменений индукции насыщения Bsat. Физика мягких магнитных материалов такова, что значение B

sat материалов, доступных на современном рынке, составляет примерно от 0,3T до 1,8T. В наиболее экзотичном имеющемся материале, каковым является сплав кобальта – железа – ванадия (супермендюр), это значение достигает 2,2T. Более высокие значения не существуют.

Воздушный зазор в силовых катушках индуктивности может быть распределенным или дискретным. Распределенные зазоры создаются в порошковых сердечниках. На микроскопическом уровне, гранулы порошка магнитного сплава отделяются одна от другой посредством изоляции связующим веществом или посредством высокотемпературной изоляции покрытия каждой гранулы. (Это не относится к уровню магнитных доменов; домены имеют размеры намного меньше размеров гранул порошкового сердечника). Распределение зазора по всей конструкции порошкового сердечника служит двум основным целям: (1) устраняются недостатки конструкции с дискретным зазором, каковыми являются резкое насыщение, краевые потери и электромагнитные помехи (EMI), и (2) регулируются потери от вихревых токов до такой степени, при которой сплавы с повышенным значением B

sat могут быть использованы на относительно высоких частотах, несмотря на относительно низкое значение объемного удельного сопротивления в сплаве.

Дискретные зазоры используются главным образом в ферритовых сердечниках. Основным функциональным преимуществом феррита являются низкие потери по переменному току в сердечниках при работе на высокой частоте, что объясняется более высоким удельным сопротивлением в керамическом материале по сравнению с металлическими сплавами. Ферриты находятся на нижнем конце существующей области значений B

sat, и они существенно смещаются в сторону дальнейшего понижения B_sat при повышении температуры. Конструкция с дискретным зазором приводит к созданию катушки индуктивности, в которой достигается точка резкого насыщения и при этом требуется большая габаритная высота в конструкции. Дискретные зазоры приводят также к получению катушек индуктивности, которые уязвимы к потерям от вихревых токов в обмотке вследствие краевого эффекта и имеют тенденцию к генерации электромагнитных помех (EMI). Дискретные зазоры используются также в аморфных и нанокристаллических ленточных сердечниках с ориентацией потока вдоль волокна, имеющих улучшенные показатели потерь по переменному току в сравнении с порошковыми сердечниками, но зачастую более дорогостоящих.

Разработчик катушки индуктивности должен выполнять требования по накапливанию энергии (величине индуктивности) и одновременно учитывать требования к суммарным потерям, рабочему объему, стоимости, электромагнитным помехам, температурным характеристикам, надежности и устойчивости к отк

Программа для расчёта катушек индуктивности — Софт — Радиоэлектронику в помощь — Файлы

Довольно часто перед радиолюбителем встает вопрос: «Как расчитать индуктивность катушки?». Катушки используются и в высокочастотной связной аппаратуре, и при конструировании акустических систем, и даже взглянув на материнскую плату компьютера, Вы и там обнаружите индуктивные элементы. С помощью программы Coil32 можно быстро расчитать индуктивность катушки. В программе учитываются наиболее распространенные варианты каркасов катушек. Можно расчитать бескаркасную катушку в виде одиночного витка, на каркасах различной формы, на ферритовых кольцах и в броневых сердечниках, а также плоскую печатную катушку с круглой и квадратной формой витков.

Для расчитанной катушки можно «не отходя от кассы» расчитать емкость конденсатора в колебательном контуре.
В чем преимущества программы перед аналогами?

Программа имеет небольшой размер. Хотя это не очень важно при современном развитии компьютерных технологий, однако если у Вас трафик помегабайтный, то при скачивании программы, размер имеет значение.
Программа расчитывает индуктивность многих типов катушек. Можно подобрать оптимальный вариант, либо использовать имеющийся каркас.
Результаты всех расчетов выводятся в текстовое поле, откуда их можно сохранить в файл. В дальнейшем Вы можете их просмотреть, чтобы не пересчитывать заново. Можно открыть этот файл в «блокноте» и распечатать.

Для катушек в броневых сердечниках есть возможность выбрать один из нескольких стандартных, что позволяет рассчитать катушку несколькими щелчками мыши.
Для плоских катушек на печатной плате программа подскажет оптимальные размеры для достижения наивысшей добротности.
В Сети часто встречаются программы для расчета индуктивности, работающие под DOS, о преимуществах Windows-интерфейса, думаю, говорить не приходится.

Для установки программы распакуйте файл Coil32.zip в любой каталог и запустите на выполнение файл Coil32.exe. При постоянной работе с программй, желательно создать для нее специальную папку и вынести ярлык Coil32.exe на рабочий стол.

Тип файла: 4.1
Версия операционной системы: Windows 95, Windows 98/Me, Windows NT/2000, Windows XP, Windows 2003, Windows 7, Windows Vista

Язык интерфейса:

Тип лицензии: Бесплатно

Скриншот:

Катушка индуктивности — Inductor — qaz.wiki

Для индукторов, магнитные свойства которых, а не электрические свойства имеют значение, см. Электромагнит .

Пассивный двухконтактный электрический компонент, накапливающий энергию в своем магнитном поле.

Катушка индуктивности , также называется катушка , дроссель , или реактор , представляет собой пассивный двухполюсника электрический компонент , который хранит энергию в магнитном поле , когда электрический ток протекает через него.

Индуктор обычно состоит из изолированного провода, намотанного на катушку .

Когда ток, протекающий через катушку, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электродвижущую силу ( ЭДС ) ( напряжение ) в проводнике, описываемую законом индукции Фарадея . Согласно закону Ленца , индуцированное напряжение имеет полярность (направление), которая противодействует изменению тока, который его создал. В результате катушки индуктивности препятствуют любым изменениям тока через них.

Индуктор характеризуется своей индуктивностью , которая представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока. В Международной системе единиц (СИ) единицей индуктивности является генри (H), названный в честь американского ученого 19 века Джозефа Генри . При измерении магнитных цепей он эквивалентен Веберу / Амперу . Индукторы имеют значения, которые обычно находятся в диапазоне от 1 мкГн (10 ^-6 Гн) до 20 Гн. Многие индукторы имеют магнитный сердечник из железа или феррита внутри катушки, который служит для увеличения магнитного поля и, следовательно, индуктивности. Наряду с конденсаторами и резисторами , индукторы являются одним из трех пассивных элементов линейной цепи , составляющих электронные схемы. Индукторы широко используются в электронном оборудовании переменного тока (AC), особенно в радиооборудовании . Они используются для блокировки переменного тока, позволяя проходить постоянному току; индукторы, предназначенные для этой цели, называются дросселями . Они также используются в электронных фильтрах для разделения сигналов разных частот и в сочетании с конденсаторами для создания настроенных цепей , используемых для настройки радио и ТВ-приемников.

Описание

Электрический ток, протекающий по проводнику, создает окружающее его магнитное поле. Магнитный поток связь генерируется заданным током , зависит от геометрической формы контура. Их соотношение определяет индуктивность . Таким образом ΦB{\ displaystyle \ Phi _ {\ mathbf {B}}}я{\ displaystyle I}L{\ displaystyle L}

Lзнак равноΦBя{\ displaystyle L: = {\ frac {\ Phi _ {\ mathbf {B}}} {I}}}.

Индуктивность цепи зависит от геометрии пути тока, а также от магнитной проницаемости близлежащих материалов. Индуктор — это компонент, состоящий из проволоки или другого проводника, имеющего форму для увеличения магнитного потока через цепь, обычно в форме катушки или спирали . Намотка проволоки в катушку увеличивает число времен магнитного потока линия соединяет цепь, увеличивая поле и , следовательно, индуктивность. Чем больше витков, тем выше индуктивность. Индуктивность также зависит от формы катушки, расстояния между витками и многих других факторов. При добавлении «магнитного сердечника», сделанного из ферромагнитного материала, такого как железо, внутрь катушки, намагничивающее поле катушки будет вызывать намагничивание материала, увеличивая магнитный поток. Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз по сравнению с тем, что было бы без него.

Материальное уравнение

Любое изменение тока через катушку индуктивности создает изменяющийся магнитный поток, вызывая на ней напряжение. По закону индукции Фарадея напряжение, вызванное любым изменением магнитного потока в цепи, определяется выражением

Eзнак равно-dΦBdт{\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — {\ frac {d \ Phi _ {\ mathbf {B}}} {dt}}}.

Переформулируя приведенное выше определение , получаем L{\ displaystyle L}

ΦBзнак равноLя{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathbf {B}} = LI}.

Следует, что

Eзнак равно-dΦBdтзнак равно-ddт(Lя)знак равно-Ldяdт{\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — {\ frac {d \ Phi _ {\ mathbf {B}}} {dt}} = — {\ frac {d} {dt}} (LI) = — L {\ frac {dI} {dt}}}.

не зависимо от времени. L{\ displaystyle L}

Таким образом, индуктивность также является мерой величины электродвижущей силы (напряжения), генерируемой при заданной скорости изменения тока. Например, катушка индуктивности с индуктивностью 1 генри создает ЭДС 1 вольт, когда ток через катушку индуктивности изменяется со скоростью 1 ампер в секунду. Обычно это считается определяющим соотношением (определяющим уравнением) индуктора.

Двойной индуктор является конденсатором , который хранит энергию в электрическом поле , а не магнитное поле. Его соотношение между током и напряжением получается путем замены тока и напряжения в индукторе уравнений и заменяя L с емкостью C .

Эквивалентность схемы при краткосрочном и долгосрочном ограничении

В цепи катушка индуктивности может вести себя по-разному в разный момент времени. Однако обычно легко думать о краткосрочном и долгосрочном ограничениях:

В долговременном пределе, после того как магнитный поток через индуктор стабилизируется, между двумя сторонами индуктора не будет индуцироваться напряжение; Следовательно, длительный эквивалент индуктора — это провод (то есть короткое замыкание или батарея 0 В).
В кратковременном ограничении, если индуктор запускается с определенным током I, поскольку ток через индуктор известен в этот момент, мы можем заменить его идеальным источником тока с током I. В частности, если I = 0 (нет ток проходит через катушку индуктивности в начальный момент), кратковременным эквивалентом индуктора является разомкнутая цепь (т. е. источник тока 0 А).

Закон Ленца

Полярность (направление) индуцированного напряжения задается законом Ленца , который гласит, что индуцированное напряжение будет таким, чтобы препятствовать изменению тока. Например, если ток через катушку индуктивности увеличивается, индуцированное напряжение будет положительным в точке входа тока и отрицательным в точке выхода, стремясь противодействовать дополнительному току. Энергия от внешней цепи, необходимая для преодоления этого потенциального «холма», сохраняется в магнитном поле индуктора. Если ток уменьшается, индуцированное напряжение будет отрицательным в точке входа тока и положительным в точке выхода, стремясь поддерживать ток. В этом случае энергия магнитного поля возвращается в контур.

Энергия, хранящаяся в индукторе

Одно интуитивное объяснение того, почему возникает разность потенциалов при изменении тока в катушке индуктивности, выглядит следующим образом:

Когда происходит изменение тока через индуктор, меняется сила магнитного поля. Например, если ток увеличивается, магнитное поле увеличивается. Однако за это приходится платить. Магнитное поле содержит потенциальную энергию , и для увеличения напряженности поля требуется, чтобы в поле сохранялось больше энергии. Эта энергия поступает от электрического тока через индуктор. Увеличение магнитной потенциальной энергии поля обеспечивается соответствующим падением электрической потенциальной энергии зарядов, протекающих по обмоткам. Это проявляется как падение напряжения на обмотках до тех пор, пока увеличивается ток. Как только ток больше не увеличивается и остается постоянным, энергия в магнитном поле становится постоянной и не требуется дополнительной энергии, поэтому падение напряжения на обмотках исчезает.

Точно так же, если ток через индуктор уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается, а энергия в магнитном поле уменьшается. Эта энергия возвращается в схему в виде увеличения электрической потенциальной энергии движущихся зарядов, вызывая повышение напряжения на обмотках.

Вывод

Работа делается за единицу заряда на заряды , проходящих индуктора . Отрицательный знак указывает на то, что работа делается против ЭДС, и не делается по ЭДС. Ток — это заряд в единицу времени, проходящий через индуктор. Следовательно, скорость работы зарядов против ЭДС, то есть скорость изменения энергии тока, определяется выражением -E{\ displaystyle — {\ mathcal {E}}}я{\ displaystyle I}W{\ displaystyle W}

dWdтзнак равно-Eя{\ displaystyle {\ frac {dW} {dt}} = — {\ mathcal {E}} I}

Из основного уравнения для индуктора, поэтому -Eзнак равноLdяdт{\ displaystyle — {\ mathcal {E}} = L {\ frac {dI} {dt}}}

dWdтзнак равноLdяdт⋅язнак равноLя⋅dяdт{\ displaystyle {\ frac {dW} {dt}} = L {\ frac {dI} {dt}} \ cdot I = LI \ cdot {\ frac {dI} {dt}}}

dWзнак равноLя⋅dя{\ displaystyle dW = LI \ cdot dI}

В индукторе с ферромагнитным сердечником, когда магнитное поле приближается к уровню насыщения сердечника, индуктивность начинает изменяться, она будет функцией тока . {2 } \ конец {выровнено}}}

Для катушек индуктивности с магнитными сердечниками приведенное выше уравнение справедливо только для линейных областей магнитного потока при токах ниже уровня насыщения индуктора, где индуктивность приблизительно постоянна. Если это не так, следует использовать интегральную форму с переменной. Ld{\ displaystyle L_ {d}}

Идеальные и настоящие индукторы

Основное уравнение описывает поведение идеальной катушки индуктивности с индуктивностью и без сопротивления , емкости или рассеяния энергии. На практике индукторы не следуют этой теоретической модели; Настоящие индукторы имеют измеримое сопротивление из-за сопротивления провода и потерь энергии в сердечнике, а также паразитную емкость из-за электрических потенциалов между витками провода. L{\ displaystyle L}

Емкостное реактивное сопротивление реальной катушки индуктивности увеличивается с частотой, и на определенной частоте катушка индуктивности ведет себя как резонансный контур . Выше этой резонансной частоты емкостное реактивное сопротивление является доминирующей частью импеданса катушки индуктивности. На более высоких частотах резистивные потери в обмотках увеличиваются из-за скин-эффекта и эффекта близости .

Индукторы с ферромагнитными сердечниками испытывают дополнительные потери энергии из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике, которые увеличиваются с увеличением частоты. При высоких токах индукторы магнитного сердечника также показывают внезапное отклонение от идеального поведения из-за нелинейности, вызванной магнитным насыщением сердечника.

Индукторы излучают электромагнитную энергию в окружающее пространство и могут поглощать электромагнитные излучения от других цепей, что приводит к потенциальным электромагнитным помехам .

Раннее твердотельное электрическое коммутационное и усилительное устройство, называемое насыщающимся реактором, использует насыщение сердечника как средство остановки индуктивной передачи тока через сердечник.

Q — фактор

Сопротивление обмотки отображается как сопротивление, включенное последовательно с индуктором; это называется DCR (сопротивление постоянному току). Это сопротивление рассеивает часть реактивной энергии. Фактор качества (или Q ) индуктора представляет собой отношение его к индуктивным сопротивлением его сопротивление на данной частоте, и является мерой ее эффективности. Чем выше добротность индуктора, тем ближе он к поведению идеального индуктора. Индукторы с высокой добротностью используются с конденсаторами для создания резонансных цепей в радиопередатчиках и приемниках. Чем выше добротность, тем уже полоса пропускания резонансного контура.

Добротность катушки индуктивности определяется как, где L — индуктивность, R — DCR, а произведение ωL — индуктивное реактивное сопротивление:

Qзнак равноωLр{\ displaystyle Q = {\ frac {\ omega L} {R}}}

Q увеличивается линейно с частотой, если L и R постоянны. Хотя они постоянны на низких частотах, параметры меняются с частотой. Например, скин-эффект, эффект близости и потери в сердечнике увеличивают R с частотой; обмотки емкости и изменения в проницаемости с частотой влияют L .

На низких частотах и в пределах, увеличивая число витков N улучшает Q , потому что L изменяется как N ² , в то время как R изменяется линейно с N . Аналогичным образом увеличение радиуса r индуктора улучшает (или увеличивает) Q, потому что L изменяется как r ^2, а R изменяется линейно с r . Катушки индуктивности с воздушным сердечником с таким высоким Q часто имеют большой диаметр и много витков. Оба этих примера предполагают, что диаметр проволоки остается неизменным, поэтому в обоих примерах используется пропорционально больше проволоки. Если общая масса проволоки остается постоянной, тогда не будет преимуществ в увеличении количества витков или радиуса витков, потому что проволока должна быть пропорционально тоньше.

Использование ферромагнитного сердечника с высокой магнитной проницаемостью может значительно увеличить индуктивность для того же количества меди, поэтому сердечник может также увеличить добротность. Однако сердечники также вносят потери, которые увеличиваются с частотой. Материал сердечника выбран для получения наилучших результатов для диапазона частот. Индукторы с высокой добротностью не должны допускать насыщения; один из способов — использовать индуктор с воздушным сердечником (физически большего размера). На VHF или более высоких частотах, вероятно, будет использоваться воздушный сердечник. Хорошо спроектированный индуктор с воздушным сердечником может иметь добротность в несколько сотен.

Приложения

Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации индуктор блокирует переменный ток, позволяя проходить постоянному току. Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации катушка индуктивности разъединяет постоянный ток, позволяя проходить переменному току.

Катушки индуктивности широко используются в аналоговых схемах и обработке сигналов. Область применения варьируется от использования больших катушек индуктивности в источниках питания, которые в сочетании с фильтрующими конденсаторами устраняют пульсации , кратные частоте сети (или частоте переключения для импульсных источников питания) на выходе постоянного тока, до небольшой индуктивности. из феррита или тора установлена вокруг кабеля для предотвращения радиопомех от передаваемых по проводу. Индукторы используются в качестве накопителя энергии во многих импульсных источниках питания для выработки постоянного тока. Катушка индуктивности подает энергию в схему для поддержания протекания тока в периоды выключения и позволяет создавать топографии, в которых выходное напряжение выше входного.

Колебательный контур , состоящий из катушки индуктивности , соединенной с конденсатором , действует как резонатор для колебательного тока. Настроенные схемы широко используются в радиочастотном оборудовании, таком как радиопередатчики и приемники, в качестве узкополосных фильтров для выбора одной частоты из составного сигнала и в электронных генераторах для генерации синусоидальных сигналов.

Два (или более) катушки индуктивности в непосредственной близости , которые в сочетании магнитного потока ( взаимной индуктивности ) образуют трансформатор , который является одним из основных компонентов каждой электрической полезности энергосистемы. Эффективность трансформатора может снизиться с увеличением частоты из-за вихревых токов в материале сердечника и скин-эффекта на обмотки. Размер ядра можно уменьшить на более высоких частотах. По этой причине в самолетах используется переменный ток с частотой 400 Гц, а не обычные 50 или 60 Гц, что позволяет значительно снизить вес за счет использования трансформаторов меньшего размера. Трансформаторы позволяют использовать импульсные источники питания, которые изолируют выход от входа.

Индукторы также используются в системах электропередачи, где они используются для ограничения коммутируемых токов и токов короткого замыкания . В этой области их чаще называют реакторами.

Индукторы имеют паразитные эффекты, которые заставляют их отклоняться от идеального поведения. Они создают и страдают от электромагнитных помех (EMI). Их физический размер не позволяет интегрировать их в полупроводниковые микросхемы. Таким образом, использование индукторов в современных электронных устройствах, особенно в компактных портативных устройствах, сокращается. Настоящие индукторы все чаще заменяются активными цепями, такими как гиратор, который может синтезировать индуктивность с помощью конденсаторов.

Конструкция индуктора

Индуктор с ферритовым сердечником и двумя обмотками по 20 мГн.

Большой трехфазный индуктор нагрузки с железным сердечником на 50 Мвар на подстанции

Катушка индуктивности обычно состоит из катушки из проводящего материала, обычно изолированной медной проволоки , обернутой вокруг сердечника либо из пластика (для создания индуктора с воздушным сердечником), либо из ферромагнитного (или ферримагнитного ) материала; последний называется индуктором с «железным сердечником». Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника увеличивает магнитное поле и ограничивает его плотностью к индуктору, тем самым увеличивая индуктивность. Низкочастотные индукторы сконструированы как трансформаторы, с сердечниками из электротехнической стали, ламинированными для предотвращения возникновения вихревых токов . «Мягкие» ферриты широко используются для сердечников с частотами выше звуковых частот , поскольку они не вызывают больших потерь энергии на высоких частотах, как обычные сплавы железа. Индукторы бывают разных форм. Некоторые индукторы имеют регулируемый сердечник, который позволяет изменять индуктив

Расчет индуктора с ферритовым сердечником (из алюминия)

Этот калькулятор оценивает полное сопротивление и эквивалентную последовательную индуктивность ферритовые индукторы с тороидальным сердечником на ВЧ.

СВН:

Калькулятор не выполняет много проверок ошибок, если ввести ерунду, он будет производить чушь. NaN означает не число, проверьте входные значения.

Используемая модель представляет собой простой параллельный резонансный контур для представления индуктивность витков, потери из-за потерь в сердечнике, как подразумевается сложным проницаемость и эквивалентная паразитная емкость. Калькулятор не моделирует эффекты размерного резонанса, которые возникают в некоторых ферритовых материалах (кроме в той мере, в какой это улавливается µ ‘, µ’ ‘).

Катушки индуктивности

обнаруживают собственный резонанс, влияние которого можно оценить, шунтируя расчетную серии R, Xl с эквивалентной емкостью, обычно в диапазоне от 2 до 10 пФ (в зависимости от физического расположения, расстояния между витками и т. д.).

Потери в проводнике игнорируются, как и для большинства Практические индукторы с ферритовым сердечником на RF, потери в сердечнике намного меньше потерь в меди.

Таблица 1: Описание полей ввода
Поле ввода	Значение
Частота	Частота для расчета Xl и R
Al	Индуктивность при постоянном токе 1 виток в нГн
интерфейс	Начальная проницаемость (т. е. при DC)
µ ‘	Реальная часть комплексной относительной проницаемости
µ ‘	Мнимая часть сложного родственника проницаемость
Обороты	Количество витков
CS	Расчетный эквивалент бездомных емкость

Для расчета импеданса дросселя 6 витков на сердечнике БН-43-202 на 3.65 МГц цитируется Al = 2500nH, мы во первых необходимо определить µ ‘и µ’ ‘на частоте 3,6 МГц по данным производителя, и пользовательский интерфейс.

Рис.1:

Рис. 1 из книги данных Fair-rite показывает комплексную проницаемость смеси № 43. ui = 800. На частоте 3,6 МГц µ ‘= 470 и µ’ ‘= 224.

Допустим, Cs было 2 пФ.

Вставив эти значения в калькулятор, вы должны получить Z = 637 + j1,25e + 3Ω и Leq = 55,1 мкГн (поэтому Q = Xl / R = 1,96).

Обратите внимание, что многие калькуляторы дают результат на основе µ _i, Начальная проницаемость на низких частотах, 800 для микса # 43, но график показывает что такой расчет действителен только примерно до 600 кГц для материала № 43.

Таблица 2
Частота (МГц)	31		43		52		61		67		73		F14
	µi = 1500		µi = 800		µi = 250		µi = 125		µi = 40		µi = 2500		µi = 220
	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘	µ ‘
1. 8	1167,2	702,1	609,8	149,3	272,3	4,0	120,3	0,3	40,6	0,1	1540,4	1315,4	219	2
3,6	657,7	677,9	470,2	224,0	278,7	7,8	120.6	0,6	40,3	0,1	839,9	1057,1	235	4
7,1	359,1	476,1	332,0	228,0	305,2	73,8	123,4	1,2	40,2	0,1	457,4	803,3	265	36
10.1	275,3	385,3	259,7	220,4	258,2	138,7	127,4	2,1	40,3	0,1	296,7	685,7	257	89
14,2	223,4	323,8	201,2	204,3	186,8	151,2	136. 8	6,2	40,5	0,1	157,9	562,0	222	111
18,1	187,9	284,9	159,9	189,3	150,8	138,8	150,8	20,1	40,8	0,1	86,2	458,8	189	117
21.2	165,2	262,4	135,3	179,4	132,2	126,8	153,7	41,5	40,9	0,1	49,4	396,2	172	121
24,9	144,6	241,0	113,7	168,7	118,0	116,8	140.7	64,9	41,2	0,1	25,0	336,2	157	124
28,5	129,2	224,5	97,5	158,4	107,2	109,4	124,5	76,6	41,4	0,1	8,8	289,8	146	126

В таблице 2 приведены интерполированные значения для µ ‘и µ’ ‘для некоторых общих микширует на точечных частотах в любительских ВЧ диапазонах.

Калькулятор может применяться для сердечников из порошкового железа, но иначе для феррита, комплексная проницаемость обычно не публикуется (введите ее как ноль, и R не может быть вычислено), а µ ‘имеет тенденцию быть менее чувствительным к частоте на ВЧ, чем большинство ферритовых смесей.

Опыт показывает, что измеренная добротность сердечников из порошкового железа на ВЧ не согласуется с формулами Micrometals, приведенными для потерь материалов №2 и №6. Калькуляторы которые зависят от этих формул, также неверны.

Версия	Дата	Описание
1.01	25.03.2015	Начальный.
1,02
1,03
1,04
1,05

Практические индукторы

Изучив этот раздел, вы сможете:
• Примените правило правого захвата (или скручивания) для соленоида.
• Опишите типовые применения индукторов
• Распознавайте условные обозначения индуктора.

Рис. 3.3.1 Правило захвата правой рукой (или сгибания).

Правило сгибания правой руки для соленоида.

Многие практические индукторы основаны на соленоиде. Из-за своей формы линии магнитного потока сосредоточены вдоль центральной линии катушки, и это создает магнитное поле с северным и южным полюсами.Чтобы определить, какой конец соленоида является северным полюсом, представьте, что вы держите соленоид правой рукой, как показано на рис. 3.3.1, с пальцами, согнутыми вокруг соленоида в направлении ОБЫЧНОГО ТОКОВОГО ПОТОКА, от положительного к отрицательному вокруг соленоида. , большой палец правой руки лежит вдоль стороны соленоида и будет указывать на северный полюс соленоида.

Рис. 3.3.2a. Индукторы с воздушным сердечником

Индукторы с воздушным сердечником

Простые индукторы с воздушным сердечником используются во многих цепях, работающих в диапазоне от 1 МГц до нескольких сотен МГц, включая УКВ FM-радиоприемники и ТВ-приемники.

Рис. 3.3.2b. Антенны AM радио

AM Радиоантенны

В радиоприемниках

AM используются внутренние антенны с несколькими индукторами, намотанными на ферритовый стержень. Они сочетаются с фиксированными и переменными конденсаторами, что позволяет настраивать радио на различные частоты станции.

Рис. 3.3.2c. Катушки индуктивности с цветовой кодировкой

Осевые выводные индукторы с цветовой кодировкой

Внешне очень похожи на резисторы, индуктивности с цветовой кодировкой имеют типичные значения от 0.От 1 мкГн до 1 мГн. Значение, указанное в цветных полосах, дано стандартным кодом полосы 4 EIA для промышленных катушек индуктивности и кодом полосы 5 военного стандарта для военных типов, на котором первая полоса всегда серебряная (обозначает военный компонент), а пятая полоса имеет расширенный диапазон допусков для обозначения типов с жестким допуском от +/- 1% до 4%

Рис. 3.3.2d. Индукторы с тороидальным сердечником

Индукторы с тороидальным сердечником

Тороидальные (кольцевые) сердечники очень эффективны для концентрации магнитного потока внутри катушки и часто используются для больших индукторов тока и трансформаторов, например, используемых в источниках питания.

Рис. 3.3.2e. Дроссели поверхностного монтажа

Чип-индукторы SMD

Накладные многослойные микросхемы индуктивности крошечные; часто всего 3 или 4 мм в поперечнике. Хотя этот физический размер ограничивает достижимые значения индуктивности, типичные значения от менее 1 нГн до нескольких сотен нГн полезны для многих радиочастотных и коммуникационных приложений. Показанный пример является частью схемы управления жестким диском.

Рис. 3.3.2f. Индукторы с воздушным сердечником на УВЧ

Катушки индуктивности УВЧ

Индукторы с воздушным сердечником для УВЧ-приложений могут состоять только из одного или двух витков провода.В некоторых случаях даже у прямолинейного проводника длиной в несколько миллиметров может быть достаточно индуктивности, чтобы образовать полезный индуктор или трансформатор. В этих ситуациях жизненно важно точное расположение индукторов относительно других компонентов или металлического кожуха, такого как экранирующие банки. Во время строительства отдельные индуктивности могли быть точно настроены путем небольшого изменения их положения или расстояния между витками.

Условные обозначения цепей индуктивности

Рис.3.3.3 Условные обозначения цепей индукторов (схем).

Вычислитель индуктора с плоской спиральной катушкой

Подробнее о плоском спиральном воздухе сердечник индуктивности
В той же категории в качестве плоских спиральных катушек у нас есть плоские спиральные катушки, плоские квадратные спиральные катушки, плоские прямоугольные спирали катушки, плоские гексагональные спиральные катушки и восьмиугольные спирали катушка.Планарные катушки в основном используются на высоких частотах. приложений и выполнен в виде дорожек на печатной плате.

Что такое индуктор с воздушным сердечником?
«Индуктор с воздушным сердечником» — это индуктор, который не зависит от ферромагнитного материала для достижения его указанная индуктивность. Некоторые индукторы намотаны без шпулька и просто воздух в качестве сердечника.Некоторые другие ранены на шпульке из бакелита, пластика, керамики и др.

Преимущества катушки с воздушным сердечником:
На ее индуктивность не влияет ток, который она несет.
Это контрастирует с ситуацией с катушками, использующими ферромагнитные сердечники, индуктивность которых достигает пика при умеренных напряженности поля перед падением к нулю как насыщение подходы.Иногда нелинейность намагниченности кривой можно терпеть; например в коммутационной мощности источников питания и в некоторых топологиях коммутации это преимущество.
В схемах, таких как переходные звуковые фильтры в Hi-Fi акустические системы необходимо избегать искажений; затем воздух катушка — хороший выбор. Большинство радиопередатчиков полагаются на воздушных змеевиках, чтобы предотвратить образование гармоник.
Воздушные змеевики также не имеют «потерь в стали». что проблема с ферромагнитными сердечниками. Как частота увеличивается, это преимущество становится все больше важный. Вы получаете лучшую добротность, большую эффективность, большая мощность и меньше искажений.
Наконец, воздушные змеевики могут быть разработаны для работы на частотах до 1 ГГц.Большинство ферромагнитных сердечников имеют тенденцию выше 100 МГц с потерями.

И «обратная сторона»:
Без ядра с высокой проницаемостью у вас должно быть больше и / или большее количество витков для достижения заданного значения индуктивности. Больше витков означает большие катушки, меньший резонанс dur к более высокой межобмоточной емкости и более высокой меди потеря. На более высоких частотах обычно не требуется высокая индуктивность, так что это не проблема.
Излучение и захват большего поля рассеяния:
С замкнутыми магнитными путями, используемыми в порошковых индукторах радиация гораздо менее серьезна. По мере увеличения диаметра к длине волны (лямбда = c / f), потери из-за электромагнитных радиация станет значительной. Вы можете уменьшить эту проблему, заключив катушку в экран, или установив его под прямым углом к другим катушкам, может быть связан с.
Возможно, вы используете змеевик с воздушным сердечником не потому, что вам нужен элемент схемы с определенной индуктивностью как таковой но поскольку ваша катушка используется как датчик приближения, рамочная антенна, индукционный нагреватель, катушка Тесла, электромагнит, головка магнитометра или отклоняющая балка и т. д. Затем внешний излучаемое поле может быть каким угодно.

Инфогалактика: ядро планетарного знания

Осевые свинцовые индукторы (100 мкГн)

Катушка , также называемая катушкой или реактором , представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает электрическую энергию в магнитном поле, когда через него течет электрический ток.^[1] Катушка индуктивности обычно состоит из электрического проводника, например провода, намотанного в катушку.

Когда ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует в проводнике напряжение, описываемое законом индукции Фарадея. Согласно закону Ленца, направление индуцированной электродвижущей силы ( э.м.д. ) противодействует изменению тока, который ее создал. В результате катушки индуктивности препятствуют любым изменениям тока через них.

Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, которая представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока. В Международной системе единиц (СИ) единицей индуктивности является генри (H). Индукторы имеют значения, которые обычно находятся в диапазоне от 1 мкГн (10 ⁻⁶ Гн) до 1 Гн. Многие индукторы имеют магнитный сердечник из железа или феррита внутри катушки, который служит для увеличения магнитного поля и, следовательно, индуктивности. Наряду с конденсаторами и резисторами, индукторы являются одним из трех пассивных элементов линейной цепи, составляющих электронные схемы.Индукторы широко используются в электронном оборудовании переменного тока (AC), особенно в радиооборудовании. Они используются для блокировки переменного тока, позволяя проходить постоянному току; индукторы, предназначенные для этой цели, называются дросселями. Они также используются в электронных фильтрах для разделения сигналов разных частот и в сочетании с конденсаторами для создания настроенных схем, используемых для настройки радио и ТВ-приемников.

Описание

Электрический ток, протекающий по проводнику, создает окружающее его магнитное поле.Любые изменения тока и, следовательно, магнитного потока через поперечное сечение индуктора создают в проводнике противодействующую электродвижущую силу. Индуктивность ( L ) характеризует это поведение индуктора и определяется в терминах этой противодействующей электродвижущей силы или создаваемого ею магнитного потока () и соответствующего электрического тока ( i ): ^[2] ^[3] ^[4] ^[5]

Индуктивность цепи зависит от геометрии пути тока, а также от магнитной проницаемости соседних материалов.Индуктор — это компонент, состоящий из провода или другого проводника, форма которого увеличивает магнитный поток через цепь, обычно в форме катушки или спирали. Намотка провода в катушку увеличивает количество раз, когда линии магнитного потока связывают цепь, увеличивая поле и, следовательно, индуктивность. Чем больше витков, тем выше индуктивность. Индуктивность также зависит от формы катушки, расстояния между витками и многих других факторов. При добавлении «магнитного сердечника», сделанного из ферромагнитного материала, такого как железо, внутрь катушки, намагничивающее поле катушки будет вызывать намагничивание в материале, увеличивая магнитный поток.Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз по сравнению с тем, что было бы без него.

Материальное уравнение

Любое изменение тока через катушку индуктивности создает изменяющийся поток, вызывая напряжение на катушке индуктивности. По закону индукции Фарадея напряжение, вызванное любым изменением магнитного потока в цепи, равно ^[5]

Из (1) выше ^[5]

(2)

Таким образом, индуктивность также является мерой величины электродвижущей силы (напряжения), генерируемой при заданной скорости изменения тока.Например, катушка индуктивности с индуктивностью 1 генри создает ЭДС в 1 вольт, когда ток через индуктор изменяется со скоростью 1 ампер в секунду. Обычно это считается определяющим соотношением (определяющим уравнением) индуктора.

Двойной индуктор является конденсатор, который накапливает энергию в электрическом поле, а не в магнитном поле. Его отношение тока к напряжению получается путем обмена током и напряжением в уравнениях индуктора и замены L емкостью C.

Закон Ленца

Полярность (направление) индуцированного напряжения задается законом Ленца, который гласит, что оно будет таким, чтобы препятствовать изменению тока. Например, если ток через катушку индуктивности увеличивается, индуцированное напряжение будет положительным на клемме, через которую ток входит, и отрицательной на клемме, через которую он выходит, стремясь противодействовать дополнительному току. Энергия внешней цепи, необходимая для преодоления этого потенциального «холма», сохраняется в магнитном поле индуктора; индуктор называется «заряжающим» или «возбуждающим».Если ток уменьшается, индуцированное напряжение будет отрицательным на выводе, через который ток входит, и положительным на выводе, через который он выходит, стремясь поддерживать ток. Энергия магнитного поля возвращается в цепь; индуктор называется «разряжающим».

Катушки индуктивности идеальные и настоящие

В теории цепей индукторы идеализируются как точно подчиняющиеся математическому соотношению (2), приведенному выше. «Идеальный индуктор» имеет индуктивность, но не имеет сопротивления или емкости и не рассеивает и не излучает энергию.Однако у реальных индукторов есть побочные эффекты, которые заставляют их поведение отличаться от этой простой модели. У них есть сопротивление (из-за сопротивления провода и потерь энергии в материале сердечника) и паразитная емкость (из-за электрического поля между витками провода, которые имеют немного разные потенциалы). На высоких частотах емкость начинает влиять на поведение катушки индуктивности; на некоторой частоте настоящие катушки индуктивности ведут себя как резонансные цепи, становясь саморезонансными. Выше резонансной частоты емкостное реактивное сопротивление становится доминирующей частью импеданса.На более высоких частотах резистивные потери в обмотках увеличиваются из-за скин-эффекта и эффекта близости.
Катушки индуктивности
с ферромагнитными сердечниками имеют дополнительные потери энергии из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике, которые увеличиваются с увеличением частоты. При высоких токах индукторы с железным сердечником также постепенно отклоняются от идеального поведения из-за нелинейности, вызванной магнитным насыщением сердечника. Индуктор может излучать электромагнитную энергию в окружающее пространство и цепи и может поглощать электромагнитные излучения от других цепей, вызывая электромагнитные помехи (EMI).Для реальных приложений индуктивности эти паразитные параметры могут быть такими же важными, как и индуктивность.

Приложения
Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации индуктор блокирует переменный ток, позволяя проходить постоянному току. Пример фильтрации сигнала. В этой конфигурации катушка индуктивности разъединяет постоянный ток, позволяя проходить переменному току. Большой трехфазный индуктор нагрузки с железным сердечником мощностью 50 МВАр на австрийской подстанции Ферритовый дроссель, состоящий из ферритового цилиндра, удаляет электронные помехи из шнура питания компьютера.Катушки индуктивности
широко используются в аналоговых схемах и обработке сигналов. Применения варьируются от использования больших катушек индуктивности в источниках питания, которые в сочетании с фильтрующими конденсаторами удаляют остаточный шум, известный как сетевой гул или другие колебания от выхода постоянного тока, до небольшой индуктивности ферритового шарика или тора, установленного вокруг кабеля, чтобы предотвратить передачу радиочастотных помех по проводам. Индукторы используются в качестве накопителя энергии во многих импульсных источниках питания для выработки постоянного тока.Катушка индуктивности подает энергию в цепь, чтобы поддерживать ток во время периодов выключения.

Катушка индуктивности, подключенная к конденсатору, образует настроенный контур, который действует как резонатор для колебательного тока. Настроенные схемы широко используются в радиочастотном оборудовании, таком как радиопередатчики и приемники, в качестве узкополосных фильтров для выбора одной частоты из составного сигнала и в электронных генераторах для генерации синусоидальных сигналов.

Два (или более) расположенных рядом индуктора, у которых есть связанный магнитный поток (взаимная индуктивность), образуют трансформатор, который является основным компонентом каждой энергосистемы общего пользования.Эффективность трансформатора может снизиться с увеличением частоты из-за вихревых токов в материале сердечника и скин-эффекта на обмотки. Размер ядра можно уменьшить на более высоких частотах. По этой причине в самолетах используется переменный ток 400 Гц, а не обычные 50 или 60 Гц, что позволяет значительно сэкономить в весе за счет использования трансформаторов меньшего размера. ^[6]
Катушки индуктивности
также используются в системах электропередачи, где они используются для ограничения коммутируемых токов и токов короткого замыкания.В этой области их чаще называют реакторами.

Поскольку индукторы имеют сложные побочные эффекты (подробно описаны ниже), которые заставляют их отклоняться от идеального поведения, поскольку они могут излучать электромагнитные помехи (EMI), и, прежде всего, из-за их большого размера, который не позволяет интегрировать их в полупроводниковые микросхемы, использование катушек индуктивности в современных электронных устройствах, особенно в компактных портативных устройствах, уменьшается. Настоящие индукторы все чаще заменяются активными цепями, такими как гиратор, который может синтезировать индуктивность с помощью конденсаторов.

Конструкция индуктора

Катушка индуктивности обычно состоит из катушки из проводящего материала, обычно изолированного медного провода, намотанного вокруг сердечника из пластика или ферромагнитного (или ферримагнитного) материала; последний называется индуктором с «железным сердечником». Высокая магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника увеличивает магнитное поле и ограничивает его плотностью к индуктору, тем самым увеличивая индуктивность. Низкочастотные индукторы сконструированы как трансформаторы, с сердечниками из электротехнической стали, ламинированными для предотвращения возникновения вихревых токов.«Мягкие» ферриты широко используются для сердечников, превышающих звуковые частоты, поскольку они не вызывают больших потерь энергии на высоких частотах, как обычные сплавы железа. Индукторы бывают разных форм. Большинство из них построено в виде проволоки с эмалевым покрытием (магнитной проволоки), намотанной на ферритовую катушку с проволокой, открытой снаружи, в то время как некоторые полностью покрывают провод ферритом и называются «экранированными». Некоторые индукторы имеют регулируемый сердечник, который позволяет изменять индуктивность. Индукторы, используемые для блокировки очень высоких частот, иногда изготавливают путем нанизывания ферритовой бусины на провод.

Небольшие катушки индуктивности можно выгравировать прямо на печатной плате, расположив след в виде спирали. В некоторых таких плоских индукторах используется плоский сердечник.
Катушки индуктивности
могут также быть построены на интегральных схемах с использованием тех же процессов, которые используются для изготовления транзисторов. Обычно используются алюминиевые межсоединения, расположенные в виде спиральной катушки. Однако небольшие размеры ограничивают индуктивность, и гораздо более распространено использование схемы, называемой «гиратором», которая использует конденсатор и активные компоненты, которые ведут себя аналогично катушке индуктивности.

Типы индукторов

Индуктор с воздушным сердечником
Трансформатор резонансных колебаний от передатчика искрового разрядника. Сцепление можно регулировать путем перемещения верхней катушки на несущем стержне. Демонстрирует конструкцию с высокой добротностью с разнесенными витками труб большого диаметра.
Термин катушка с воздушным сердечником описывает индуктор, в котором не используется магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного материала. Этот термин относится к катушкам, намотанным на пластмассовые, керамические или другие немагнитные формы, а также к катушкам, внутри обмоток которых находится только воздух.Катушки с воздушным сердечником имеют более низкую индуктивность, чем катушки с ферромагнитным сердечником, но часто используются на высоких частотах, потому что они свободны от потерь энергии, называемых потерями в сердечнике, которые возникают в ферромагнитных сердечниках, которые увеличиваются с частотой. Побочный эффект, который может возникать в катушках с воздушным сердечником, в которых обмотка не имеет жесткой опоры на форму, — это «микрофония»: механическая вибрация обмоток может вызывать колебания индуктивности.

Радиочастотный индуктор
Коллекция РЧ-индукторов, демонстрирующая методы снижения потерь.Три вверху слева и ферритовая рамочная или стержневая антенна, ^[7] ^[8] ^[9] ^[10] внизу, имеют обмотки корзины.
На высоких частотах, особенно радиочастотах (RF), индукторы имеют более высокое сопротивление и другие потери. Помимо потери мощности, в резонансных цепях это может снизить добротность цепи и расширить полосу пропускания. В ВЧ-индукторах, которые в основном представляют собой типы с воздушным сердечником, используются специальные методы изготовления, чтобы минимизировать эти потери.Убытки из-за этих эффектов:

Скин-эффект : Из-за скин-эффекта сопротивление провода высокочастотному току выше, чем его сопротивление постоянному току. Радиочастотный переменный ток не проникает глубоко в тело проводника, а проходит по его поверхности. Например, на частоте 6 МГц глубина скин-слоя медного провода составляет около 0,001 дюйма (25 мкм), большая часть тока проходит в пределах этой длины поверхности. Следовательно, в сплошном проводе большая часть поперечного сечения провода не используется для проведения тока, который находится в узком кольцевом пространстве на поверхности.Этот эффект увеличивает сопротивление провода в катушке, который уже может иметь относительно высокое сопротивление из-за его длины и небольшого диаметра.

Эффект близости : Другой подобный эффект, который также увеличивает сопротивление провода на высоких частотах, — это эффект близости, который возникает в параллельных проводах, лежащих близко друг к другу. Индивидуальное магнитное поле соседних витков индуцирует вихревые токи в проводе катушки, что приводит к концентрации тока в проводнике в тонкой полосе на стороне рядом с соседним проводом.Подобно скин-эффекту, это уменьшает эффективную площадь поперечного сечения провода, проводящего ток, увеличивая его сопротивление.

Катушка резервуара High Q в коротковолновом передатчике
(слева) Катушка Spiderweb (справа) Регулируемая ферритовая радиочастотная катушка, настроенная на ферритовые пробки, с обмоткой из плетеного плетения и проволокой

Диэлектрические потери : Высокочастотное электрическое поле рядом с проводниками в катушке резервуара может вызывать движение полярных молекул в соседних изоляционных материалах, рассеивая энергию в виде тепла.Поэтому катушки, используемые для настроенных схем, часто не наматываются на формы катушек, а подвешиваются в воздухе, поддерживая узкими пластиковыми или керамическими полосками.

Паразитная емкость : Емкость между отдельными витками проводов катушки, называемая паразитной емкостью, не вызывает потерь энергии, но может изменить поведение катушки. Каждый виток катушки имеет немного другой потенциал, поэтому электрическое поле между соседними витками накапливает заряд на проводе, поэтому катушка действует так, как будто у нее есть конденсатор, параллельный ей.На достаточно высокой частоте эта емкость может резонировать с индуктивностью катушки, образуя настроенный контур, в результате чего катушка становится саморезонансной.

Чтобы уменьшить паразитную емкость и эффект близости, высокодобротные ВЧ-катушки сконструированы таким образом, чтобы не было большого количества витков, лежащих близко друг к другу, параллельно друг другу. Обмотки радиочастотных катушек часто ограничиваются одним слоем, а витки разнесены друг от друга. Чтобы уменьшить сопротивление из-за скин-эффекта, в мощных индукторах, таких как те, которые используются в передатчиках, обмотки иногда изготавливаются из металлической полосы или трубки, которая имеет большую площадь поверхности, и поверхность покрывается серебром.

Катушки с корзиночным переплетением : Для уменьшения эффекта близости и паразитной емкости многослойные РЧ-катушки намотаны в виде узоров, в которых последовательные витки не параллельны, а перекрещены под углом; их часто называют сотами или корзиночным переплетением катушек. Иногда их наматывают на вертикальные изолирующие опоры с помощью дюбелей или пазов, при этом проволока вплетается и выходит через пазы.

Катушки паутины : Другой конструктивный метод с аналогичными преимуществами — плоские спиральные катушки.Их часто наматывают на плоскую изолирующую опору с радиальными спицами или прорезями, при этом проволока вплетается и выходит через прорези; они называются витками паутины . Форма имеет нечетное количество прорезей, поэтому последовательные витки спирали лежат на противоположных сторонах формы, увеличивая разделение.

Литц-провод : Для уменьшения потерь на скин-эффект некоторые катушки намотаны специальным радиочастотным проводом, называемым литц-проводом. Вместо одного сплошного проводника литц-провод состоит из нескольких более мелких жил, по которым проходит ток.В отличие от обычного многожильного провода, жилы изолированы друг от друга, чтобы ток на поверхность не передавался через скин-эффект, и скручены или сплетены вместе. Схема скрутки гарантирует, что каждая жила проводов одинаково длинна на внешней стороне жгута проводов, поэтому скин-эффект распределяет ток равномерно между жилами, что приводит к большей площади поперечного сечения проводимости, чем у эквивалентного одиночного провода.

Индуктор с ферромагнитным сердечником
Различные типы индукторов и трансформаторов с ферритовым сердечником Катушки индуктивности
с ферромагнитным или железным сердечником используют магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного или ферримагнитного материала, такого как железо или феррит, для увеличения индуктивности.Магнитопровод может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз за счет увеличения магнитного поля из-за его более высокой магнитной проницаемости. Однако магнитные свойства материала сердечника вызывают несколько побочных эффектов, которые изменяют поведение индуктора и требуют специальной конструкции:

Потери в сердечнике: изменяющийся во времени ток в ферромагнитном индукторе, который вызывает изменяющееся во времени магнитное поле в его сердечнике, вызывает потери энергии в материале сердечника, которые рассеиваются в виде тепла за счет двух процессов:

Вихревые токи: Согласно закону индукции Фарадея, изменяющееся магнитное поле может индуцировать циркулирующие контуры электрического тока в проводящем металлическом сердечнике.Энергия этих токов рассеивается в виде тепла в сопротивлении материала сердечника. Количество потерянной энергии увеличивается с увеличением площади внутри контура тока.

Гистерезис: изменение или реверсирование магнитного поля в сердечнике также вызывает потери из-за движения крошечных магнитных доменов, из которых он состоит. Потери энергии пропорциональны площади петли гистерезиса на графике BH материала сердечника. Материалы с низкой коэрцитивной силой имеют узкие петли гистерезиса и, следовательно, низкие гистерезисные потери.

Для обоих этих процессов потери энергии за цикл переменного тока постоянны, поэтому потери в сердечнике линейно увеличиваются с частотой. Онлайн-калькулятор потерь в сердечнике ^[11] позволяет рассчитать потери энергии. Используя такие входные данные, как входное напряжение, выходное напряжение, выходной ток, частота, температура окружающей среды и индуктивность, эти калькуляторы могут прогнозировать потери в сердечнике катушек индуктивности и переменном / постоянном токе в зависимости от рабочего состояния используемой цепи.^[12]

Нелинейность: Если ток через катушку с ферромагнитным сердечником достаточно высок, чтобы магнитный сердечник насыщался, индуктивность не останется постоянной, а будет изменяться вместе с током, протекающим через устройство. Это называется нелинейностью и приводит к искажению сигнала. Например, аудиосигналы могут страдать от интермодуляционных искажений в насыщенных индукторах. Чтобы предотвратить это, в линейных цепях ток через индукторы с железным сердечником должен быть ограничен ниже уровня насыщения.Некоторые многослойные сердечники имеют для этой цели узкий воздушный зазор, а сердечники из порошкового железа имеют распределенный воздушный зазор. Это позволяет более высокий уровень магнитного потока и, следовательно, более высокие токи через индуктор до его насыщения. ^[13]

Индуктор с ламинированным сердечником

Низкочастотные индукторы часто изготавливаются с ламинированными сердечниками для предотвращения возникновения вихревых токов, их конструкция аналогична конструкции трансформаторов. Сердечник состоит из стопок тонких стальных листов или пластин, ориентированных параллельно полю, с изолирующим покрытием на поверхности.Изоляция предотвращает появление вихревых токов между листами, поэтому любые оставшиеся токи должны находиться в пределах площади поперечного сечения отдельных пластин, уменьшая площадь контура и, таким образом, значительно снижая потери энергии. Пластины изготовлены из кремнистой стали с низкой коэрцитивной силой для дальнейшего снижения гистерезисных потерь.

Индуктор с ферритовым сердечником

Для более высоких частот индукторы сделаны с сердечниками из феррита. Феррит — это керамический ферримагнитный материал, который не проводит ток, поэтому вихревые токи не могут течь внутри него.Феррит имеет форму xxFe ₂ O ₄, где xx представляет собой различные металлы. Для сердечников индукторов используются мягкие ферриты, которые имеют низкую коэрцитивную силу и, следовательно, низкие гистерезисные потери. Другой подобный материал — железный порошок, цементированный связующим.

Индуктор с тороидальным сердечником
Основная статья: Тороидальные индукторы и трансформаторы Тороидальный индуктор в блоке питания беспроводного роутера
В индукторе, намотанном на стержнеобразный стержень с прямым сердечником, силовые линии магнитного поля, выходящие из одного конца сердечника, должны проходить через воздух, чтобы снова войти в сердечник на другом конце.Это уменьшает поле, потому что большая часть пути магнитного поля проходит в воздухе, а не в материале сердечника с более высокой проницаемостью. Более высокое магнитное поле и индуктивность может быть достигнуто путем формирования сердечника в замкнутой магнитной цепи. Силовые линии магнитного поля образуют замкнутые петли внутри сердечника, не покидая его материала. Часто используется форма тороидального или кольцевого ферритового сердечника. Из-за своей симметрии тороидальные сердечники позволяют минимуму магнитного потока выходить за пределы сердечника (так называемый поток утечки ), поэтому они излучают меньше электромагнитных помех, чем другие формы.Катушки с тороидальным сердечником изготавливаются из различных материалов, в первую очередь из феррита, порошкового железа и ламинированных сердечников. ^[14]

Дроссель
Основная статья: Дроссель (электроника) Радиодроссель СЧ или ВЧ на десятые доли ампера и дроссель ОВЧ с ферритовым шариком на несколько ампер.
Дроссель разработан специально для блокировки высокочастотного переменного тока (AC) в электрической цепи, позволяя пропускать более низкую частоту или постоянный ток. Обычно он представляет собой катушку из изолированного провода, часто намотанного на магнитный сердечник, хотя некоторые из них состоят из бусинки из ферритового материала в форме пончика, нанизанной на провод.Подобно другим индукторам, дроссели сопротивляются изменениям тока, проходящего через них, и поэтому переменным токам более высокой частоты, которые быстро меняют направление, сопротивление больше, чем токам более низкой частоты; сопротивление дросселя увеличивается с частотой. Его низкое электрическое сопротивление позволяет проходить переменному и постоянному току с небольшими потерями мощности, но может ограничивать количество переменного тока, проходящего через него из-за его реактивного сопротивления.

Переменный индуктор

(слева) Катушка индуктивности с ферритовой вставкой с резьбой (видна вверху) , которую можно повернуть, чтобы переместить ее в катушку или из нее.Высота 4,2 см. (справа) Вариометр, используемый в радиоприемниках в 1920-е годы
«Роликовая катушка», регулируемый ВЧ-индуктор с воздушным сердечником, используемый в настроенных схемах радиопередатчиков. Один из контактов с катушкой представляет собой небольшое рифленое колесо, которое движется по проводу. Вращение вала вращает катушку, перемещая контактное колесо вверх или вниз по катушке, позволяя большему или меньшему количеству витков катушки войти в цепь, чтобы изменить индуктивность.
Вероятно, сегодня наиболее распространенным типом переменного индуктора является индуктор с подвижным ферритовым магнитным сердечником, который можно сдвигать, ввинчивать или вынимать из катушки.Дальнейшее продвижение сердечника внутрь катушки увеличивает проницаемость, увеличивая магнитное поле и индуктивность. Во многих индукторах, используемых в радиоприложениях (обычно менее 100 МГц), используются регулируемые сердечники, чтобы настроить такие индукторы на желаемое значение, поскольку производственные процессы имеют определенные допуски (неточности). Иногда такие сердечники для частот выше 100 МГц изготавливаются из немагнитного материала с высокой проводимостью, такого как алюминий. ^[15] Они уменьшают индуктивность, потому что магнитное поле должно их обходить.
Катушки индуктивности
с воздушным сердечником могут использовать скользящие контакты или несколько ответвлений для увеличения или уменьшения количества витков, включенных в цепь, для изменения индуктивности. Тип, который широко использовался в прошлом, но в основном устаревший сегодня, имеет пружинный контакт, который может скользить по оголенной поверхности обмоток. Недостатком этого типа является то, что контакт обычно замыкает один или несколько витков. Эти витки действуют как короткозамкнутая вторичная обмотка одновиткового трансформатора; индуцируемые в них большие токи вызывают потери мощности.

Типом бесступенчатого индуктора с воздушным сердечником является вариометр . Он состоит из двух катушек с одинаковым количеством витков, соединенных последовательно один внутри другого. Внутренняя катушка установлена на валу, поэтому ее ось может вращаться относительно внешней катушки. Когда оси двух катушек коллинеарны, а магнитные поля направлены в одном направлении, поля складываются, и индуктивность становится максимальной. Когда внутренняя катушка повернута так, что ее ось находится под углом к внешней, взаимная индуктивность между ними меньше, поэтому общая индуктивность меньше.Когда внутренняя катушка повернута на 180 °, так что катушки коллинеарны, а их магнитные поля противоположны, два поля компенсируют друг друга, и индуктивность очень мала. Преимущество этого типа в том, что он может плавно изменяться в широком диапазоне. Он используется в антенных тюнерах и согласующих схемах для согласования низкочастотных передатчиков с их антеннами.

Другой метод управления индуктивностью без каких-либо движущихся частей требует дополнительной обмотки смещения постоянного тока, которая контролирует проницаемость легко насыщаемого материала сердечника.См. Магнитный усилитель.

Теория схем

Действие катушки индуктивности в цепи состоит в том, чтобы противодействовать изменениям тока через нее, создавая на ней напряжение, пропорциональное скорости изменения тока. Идеальный индуктор не имел бы сопротивления постоянному постоянному току; однако только сверхпроводящие катушки индуктивности действительно имеют нулевое электрическое сопротивление.

Связь между изменяющимся во времени напряжением v ( t ) на катушке индуктивности с индуктивностью L и изменяющимся во времени током i ( t ), проходящим через него, описывается дифференциальным уравнением:

Когда через катушку индуктивности проходит переменный синусоидальный ток (AC), индуцируется синусоидальное напряжение.Амплитуда напряжения пропорциональна произведению амплитуды ( I _P) тока и частоты ( f ) тока.

В этой ситуации фаза тока отстает от фазы напряжения на π / 2 (90 °). Для синусоид, когда напряжение на катушке индуктивности достигает максимального значения, ток становится равным нулю, а когда напряжение на катушке индуктивности стремится к нулю, ток через нее достигает максимального значения.

Если индуктор подключен к источнику постоянного тока со значением I через сопротивление R , а затем происходит короткое замыкание источника тока, приведенное выше дифференциальное соотношение показывает, что ток через индуктор будет разряжаться с экспоненциальным затуханием. :

Реактивное сопротивление

Отношение пикового напряжения к пиковому току в катушке индуктивности, питаемой от синусоидального источника, называется реактивным сопротивлением и обозначается X _L.Нижний индекс позволяет отличить индуктивное реактивное сопротивление от емкостного реактивного сопротивления, обусловленного емкостью.

Таким образом,

Реактивное сопротивление измеряется в тех же единицах, что и сопротивление (Ом), но на самом деле это не сопротивление. Резистор будет рассеивать энергию в виде тепла при прохождении тока. Этого не происходит с индуктором; скорее, энергия накапливается в магнитном поле по мере нарастания тока и позже возвращается в цепь при падении тока.Индуктивное реактивное сопротивление сильно зависит от частоты. На низкой частоте реактивное сопротивление падает, а при установившемся токе (нулевая частота) индуктор ведет себя как короткое замыкание. С другой стороны, при увеличении частоты реактивное сопротивление увеличивается, и при достаточно высокой частоте индуктор приближается к разомкнутой цепи.

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

При использовании преобразования Лапласа в анализе схем полное сопротивление идеальной катушки индуктивности без начального тока представлено в области с как:

где

— индуктивность, а

— комплексная частота.

Если в катушке индуктивности есть начальный ток, он может быть представлен как:

добавление источника напряжения последовательно с индуктором, имеющее значение:

где

— индуктивность, а

— начальный ток в катушке индуктивности.

( Обратите внимание, что полярность источника должна соответствовать начальному току )

или путем добавления источника тока параллельно индуктору, имеющего значение:

где

— начальный ток в катушке индуктивности.

— комплексная частота.

Бесплатная энергия | поиск свободной энергии и обсуждение свободной энергии

Уведомление о конфиденциальности для «Бесплатная энергия | поиск бесплатной энергии и обсуждение бесплатной энергии»

В соответствии с законодательством Европейского Союза мы обязаны информировать пользователей, получающих доступ к сайту www.overunity.com изнутри ЕС о файлах cookie, которые использует этот сайт, и информации, которую они содержат, а также о предоставлении им средств для «согласия» — другими словами, разрешить сайту устанавливать файлы cookie.Файлы cookie — это небольшие файлы, которые хранятся в вашем браузере, и у всех браузеров есть опция, с помощью которой вы можете проверять содержимое этих файлов и при желании удалите их.
В следующей таблице подробно указано имя каждого файла cookie, его источник и то, что мы знаем об информации. этот файл cookie хранит:

Cookie

Происхождение

Стойкость

Информация и использование

ecl_auth www.overunity.com Истекает через 30 дней Этот файл cookie содержит текст «Закон ЕС о файлах cookie — файлы cookie LiPF разрешены». Без этого файла cookie программное обеспечение Форумов не может устанавливать другие файлы cookie.

SMFCookie648 www.overunity.com Истекает согласно выбранной пользователем продолжительности сеанса Если вы входите в систему как участник этого сайта, этот файл cookie будет содержать ваше имя пользователя, зашифрованный хэш ваш пароль и время входа в систему.Он используется программным обеспечением сайта для обеспечения того, чтобы такие функции, как указание Вам указываются новые сообщения форума и личные сообщения. Этот файл cookie необходим для правильной работы программного обеспечения сайта.

PHPSESSID www.overunity.com Только текущая сессия Этот файл cookie содержит уникальное значение идентификации сеанса. Он установлен как для участников, так и для не-члены (гости), и это важно для правильной работы программного обеспечения сайта.Этот файл cookie не является постоянным и должен автоматически удаляться при закрытии окна браузера.

pmx_upshr {ИМЯ} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie устанавливаются для записи ваших предпочтений отображения страницы портала сайта, если панель или отдельный блок свернут или развернут

pmx_pgidx_blk {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи номера страницы для страницы портала сайта, если страница для индивидуальный блок изменен.

pmx_cbtstat {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи состояния раскрытия / свертывания содержимого блока CBT Navigator.

pmx_poll {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie настроены на запись идентификатора текущего опроса в блоке с несколькими опросами.

pmx_ {fadername} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи состояния блока Opac-Fader.

pmx_LSBsub {ID} www.overunity.com

определение индуктора и синонимы индуктора (английский)

Индуктор (также дроссель , катушка или реактор ) представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает энергию в своем магнитном поле. .Для сравнения, конденсатор накапливает энергию в электрическом поле, а резистор не накапливает энергию, а скорее рассеивает энергию в виде тепла.

Любой проводник имеет индуктивность. Индуктор обычно изготавливается из проволоки или другого проводника, намотанного в катушку, для увеличения магнитного поля.

Когда ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется, создавая изменяющееся во времени магнитное поле внутри катушки, индуцируется напряжение в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, который, согласно закону Ленца, противодействует изменению тока, создавшего его.Индукторы — один из основных компонентов, используемых в электронике, где ток и напряжение изменяются со временем из-за способности катушек индуктивности задерживать и изменять форму переменного тока.

Обзор

Индуктивность ( L ) возникает из-за магнитного поля, формируемого вокруг проводника с током, которое имеет тенденцию сопротивляться изменениям тока. Электрический ток через проводник создает магнитный поток, пропорциональный току. Изменение этого тока создает соответствующее изменение магнитного потока, который, в свою очередь, по закону Фарадея создает электродвижущую силу (ЭДС), которая препятствует этому изменению тока.Индуктивность — это мера величины ЭДС, генерируемой на единицу изменения тока. Например, катушка индуктивности с индуктивностью 1 генри создает ЭДС в 1 вольт, когда ток через индуктор изменяется со скоростью 1 ампер в секунду. Количество петель, размер каждой петли и материал, из которого она намотана, влияют на индуктивность. Например, магнитный поток, связывающий эти витки, можно увеличить, намотав проводник на материал с высокой проницаемостью, такой как железо.

Катушки индуктивности идеальные и настоящие

«Идеальная катушка индуктивности» имеет индуктивность, но не имеет сопротивления или емкости и не рассеивает и не излучает энергию. Однако настоящие катушки индуктивности имеют сопротивление (из-за сопротивления провода и потерь в материале сердечника) и паразитную емкость (из-за электрического поля между витками провода, которые имеют немного разные потенциалы). На высоких частотах емкость начинает влиять на поведение катушки индуктивности; на некоторой частоте настоящие катушки индуктивности ведут себя как резонансные цепи, становясь саморезонансными.На частотах выше этой емкостное реактивное сопротивление становится доминирующей частью импеданса. Энергия рассеивается за счет сопротивления провода и любых потерь в магнитном сердечнике из-за гистерезиса. При высоких токах индукторы с железным сердечником также постепенно отклоняются от идеального поведения из-за нелинейности, вызванной магнитным насыщением. На более высоких частотах сопротивление и резистивные потери в индукторах растут из-за скин-эффекта в проводах обмотки индуктора. Потери в сердечнике также вносят вклад в потери в индукторе на более высоких частотах.Практические индукторы работают как антенны, излучая часть энергии, перерабатываемой в окружающее пространство и цепи, и принимая электромагнитные излучения от других цепей, участвуя в электромагнитных помехах. Цепи и материалы, расположенные рядом с индуктором, будут иметь связь в ближнем поле с магнитным полем индуктора, что может вызвать дополнительные потери энергии. В реальных приложениях индуктивности паразитные параметры могут считаться такими же важными, как и индуктивность.

Приложения

Катушка индуктивности с двумя обмотками по 47 мГн, которую можно найти в блоке питания.

Катушки индуктивности

широко используются в аналоговых схемах и обработке сигналов. Катушки индуктивности в сочетании с конденсаторами и другими компонентами образуют настроенные схемы, которые могут выделять или отфильтровывать определенные частоты сигнала. Применения варьируются от использования больших катушек индуктивности в источниках питания, которые в сочетании с фильтрующими конденсаторами удаляют остаточный шум, известный как сетевой гул или другие колебания от выхода постоянного тока, до небольшой индуктивности ферритового шарика или тора, установленного вокруг кабеля, чтобы предотвратить передачу радиочастотных помех по проводам.Меньшие комбинации индуктивности / конденсатора обеспечивают настраиваемые схемы, используемые, например, в радиоприеме и радиовещании.

Две (или более) катушки индуктивности со связанными магнитными потоками образуют трансформатор, который является основным компонентом каждой энергосистемы общего пользования. Эффективность трансформатора может снизиться с увеличением частоты из-за вихревых токов в материале сердечника и скин-эффекта на обмотки. Размер сердечника может быть уменьшен на более высоких частотах, и по этой причине в самолетах используется переменный ток 400 Гц вместо обычных 50 или 60 Гц, что позволяет значительно снизить вес за счет использования трансформаторов меньшего размера.^[1] Принцип связанных магнитных потоков между неподвижной и вращающейся катушкой индуктивности также используется для создания механического крутящего момента в асинхронных двигателях, которые широко используются в бытовой технике и промышленности. На энергоэффективность асинхронных двигателей большое влияние оказывает проводимость материала обмотки. Для получения дополнительной информации о проводимости материала обмотки см .: Медь в энергоэффективных двигателях # Электропроводность в обмотках двигателя.

Катушка индуктивности используется в качестве накопителя энергии в некоторых импульсных источниках питания.На индуктор подается питание на определенную долю частоты переключения регулятора и обесточивается на оставшуюся часть цикла. Этот коэффициент передачи энергии определяет отношение входного напряжения к выходному напряжению. Этот X _L используется в дополнение к активному полупроводниковому устройству для обеспечения очень точного контроля напряжения.

Катушки индуктивности

также используются в системах электропередачи, где они используются для снижения напряжения от ударов молнии и для ограничения коммутируемых токов и тока короткого замыкания.В этой области их чаще называют реакторами.

Катушки индуктивности большей мощности могут быть смоделированы с помощью гираторных цепей.

Конструкция индуктора

Индукторы. Масштаб в сантиметрах.

Катушка индуктивности обычно представляет собой катушку из проводящего материала, обычно из медной проволоки, намотанной на сердечник из воздуха или ферромагнетика или ферримагнетика. Материалы сердечника с более высокой проницаемостью, чем воздух, увеличивают магнитное поле и ограничивают его плотностью к индуктору, тем самым увеличивая индуктивность.Низкочастотные индукторы сконструированы как трансформаторы, с сердечниками из электротехнической стали, ламинированными для предотвращения возникновения вихревых токов. «Мягкие» ферриты широко используются для сердечников, превышающих звуковые частоты, поскольку они не вызывают больших потерь энергии на высоких частотах, как обычные сплавы железа. Индукторы бывают разных форм. Большинство из них построено в виде проволоки с эмалевым покрытием (магнитной проволоки), намотанной на ферритовую катушку с проволокой, открытой снаружи, в то время как некоторые полностью покрывают провод ферритом и называются «экранированными».Некоторые индукторы имеют регулируемый сердечник, который позволяет изменять индуктивность. Индукторы, используемые для блокировки очень высоких частот, иногда изготавливают путем нанизывания ферритового цилиндра или бусины на провод.

Небольшие катушки индуктивности можно выгравировать прямо на печатной плате, расположив след в виде спирали. В некоторых таких плоских индукторах используется плоский сердечник.

Катушки индуктивности

могут также быть построены на интегральных схемах с использованием тех же процессов, которые используются для изготовления транзисторов.Обычно используются алюминиевые межсоединения, расположенные в виде спиральной катушки. Однако небольшие размеры ограничивают индуктивность, и гораздо более распространено использование схемы, называемой «гиратором», которая использует конденсатор и активные компоненты, которые ведут себя аналогично катушке индуктивности.

Типы индукторов

Индуктор с воздушным сердечником

Термин катушка с воздушным сердечником описывает индуктор, в котором не используется магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного материала. Этот термин относится к катушкам, намотанным на пластмассовые, керамические или другие немагнитные формы, а также к катушкам, внутри обмоток которых находится только воздух.Катушки с воздушным сердечником имеют более низкую индуктивность, чем катушки с ферромагнитным сердечником, но часто используются на высоких частотах, потому что они свободны от потерь энергии, называемых потерями в сердечнике, которые возникают в ферромагнитных сердечниках, которые увеличиваются с частотой. Побочный эффект, который может возникать в катушках с воздушным сердечником, в которых обмотка не имеет жесткой опоры на форму, — это «микрофония»: механическая вибрация обмоток может вызывать колебания индуктивности.

Радиочастотный индуктор

На высоких частотах, особенно радиочастотах (RF), индукторы имеют более высокое сопротивление и другие потери.Помимо потери мощности, в резонансных цепях это может снизить добротность цепи и расширить полосу пропускания. В ВЧ-индукторах, которые в основном представляют собой типы с воздушным сердечником, используются специальные методы изготовления, чтобы минимизировать эти потери. Убытки из-за этих эффектов:

Скин-эффект : Из-за скин-эффекта сопротивление провода высокочастотному току выше, чем его сопротивление постоянному току. Радиочастотный переменный ток не проникает глубоко в тело проводника, а проходит по его поверхности.Следовательно, в сплошном проводе большая часть поперечного сечения провода не используется для проведения тока, который находится в узком кольцевом пространстве на поверхности. Этот эффект увеличивает сопротивление провода в катушке, который уже может иметь относительно высокое сопротивление из-за его длины и небольшого диаметра.
Эффект близости : Другой подобный эффект, который также увеличивает сопротивление провода на высоких частотах, — это эффект близости, который возникает в параллельных проводах, лежащих близко друг к другу.Индивидуальное магнитное поле соседних витков индуцирует вихревые токи в проводе катушки, что приводит к концентрации тока в проводнике в тонкой полосе на стороне рядом с соседним проводом. Подобно скин-эффекту, это уменьшает эффективную площадь поперечного сечения провода, проводящего ток, увеличивая его сопротивление.
Паразитная емкость : Емкость между отдельными витками проводов катушки, называемая паразитной емкостью, не вызывает потерь энергии, но может изменить поведение катушки.Каждый виток катушки имеет немного другой потенциал, поэтому электрическое поле между соседними витками накапливает заряд на проводе, поэтому катушка действует так, как будто у нее есть конденсатор, параллельный ей. На достаточно высокой частоте эта емкость может резонировать с индуктивностью катушки, образуя настроенный контур, в результате чего катушка становится саморезонансной.

Обмотанная паутиной катушка для радиоприемника crystal

Для уменьшения паразитной емкости и эффекта близости ВЧ-катушки сконструированы таким образом, чтобы не было большого количества витков, лежащих близко друг к другу, параллельно друг другу.Обмотки радиочастотных катушек часто ограничиваются одним слоем, а витки разнесены друг от друга. Чтобы уменьшить сопротивление из-за скин-эффекта, в мощных индукторах, таких как те, которые используются в передатчиках, обмотки иногда изготавливаются из металлической полосы или трубки, которая имеет большую площадь поверхности, и поверхность покрывается серебром.

Ячеистые катушки : Чтобы уменьшить эффект близости и паразитную емкость, многослойные РЧ-катушки намотаны по схеме, в которой последовательные витки не параллельны, а перекрещены под углом; их часто называют сотами или корзиночным переплетением катушек.
Катушки паутины : Другой конструктивный метод с аналогичными преимуществами — плоские спиральные катушки. Их часто наматывают на плоскую изолирующую опору с радиальными спицами или прорезями, при этом проволока вплетается и выходит через прорези; они называются витками паутины . Форма имеет нечетное количество прорезей, поэтому последовательные витки спирали лежат на противоположных сторонах формы, увеличивая разделение.
Литц-провод : Для уменьшения потерь на скин-эффект некоторые катушки намотаны специальным радиочастотным проводом, называемым литц-проводом.Вместо одного сплошного проводника литц-провод состоит из нескольких более мелких жил, по которым проходит ток. В отличие от обычного многожильного провода, жилы изолированы друг от друга, чтобы ток на поверхность не попадал под скин-эффект, и сплетены вместе. Рисунок оплетки гарантирует, что каждая прядь провода тратит одинаковое количество своей длины на внешней стороне оплетки, поэтому скин-эффект распределяет ток равномерно между прядями, что приводит к большей площади поперечного сечения, чем у эквивалентного одиночного провода.

Индуктор с ферромагнитным сердечником

Катушки индуктивности

с ферромагнитным или железным сердечником используют магнитный сердечник, сделанный из ферромагнитного или ферримагнитного материала, такого как железо или феррит, для увеличения индуктивности. Магнитопровод может увеличить индуктивность катушки в несколько тысяч раз за счет увеличения магнитного поля из-за его более высокой магнитной проницаемости. Однако магнитные свойства материала сердечника вызывают несколько побочных эффектов, которые изменяют поведение индуктора и требуют специальной конструкции:

Потери в сердечнике: изменяющийся во времени ток в ферромагнитном индукторе, который вызывает изменяющееся во времени магнитное поле в его сердечнике, вызывает потери энергии в материале сердечника, которые рассеиваются в виде тепла за счет двух процессов:
- Вихревые токи: Согласно закону индукции Фарадея, изменяющееся магнитное поле может индуцировать циркулирующие контуры электрического тока в проводящем металлическом сердечнике.Энергия этих токов рассеивается в виде тепла в сопротивлении материала сердечника. Количество потерянной энергии увеличивается с увеличением площади внутри контура тока.
- Гистерезис: изменение или реверсирование магнитного поля в сердечнике также вызывает потери из-за движения крошечных магнитных доменов, из которых он состоит. Потери энергии пропорциональны площади петли гистерезиса на графике BH материала сердечника. Материалы с низкой коэрцитивной силой имеют узкие петли гистерезиса и, следовательно, низкие гистерезисные потери.

Для обоих этих процессов потери энергии за цикл переменного тока постоянны, поэтому потери в сердечнике линейно увеличиваются с частотой. Онлайн-калькулятор потерь в сердечнике ^[2] позволяет рассчитать потери энергии. Используя такие входные данные, как входное напряжение, выходное напряжение, выходной ток, частота, температура окружающей среды и индуктивность, эти калькуляторы могут прогнозировать потери в сердечнике катушек индуктивности и переменном / постоянном токе в зависимости от рабочего состояния используемой цепи.^[3]

Нелинейность: Если ток через катушку с ферромагнитным сердечником достаточно высок, чтобы магнитный сердечник насыщался, индуктивность не останется постоянной, а будет изменяться вместе с током, протекающим через устройство. Это называется нелинейностью и приводит к искажению сигнала. Например, аудиосигналы могут страдать от интермодуляционных искажений в насыщенных индукторах. Чтобы предотвратить это, в линейных цепях ток через индукторы с железным сердечником должен быть ограничен ниже уровня насыщения.Использование порошкового железного сердечника с распределенным воздушным зазором обеспечивает более высокий уровень магнитного потока, что, в свою очередь, позволяет более высокий уровень постоянного тока через индуктор до его насыщения. ^[4]

Индуктор с ламинированным сердечником

Низкочастотные индукторы часто изготавливаются с ламинированными сердечниками для предотвращения возникновения вихревых токов, их конструкция аналогична конструкции трансформаторов. Сердечник состоит из стопок тонких стальных листов или пластин, ориентированных параллельно полю, с изолирующим покрытием на поверхности.Изоляция предотвращает возникновение вихревых токов между листами, поэтому любые оставшиеся токи должны находиться в пределах площади поперечного сечения отдельных пластин, уменьшая площадь контура и, следовательно, значительно уменьшая потери энергии. Пластины изготовлены из кремнистой стали с низкой коэрцитивной силой для уменьшения потерь на гистерезис.

Индуктор с ферритовым сердечником

Для более высоких частот индукторы сделаны с сердечниками из феррита. Феррит — это керамический ферримагнитный материал, который не проводит ток, поэтому вихревые токи не могут течь внутри него.Феррит имеет форму xxFe ₂ O ₄, где xx представляет собой различные металлы. Для сердечников индукторов используются мягкие ферриты, которые имеют низкую коэрцитивную силу и, следовательно, низкие гистерезисные потери. Другой подобный материал — железный порошок, цементированный связующим.

Индуктор с тороидальным сердечником

Основная статья: Тороидальные индукторы и трансформаторы

В катушке индуктивности, намотанной на сердечник в форме прямого стержня, силовые линии магнитного поля, выходящие из одного конца сердечника, должны проходить через воздух, чтобы повторно войти в сердечник на другом конце.Это уменьшает поле, потому что большая часть пути магнитного поля проходит в воздухе, а не в материале сердечника с более высокой проницаемостью. Более высокое магнитное поле и индуктивность может быть достигнуто путем формирования сердечника в замкнутой магнитной цепи. Силовые линии магнитного поля образуют замкнутые петли внутри сердечника, не покидая его материала. Часто используется форма тороидального или кольцевого ферритового сердечника. Из-за своей симметрии тороидальные сердечники позволяют минимуму магнитного потока выходить за пределы сердечника (так называемый поток утечки ), поэтому они излучают меньше электромагнитных помех, чем другие формы.Катушки с тороидальным сердечником изготавливаются из различных материалов, в основном из феррита, Kool Mu MPP, порошкового железа и ламинированных сердечников. ^[5]

Переменный индуктор

Переменный индуктор можно сконструировать, сделав один из выводов устройства скользящим пружинным контактом, который может перемещаться по поверхности катушки, увеличивая или уменьшая количество витков катушки, включенной в цепь. Альтернативный метод конструкции — использовать подвижный магнитный сердечник, который можно вставлять в катушку или вынимать из нее.Перемещение сердечника дальше в катушку увеличивает проницаемость, увеличивая индуктивность. Во многих индукторах, используемых в радиоприложениях (обычно менее 100 МГц), используются регулируемые сердечники, чтобы настроить такие индукторы на желаемое значение, поскольку производственные процессы имеют определенные допуски (неточности). Иногда такие сердечники для частот выше 100 МГц изготавливаются из немагнитного материала с высокой проводимостью, такого как алюминий. Они уменьшают индуктивность, потому что магнитное поле должно их обходить.

Другой метод управления индуктивностью без каких-либо движущихся частей требует дополнительной обмотки смещения постоянного или низкочастотного тока, которая контролирует проницаемость легко насыщаемого материала сердечника. См. Магнитный усилитель.

В электрических цепях

Действие катушки индуктивности в цепи состоит в том, чтобы противодействовать изменениям тока через нее, создавая на ней напряжение, пропорциональное скорости изменения тока. Идеальный индуктор не имел бы сопротивления постоянному постоянному току; однако только сверхпроводящие катушки индуктивности действительно имеют нулевое электрическое сопротивление.

Связь между изменяющимся во времени напряжением v ( t ) на катушке индуктивности с индуктивностью L и изменяющимся во времени током i ( t ), проходящим через него, описывается дифференциальным уравнением:

Когда через катушку индуктивности проходит переменный синусоидальный ток (AC), индуцируется синусоидальное напряжение. Амплитуда напряжения пропорциональна произведению амплитуды ( I _P) тока и частоты ( f ) тока.

В этой ситуации фаза тока отстает от фазы напряжения на π / 2.

Если индуктор подключен к источнику постоянного тока со значением I через сопротивление R , а затем происходит короткое замыкание источника тока, приведенное выше дифференциальное соотношение показывает, что ток через индуктор будет разряжаться с экспоненциальным затуханием. :

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

При использовании преобразования Лапласа в анализе схем полное сопротивление идеальной катушки индуктивности без начального тока представлено в области с как:

где

L — индуктивность, а

с — комплексная частота.

Если в катушке индуктивности есть начальный ток, он может быть представлен как:

добавление источника напряжения последовательно с индуктором, имеющее значение:

( Обратите внимание, что полярность источника должна соответствовать начальному току )

или путем добавления источника тока параллельно индуктору, имеющего значение:

где

L — индуктивность, а

— начальный ток в катушке индуктивности.

Индукторные сети

Основная статья: Последовательные и параллельные схемы

Катушки индуктивности в параллельной конфигурации имеют одинаковую разность потенциалов (напряжение). Чтобы найти их общую эквивалентную индуктивность ( L _экв):

Ток, проходящий через последовательно соединенные индукторы, остается неизменным, но напряжение на каждой катушке индуктивности может быть разным. Сумма разностей потенциалов (напряжения) равна общему напряжению.Чтобы найти их общую индуктивность:

Эти простые соотношения верны только тогда, когда нет взаимной связи магнитных полей между отдельными индукторами.

Накопленная энергия

Энергия (измеряется в джоулях в СИ), запасенная индуктором, равна количеству работы, необходимой для установления тока через индуктор и, следовательно, магнитного поля. Это дает:

, где L — индуктивность, а I — ток через катушку индуктивности.

Эта зависимость действительна только для линейных (ненасыщенных) областей связи магнитного потока и силы тока.

Q коэффициент

Идеальный индуктор будет работать без потерь независимо от величины тока через обмотку. Однако обычно индукторы имеют сопротивление обмотки из металлической проволоки, образующей катушки. Поскольку сопротивление обмотки появляется как сопротивление, включенное последовательно с индуктором, его часто называют последовательным сопротивлением .Последовательное сопротивление индуктора преобразует электрический ток, проходящий через катушки, в тепло, что приводит к потере качества индукции. Добротность (или Q ) катушки индуктивности — это отношение ее индуктивного реактивного сопротивления к ее сопротивлению на заданной частоте и является мерой ее эффективности. Чем выше добротность катушки индуктивности, тем ближе она к поведению идеальной катушки индуктивности без потерь.

Добротность катушки индуктивности может быть найдена по следующей формуле, где R — его внутреннее (серийная модель) электрическое сопротивление, а емкостное или индуктивное реактивное сопротивление при резонансе:

При использовании ферромагнитного сердечника индуктивность значительно увеличивается для того же количества меди, увеличивая добротность Q.Однако ядра также вносят потери, которые увеличиваются с частотой. Для получения наилучших результатов в диапазоне частот выбирается сорт материала сердечника. На УКВ или более высоких частотах, вероятно, будет использоваться воздушный сердечник.

Катушки индуктивности, намотанные на ферромагнитный сердечник, могут насыщаться при высоких токах, вызывая резкое снижение индуктивности (и добротности). Этого явления можно избежать, используя индуктор с воздушным сердечником (физически большего размера). Хорошо спроектированный индуктор с воздушным сердечником может иметь добротность в несколько сотен.

Почти идеальный индуктор (Q приближается к бесконечности) можно создать, погрузив катушку из сверхпроводящего сплава в жидкий гелий или жидкий азот.Это приводит к переохлаждению провода, в результате чего сопротивление обмотки пропадает. Поскольку сверхпроводящий индуктор практически не имеет потерь, он может хранить большое количество электрической энергии в окружающем магнитном поле (см. Сверхпроводящее накопление магнитной энергии). Имейте в виду, что для катушек индуктивности с сердечниками потери в сердечнике все же существуют.

Формулы индуктивности

В таблице ниже перечислены некоторые распространенные упрощенные формулы для расчета приблизительной индуктивности некоторых конструкций индукторов. Терман 1943, стр. 58

Список литературы

Терман, Фредерик (1943), Справочник радиоинженеров , Макгроу-Хилл
Уиллер, Х.А. (октябрь 1938 г.), «Простые формулы индуктивности для радиокатушек», Proc. И. Р. Э. 16 : 1398

Внешние ссылки

Общий

Cookie	Происхождение	Стойкость	Информация и использование
ecl_auth	www.overunity.com	Истекает через 30 дней	Этот файл cookie содержит текст «Закон ЕС о файлах cookie — файлы cookie LiPF разрешены». Без этого файла cookie программное обеспечение Форумов не может устанавливать другие файлы cookie.
SMFCookie648	www.overunity.com	Истекает согласно выбранной пользователем продолжительности сеанса	Если вы входите в систему как участник этого сайта, этот файл cookie будет содержать ваше имя пользователя, зашифрованный хэш ваш пароль и время входа в систему.Он используется программным обеспечением сайта для обеспечения того, чтобы такие функции, как указание Вам указываются новые сообщения форума и личные сообщения. Этот файл cookie необходим для правильной работы программного обеспечения сайта.
PHPSESSID	www.overunity.com	Только текущая сессия	Этот файл cookie содержит уникальное значение идентификации сеанса. Он установлен как для участников, так и для не-члены (гости), и это важно для правильной работы программного обеспечения сайта.Этот файл cookie не является постоянным и должен автоматически удаляться при закрытии окна браузера.
pmx_upshr {ИМЯ}	www.overunity.com	Только текущая сессия	Эти файлы cookie устанавливаются для записи ваших предпочтений отображения страницы портала сайта, если панель или отдельный блок свернут или развернут
pmx_pgidx_blk {ID}	www.overunity.com	Только текущая сессия	Эти файлы cookie предназначены для записи номера страницы для страницы портала сайта, если страница для индивидуальный блок изменен.
pmx_cbtstat {ID}	www.overunity.com	Только текущая сессия	Эти файлы cookie предназначены для записи состояния раскрытия / свертывания содержимого блока CBT Navigator.
pmx_poll {ID}	www.overunity.com	Только текущая сессия	Эти файлы cookie настроены на запись идентификатора текущего опроса в блоке с несколькими опросами.
pmx_ {fadername}	www.overunity.com	Только текущая сессия	Эти файлы cookie предназначены для записи состояния блока Opac-Fader.
pmx_LSBsub {ID}	www.overunity.com

Сердечники катушек индуктивности — выбор материала и формы

Программа для расчёта катушек индуктивности — Софт — Радиоэлектронику в помощь — Файлы

Катушка индуктивности — Inductor — qaz.wiki

Описание

Материальное уравнение

Эквивалентность схемы при краткосрочном и долгосрочном ограничении

Закон Ленца

Энергия, хранящаяся в индукторе

Вывод

Идеальные и настоящие индукторы

Q — фактор

Приложения

Конструкция индуктора

Расчет индуктора с ферритовым сердечником (из алюминия)

Практические индукторы

Рис. 3.3.1 Правило захвата правой рукой (или сгибания).

Правило сгибания правой руки для соленоида.

Рис. 3.3.2a. Индукторы с воздушным сердечником

Индукторы с воздушным сердечником

Рис. 3.3.2b. Антенны AM радио

AM Радиоантенны

Рис. 3.3.2c. Катушки индуктивности с цветовой кодировкой

Осевые выводные индукторы с цветовой кодировкой

Рис. 3.3.2d. Индукторы с тороидальным сердечником

Индукторы с тороидальным сердечником

Рис. 3.3.2e. Дроссели поверхностного монтажа

Чип-индукторы SMD

Рис. 3.3.2f. Индукторы с воздушным сердечником на УВЧ

Катушки индуктивности УВЧ

Условные обозначения цепей индуктивности

Рис.3.3.3 Условные обозначения цепей индукторов (схем).

Вычислитель индуктора с плоской спиральной катушкой

Инфогалактика: ядро ​​планетарного знания

Описание

Материальное уравнение

Закон Ленца

Катушки индуктивности идеальные и настоящие

Приложения

Конструкция индуктора

Типы индукторов

Индуктор с воздушным сердечником

Радиочастотный индуктор

Индуктор с ферромагнитным сердечником

Индуктор с ламинированным сердечником

Индуктор с ферритовым сердечником

Индуктор с тороидальным сердечником

Дроссель

Переменный индуктор

Теория схем

Реактивное сопротивление

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

Бесплатная энергия | поиск свободной энергии и обсуждение свободной энергии

определение индуктора и синонимы индуктора (английский)

Обзор

Катушки индуктивности идеальные и настоящие

Приложения

Конструкция индуктора

Типы индукторов

Индуктор с воздушным сердечником

Радиочастотный индуктор

Индуктор с ферромагнитным сердечником

Индуктор с ламинированным сердечником

Индуктор с ферритовым сердечником

Индуктор с тороидальным сердечником

Переменный индуктор

В электрических цепях

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

Индукторные сети

Накопленная энергия

Q коэффициент

Формулы индуктивности

Список литературы

Внешние ссылки

Оставить комментарийОтменить комментарий

Инфогалактика: ядро планетарного знания