Катушку индуктивности: Страница не найдена — Сам электрик

назначение, характеристики, виды. Примеры использования

Катушки  индуктивности  (КИ;  индуктивность;  индуктор;  катушка)  используются в  электронных  схемах нечасто: обычное их место в схемах  преобразователей питания. Так называемые,  высокочастотные катушки  применяют в фильтрации напряжений питания чувствительных (аналоговых) компонентов.

Общее назначение КИ  (представлена на рисунке 1.27)  –  запасать энергию магнитного поля 

W_м= L_*I²/  2  при протекании электрического тока, где I  –  протекающий через катушку ток, а  L  —  основной параметр КИ  —  индуктивность.

Качественные рассуждения при анализе электрической схемы: «катушка индуктивности  хорошо  пропускает  постоянный  и  низкочастотные  токи  и  затрудняет прохождение высокочастотных токов  –  представляет собой разрыв цепи для таких токов».

Исторический образ  КИ –  катушка с проводом. Внешне она может не отличаться от проволочного резистора.  Чем больше витков, тем  выше  основной параметр  катушки  –  индуктивность.

Отличие  от  проволочного  резистора  заключается в том, что омическое сопротивление  провода в катушке индуктивности является паразитным параметром: чем оно больше, тем больше потери энергии в катушке индуктивности (это функция собственно резистора). Второе отличие заключается в наличие магнитного сердечника (показано на  рисунке  1.28): чем лучше магнитные свойства сердечника, тем выше индуктивность.

Точный расчёт индуктивности катушки зависит от особенностей её конструкции. Для относительно простого случая (показано на рисунке 1.29) индуктивность оценивается по формуле:

L ≈ µ_0*µ_*s_*N²/ l ,  (1.11)

где   µ₀ ≈1,26·10^-6Гн/м магнитная постоянная,

µ — относительная магнитная проницаемость,

s – площадь поперечного сечения катушки [м²],

N- число витков провода, l – длина намотки [м].

Значения  проницаемости  некоторых  магнитных  материалов  представлены в таблице 1.

11.

Таблица  1.11 – Значения свойств некоторых магнитных материалов

Материал	µ	Относительная проницаемость, µ/ µ0
Пермаллой	1×10-2	до 50000
Электротехническая сталь	5×10-3	4000
Феррит (никель-цинк)	8,0×10-4 и более	до 640 и более
Никель	1,25×10-4	до 600
*Именно по этой характеристике оценивают магнитные качества магнитных материалов.

На  принципиальных  электрических  схемах  катушки индуктивности  обозначаются  графемой (показано на рисунке 1.30 слева):

Примечание   –   В  некоторых  случаях  общепринятую  в  принципиальных  схемах  графему  заменяют  более  сложной  моделью  (показано  на  рисунке  1.30  справа).  Такая  замена обоснована для КИ, которые имеют низкое значение добротности Q (см. определение далее).

Помимо индуктивности другими важными характеристиками катушек индуктивности являются:

• номинальный  рабочий  ток  в  амперах.  Это  паспортное  значение  не должно превышаться во время эксплуатации КИ;
• добротность. Это паспортное значение рассчитывают по формуле: Q = ω
  *L / R_L ,  (1.12)

где  R_L – сопротивление катушки на постоянном токе,

ω=2πf – актуальная круговая частота переменного тока, протекающего в КИ.

Чем больше  Q, тем меньше потери энергии на выбранной частоте, тем качественнее изготовлена катушка.

Катушки индуктивности  также  как  резисторы  и  конденсаторы,  выпускаются в  трёх  функциональных разновидностях:  постоянные,  переменные  и  подстроечные. Подстроечные широко используются в радиотехнике, но практически не используются в измерительной технике  –  их рассматривать не будем. Постоянные  катушки индуктивности  имеют разнообразные конструктивные решения (показано на рисунке 1.31).

Наиболее  широкое  применение  в  настоящее  время  находят  КИ  для  поверхностного  монтажа  (показано  на  рисунке  1.32).  Они  снижают  габаритные размеры электронных узлов, повышают надёжность работы схем и удешевляют продукцию.

Типовые характеристики современных КИ представлены в таблицах 1.12 и 1.13.

Таблица   1.12 –  Типовые характеристики высокочастотных чип-индуктивностей MURATA LQG18HN размера 0603

Типовые расчётные соотношения

1. Последовательное соединение КИ: L_э=L₁+L₂.

Пример:

L1 = 3,3 нГн/910 мА, L2= 6,8 нГн/680 мА; Lэ = 3,3 + 6,8 = 10,1 нГн.

При этом следует иметь в виду, что результат справедлив для токов, не превышающих 680 мА  –  это максимальный рабочий ток который может быть пропущен через L2.

2. Параллельное соединение КИ возможно, но лучше не использовать, т.к. результат мало предсказуем: расположенные рядом КИ взаимодействуют через общее магнитное поле. Формула для расчёта в этом случае более сложная.

Пример использования катушек индуктивности

Катушки индуктивности широко применяются в преобразователях питания.  Схема подключения  понижающего  ключевого  преобразователя  показана  на    рисунке  1.33.  На его вход можно подавать постоянное напряжение в очень широком диапазоне значений  –  от  5до140 В,  на  выходе  поддерживается  стабильным  напряжение +5 В.

Указанные пассивные компоненты рекомендуются производителем в техническом описании. Особенно важно соблюдать рекомендации по выбору типа КИ.

 

Практическое руководство по катушкам индуктивности

Большинство проводящих материалов (металлов) является парамагнитными или ферромагнитными, в то время как большинство непроводящих материалов (неметаллов) является диамагнитными. Любой проводник обладает некоторой индуктивностью в ответ на изменение величины или направления протекания тока. Даже обычный прямой провод имеет индуктивность, хотя она достаточно мала, чтобы пренебрегать ею. Если провод свернуть в петлю — его индуктивность увеличится. Чем больше сделать таких одинаковых витков, тем большая индуктивность будет присуща проводу. Индуктивность одиночной петли или катушки из провода может быть многократно увеличена с помощью подходящего ферромагнитного сердечника.

Простейшими катушками индуктивности являются катушки с воздушным сердечником (рисунок 1). Они сделаны путем намотки провода вокруг пластмассового, деревянного или любого не ферромагнитного сердечника. Индуктивность катушки зависит от числа витков, радиуса и общей формы, также она пропорциональна числу витков и диаметру катушки. Индуктивность обратно пропорциональна длине провода для заданного диаметра катушки и числу витков. Итак, чем ближе будут витки, тем больше будет индуктивность. Электропроводность катушек индуктивности зависит от материала и толщины провода.

Потери (в виде тепла) в значительной степени зависят от материала, используемого в качестве сердечника.

 

Рис. 1. Пример катушки индуктивности с воздушным сердечником 

Катушки с воздушным сердечником имеют небольшую индуктивность, которая может составлять максимум 1 мГн. Катушки с воздушным сердечником могут быть рассчитаны так, что будут пропускать через себя ток практически неограниченной величины при условии использования проводника большой длины, смотанного в катушку большого радиуса. Такие катушки индуктивности практически не вносят потерь, так как воздух не рассеивает много энергии в виде тепла. Чем выше частота переменного тока, тем меньше индуктивность, необходимая для получения значительных эффектов. Таким образом, катушки индуктивности с воздушным сердечником вполне подходят для применения в высокочастотных цепях переменного тока благодаря отсутствию потерь, способности пропускать через себя большие токи и достаточным значениям индуктивности.

При использовании железных или ферритовых сердечников индуктивность может быть значительно увеличена. Однако порошкообразный, железный или ферритовый сердечник вносит значительные потери электрической энергии в виде тепла. Использование ферромагнитных сердечников также ограничивает максимальную величину рабочего тока катушек индуктивности. В ферромагнитных сердечниках насыщение происходит при протекании максимального рабочего тока. При увеличении тока сверх этого критического значения индуктивность может начать уменьшаться. При больших токах ферромагнитные сердечники могут достаточно сильно нагреваться, что может привести к их разрушению и необратимому существенному изменению номинальной индуктивности катушки.

Соленоид против катушек индуктивности

 

Соленоиды часто путают с катушками индуктивности. Соленоиды — это катушки проводов, которые предназначены для использования в качестве электромагнитов. Многие индукторы также являются катушками проводов, но они предназначены для обеспечения индуктивности в электрической цепи. Катушки индуктивности цилиндрической формы также называют соленоидными катушками, но только из-за их конструкции, схожей с конструкцией соленоида. Тем не менее, они не предназначены для использования в качестве электромагнита. Соленоиды специально используются в качестве электромагнитов и обычно имеют подвижный или статический сердечник. Обычно соленоиды используются в качестве электромагнитов в электрических звонках, электродвигателях, работающих на постоянном токе, и в реле.

Соленоидные катушки как индуктивности

 

Простейшими и наиболее распространенными индуктивностями являются соленоидные катушки. Эти индуктивности представляют собой цилиндрические катушки, намотанные вокруг диамагнитного или ферромагнитного сердечника. Они являются самыми простыми с точки зрения проектирования и изготовления.

Соленоидная, или цилиндрическая катушка может быть легко использована для подстройки величины индуктивности, если в конструкцию интегрировать механизм перемещения ферромагнитного сердечника катушки внутрь и наружу. Путем перемещения сердечника внутрь катушки и обратно можно изменять ее эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности. Это называется настройкой магнитной проницаемости и используется для подстройки частот в радиочастотных схемах.

Сердечник можно сделать подвижным, прикрепив его к винтовому валу и закрепив гайкой на другом конце катушки. Когда вал винта вращается по часовой стрелке — сердечник перемещается внутрь катушки, увеличивая эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности. Когда вал винта вращается против часовой стрелки — сердечник выдвигается, уменьшая эффективную магнитную проницаемость и, следовательно, величину индуктивности.

Тороиды как катушки индуктивности

Сегодня еще одной наиболее распространенной формой катушек индуктивности является тороид. Тороиды имеют кольцевой ферромагнитный сердечник, на который намотан провод. Тороиды нуждаются в меньшем числе витков и физически меньше при той же величине индуктивности и рабочей величине тока, по сравнению с соленоидными катушками (рисунок 2). Другим важным преимуществом тороидов является то, что магнитный поток находится внутри сердечника, что позволяет избежать нежелательной взаимной индуктивности.

Рис. 2. Сильноточные тороидальные катушки индуктивности 

Однако намотать провод на тороид сложно. Регулировать магнитную проницаемость тороида еще сложнее. Проектирование катушек с тороидальным сердечником и переменной величиной индуктивности требует реализации громоздкой и сложной конструкции. В цепях, где требуется взаимная индуктивность, катушки должны быть намотаны на один и тот же сердечник в случае, если тороид используется в качестве катушки индуктивности.

Индуктивности на основе чашеобразных Р-сердечников*

 

В типичных катушках индуктивности — соленоидных и тороидных — провод намотан вокруг ферромагнитного сердечника. Катушки индуктивности на основе чашеобразных сердечников – это другой тип индуктивностей, в котором обмотка катушки находится внутри ферромагнитного сердечника. Чашеобразный ферромагнитный сердечник имеет форму двух половин в виде чаш со специальным цилиндрическим выступом (керном) на дне одной из половин, на котором размещается обмотка. Обе половины имеют отверстия, из которых извлекается провод катушки. Вся сборка скрепляется болтом и гайкой.

Катушки данного типа, как и тороиды, обладают большой индуктивностью и электропроводностью при небольших габаритах и меньшем числе витков. Магнитный поток, как и в случае с тороидами, остается внутри. Таким образом, нет нежелательной взаимной индуктивности с сердечниками. Опять же, как и в случае с тороидами, очень трудно варьировать величину индуктивности катушек данного типа. Изменять величину индуктивности в катушках индуктивности на основе Р-сердечников возможно только путем изменения числа витков и при использовании отводов в разных точках катушки.

*- В литературе также встречается термин “Р-сердечник закрытого типа”. В ГОСТ 19197-73 данному типу сердечников присвоено название – “броневой”.

Линия передачи как индуктивность

В цепях постоянного тока катушки индуктивности ведут себя почти так же, как и обычный провод, обладая незначительным сопротивлением, но не более того. Таким образом, они находят применение преимущественно в электрических цепях переменного тока. В аудиосхемах в качестве индуктивностей обычно используются тороиды, катушки на основе круглых чашеобразных сердечников или аудиотрансформаторы. Номинал индуктивности, применяемый в таких электрических цепях, варьируется от нескольких мГн до 1 Гн. Катушки индуктивности вместе с конденсаторами используются в аудиосхемах для подстройки. В настоящее время микросхемы практически полностью вытеснили катушки индуктивности и конденсаторы в аудиосистемах и других подобных областях применения.

При увеличении частоты должны использоваться индуктивности с сердечниками меньшей проницаемости. На нижнем конце радиочастотного спектра используются те же катушки индуктивности, что и в аудиоприложениях. На частотах до нескольких МГц весьма распространены катушки индуктивности с тороидальным сердечником. Для частот 30…100 МГц предпочтительны катушки с воздушным сердечником. Для частот более 100 МГц в линии передачи используются высокочастотные индуктивности и специальные трансформаторы. Линии передачи малой длины (четверть длины волны сигнала или меньше) сами могут быть использованы в качестве индуктивности для подстройки частоты радиосигналов. Линия передачи, используемая в качестве подобной индуктивности, обычно представляет собой коаксиальный кабель.

Индуктивности в цепях постоянного тока

Катушки индуктивности практически бесполезны в цепях постоянного тока. Однако можно предположить, что катушка индуктивности, подключенная к цепи постоянного тока, может быть полезна для понимания принципов ее работы и особенностей поведения пульсирующих напряжений постоянного тока. Предположим, что обычная катушка индуктивности подключена к источнику напряжения через ключ. При замыкании ключа на индуктивность подается напряжение, вызывающее быстрое изменение протекающего через нее тока. Когда приложенное напряжение увеличивается от нуля до пикового значения (за короткое время), индуктивность противодействует изменяющемуся через нее току, индуцируя напряжение, противоположное по полярности приложенному напряжению. Индуцированное напряжение при подаче питания на катушку индуктивности называется обратной ЭДС и определяется по формуле 1:

V_L = – L*(di/dt),   (1)

где:

• V_L – напряжение (обратная ЭДС), индуцированная на катушке;
• L – индуктивность катушки;
• di/dt – скорость изменения тока во времени.

Согласно приведенной формуле 1, внезапное изменение тока через катушку индуктивности дает бесконечное напряжение, что физически невозможно. Таким образом, ток через катушку индуктивности не может измениться мгновенно. Ток сталкивается с влиянием индуктивности при каждом небольшом изменении его величины и медленно возрастает до своего пикового постоянного значения. Итак, в начальный момент времени катушка индуктивности представляет собой разрыв цепи, когда переключатель замкнут. Обратная ЭДС наводится на катушку индуктивности до тех пор, пока изменяется значение протекающего через нее тока. Индуцированная обратная ЭДС всегда остается равной и противоположной возрастающему приложенному напряжению. Когда напряжение и ток от источника приближаются к постоянному значению, обратная ЭДС падает до нуля, а катушка индуктивности начинает вести себя как обычный провод. При подаче напряжения на катушку индуктивности мощность, запасенная ею, определяется по формуле 2:

P = V * I = L*i*di/dt,   (2)

где:

• P – электрическая мощность, запасенная в катушке;
• V – величина пикового напряжения на катушке индуктивности;
• I – величина пикового тока, протекающего через катушку индуктивности.

Энергия, запасенная индуктивностью при подаче напряжения, определяется по формуле 3:

W = ?P.dt = ?L*i*(di/dt)dt = (1/2)LI²,   (3)

где:

• W – электрическая энергия, запасенная в катушке индуктивности в виде магнитного поля;
• I – максимальное значение тока, протекающего через катушку.

Когда происходит отключение источника напряжения (путем размыкания ключа), напряжение на индуктивности падает с постоянного пикового значения до нуля. В отличие от конденсаторов, при отключении источника напряжения напряжение на индуктивности не поддерживается. Фактически оно уже упало до нуля, тогда как ток, проходящий через него стал постоянным. Теперь, когда приложенное напряжение падает от пикового постоянного значения до нуля, ток, протекающий через катушку индуктивности, также падает с постоянного пикового значения до нуля. Катушка противодействует падению тока, вызывая прямую ЭДС в направлении приложенного напряжения. Из-за индуцированной прямой ЭДС ток, проходящий через катушку индуктивности, падает до нуля с более медленной скоростью. Как только ток уменьшается до нуля, прямая ЭДС также падает до нуля.

Таким образом, при подаче напряжения питания электрическая энергия преобразовывалась в магнитное поле в катушке индуктивности, что было очевидно по обратной ЭДС, индуцированной на ней. При отключении напряжения питания та же самая электрическая энергия возвращается индуктором в цепь в форме прямой ЭДС. Всякий раз, когда напряжение на катушке индуктивности увеличивается, возникает обратная ЭДС, а всякий раз, когда напряжение на катушке уменьшается, возникает прямая ЭДС.

На практике обратная или прямая ЭДС, которая наводится на катушке индуктивности, во много раз больше приложенного напряжения. Если источник индуктивности подключен к источнику напряжения или катушка индуктивности подключена к цепи постоянного тока без какой-либо защиты, электрическая энергия, возвращаемая при размыкании переключателя, выделяется в виде скачка напряжения или искры на контактах переключателя. Если индуктивность или ток в цепи достигают достаточно больших значений, то энергия выделяется в форме дуги или искры на контакте переключателя и может даже сжечь или расплавить его. Этого можно избежать, используя резистор и конденсатор, соединенные в RC-цепь и включенные последовательно с контактом переключателя. Такая RC-цепь называется снабберной и позволяет электрической энергии, выделяемой катушкой индуктивности, заряжать и разряжать конденсатор, поэтому она не повреждает другие компоненты. Во многих электрических цепях для сохранения компонентов схемы от обратной или прямой ЭДС катушек индуктивности или соленоидов используются защитные диоды.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности противодействует любому изменению тока, который протекает через нее, а переменный ток, в свою очередь, отстает на 90° от напряжения. В начальный момент времени, когда напряжение источника подается на катушку, ток через нее протекает максимальный, но в противоположном направлении. При подаче напряжения ток протекает через катушку индуктивности из-за индуцированной обратной ЭДС, которая противоположна приложенному напряжению. Индуцированное на катушке напряжение всегда равно и противоположно по знаку приложенному напряжению в любой момент времени. Когда приложенное напряжение возрастает от нуля до пикового значения, ток через катушку падает от максимума до нуля.

Когда прикладываемое напряжение падает от максимального значения до нуля, то на катушке индуцируется прямая ЭДС, заставляя ток противоположного направления расти от нуля до пикового значения. Когда приложенное напряжение меняет полярность и возрастает до пикового значения, ЭДС снова индуцируется на катушке, вызывая падение обратного тока от пикового значения до нуля. Когда приложенное напряжение снова падает до нуля в обратном направлении, в катушке индуцируется прямая ЭДС, заставляющая ток снова расти от нуля до максимального значения в противоположном направлении. Это продолжается для каждого цикла протекания переменного тока.

Индуктивное сопротивление

Противодействие протекающему току из-за наличия индуктивности называется индуктивным сопротивлением. Амплитуда тока через катушку индуктивности обратно пропорциональна частоте приложенного напряжения. Поскольку напряжение на катушке (обратная или прямая ЭДС) пропорционально индуктивности, то амплитуда тока также обратно пропорциональна величине индуктивности. Итак, противодействие току из-за наличия индуктивности в виде индуктивного сопротивления определяется по формуле 4:

X_L = 2?fL= ?L   (4)

Соответственно, пиковая амплитуда тока, проходящего через катушку индуктивности, определяется по формуле 5:

I_peak = V_peak/X_L= V_peak/ ?L,   (5)

где:

• I_peak – пиковое значение переменного тока, протекающего через катушку индуктивности;
• V_peak – пиковое значение переменного напряжения, приложенного к катушке;
• X_L – индуктивное сопротивление.

Как резистивное и емкостное сопротивление, так и единица индуктивного сопротивления измеряется в омах. Следует отметить, что в электрических цепях нет потерь энергии из-за наличия емкостного или индуктивного сопротивления, что нельзя сказать об обычном резистивном сопротивлении. Тем не менее, реактивное сопротивление может ограничивать уровни тока через конденсатор или катушку индуктивности.

Применение катушек индуктивности

Катушки индуктивности используются в электрических цепях переменного тока. Они обычно применяются в аналоговых схемах, схемах обработки сигналов и в системах телекоммуникаций, а также используются вместе с конденсаторами для создания фильтров различных топологий. В телекоммуникационных системах индуктивности применяются в составе специальных фильтров, которые нужны для подавления возможных бросков напряжения и предотвращения утечки информации через линии системы электропитания.

Трансформаторы, которые используются для повышения или понижения напряжения переменного тока, состоят из двух катушек индуктивности, объединенных в единую конструкцию определенным образом. Индуктивности также используются для временного хранения электрической энергии в цепях выборки-хранения и источниках бесперебойного питания. В цепях электропитания катушки индуктивности (где они называются фильтрующими дросселями) используются для сглаживания пульсирующих токов.

Поведение индуктивности при прохождении через нее сигнала можно определить следующим образом:

• Всякий раз, когда приложенное к катушке индуктивности напряжение увеличивается, катушка генерирует обратную ЭДС, в результате чего ток через нее падает с максимального значения до нуля или даже ниже этого уровня. Всякий раз, когда прикладываемое напряжение уменьшается, катушка создает прямую ЭДС, в результате чего ток через нее повышается с нуля или текущего уровня до максимального значения или даже до более высокого.
• Обратная или прямая ЭДС сохраняется на катушке индуктивности до тех пор, пока приложенное напряжение, а следовательно и ток через нее изменяются. Когда приложенное напряжение достигает определенного постоянного значения, обратная или прямая ЭДС падает до нуля, и постоянный ток протекает через катушку индуктивности без какого-либо противодействия, как в обычном соединительном проводе.
• Из-за наличия индуктивности скорость изменения тока в цепи замедляется. Если сигнал переменный, то ток всегда будет отставать от напряжения на 90° из-за наличия индуктивности.
• Благодаря индуктивному или емкостному сопротивлению потери энергии отсутствуют. Энергия, запасенная катушкой индуктивности в форме магнитного поля или конденсатором в форме электростатического поля, возвращается обратно в цепь, как только приложенное напряжение падает до нуля или меняет полярность. Однако из-за реактивного сопротивления пиковый уровень тока (амплитуда сигнала) ограничен.

Источник: https://www.engineersgarage.com

Автор: Нихил Агнихотри Переводчик: Алексей Катков (г. Санкт-Петербург)

Разделы: Дроссели

Опубликовано: 30.01.2020

Тест катушек индуктивности с сердечником | HiFiCompass

 

  Проблематика

Очень часто в сети поднимаются споры о том какие катушки индуктивности, с сердечником или без, лучше использовать в НЧ секции кроссовера АС. Безусловно, воздушные катушки имеют гораздо лучшие электрические характеристики, за исключением омического сопротивления, и одновременно просто неприличные массо-габаритные параметры. Омическое сопротивление можно значительно уменьшить, используя провод или ленту большего сечения, но, в итоге, получаем катушку громадных размеров и такой же стоимости, которая к тому же является приличной излучающей антенной и не всегда может поместиться внутри АС.

Вообще говоря, если басовый динамик имеет низкую полную добротность, Qts менее 0.3, то дополнительное сопртивление катушки в НЧ фильтре никогда не повредит и можно смело использовать воздушную катушку с вменяемым сечением провода и габаритными размерами. Получаем бескомпромиссный вариант, только необходимо на этапе проектирования корпуса АС учесть эффект влияния дополнительного сопротивления. Такой путь позволит вытянуть немного более низкую граничную частоту АС ценой небольшой уступки в чувствительности и габаритах корпуса.

Но, что делать, если добротность динамика достаточно высока и впритык стыкуется с объемом уже имеющегося корпуса? Как раз с таким случаем мне пришлось столкнуться при разработке АС. Динамик Lambda Acoustics TD15X с мотором повышенной линейности «Apollo» в закрытом ящике объемом 165 литров уже имеет добротность Qts=0.73 — на грани допустимого. Дизайн кроссовера требует две катушки с индуктивностью 5.6 мГн и 3.3 мГн. Естественно, хочется применить воздушные катушки, чтобы не вносить дополнительную нелинейность и не свести на нет труды разработчиков динамика. Расчеты показали, что катушки с воздушным сердечником будут иметь следующие параметры:

5.6 мГн — R=0.43 Ома, диаметр провода 2 мм, диаметр катушки 130 мм, высота 30 мм, масса 2,23 кг.
3.3 мГн — R=0.31 Ома, диаметр провода 2 мм, диаметр катушки 110 мм, высота 30мм, масса 1,62 кг.

Шутка ли, общий вес катушек 7.7 кг? А габариты и размещение их в корпусе АС?

Суммарное сопротивление двух последовательно включенных катушек дает R=0.74 Ома, что приводит к добротности динамика в корпусе Qts=0.81 и потере чувствительности 0.91 дБ.

Имеется альтернативный вариант — применить катушки с сердечником  «Sledgehammer» Steel Laminate 3. 3 mH 15 AWG (сопротивление 0.185 Ома) и «Sledgehammer» Steel Laminate 5.0 mH 15 AWG (сопротивление 0.24 Ома). Катушку 5 мГн можно домотать до 5.6 мГн проводом 2 мм, и выйти на сопротивление 0.25 Ома. В итоге, получаем суммарное сопротивление двух катушек 0.435 Ома и полную добротность динамика 0.78 и потерю в чувствительности 0.5 дБ. Близким аналогом этих катушек являются катушки MCoil FERON (Mundorf) серии BS140. Сердечники обеих типов катушек набраны из пластин электротехнического железа толщиной 0.35 мм.

С точки зрения итоговой добротности, потери чувствительности, габаритов, массы и цены однозначное преимущество у катушек с сердечником. А как насчет качества? Не будут ли они насыщаться при больших токах? Насколько нелинейность сердечника скажется на общей линейности системы динамик + катушки? 

К сожалению, никто из производителей катушек с сердечниками не приводит никаких внятных данных о поведении их изделий при больших токах. С этой проблемой приходится сталкиваться разработчикам АС и принимать на веру заявления производителя типа «High current design», даже не предполагая, что скрывается за этими словами. Ну, что ж, остается самим провести лабораторную работу и закрыть для себя этот вопрос раз и навсегда. 

С этой целью была собрана простая схема для проведения измерений. Синусоидальное напряжение подавалось от усилителя мощности с максимальным выходным током, ограниченным внутренней защитой, на последовательную цепочку из испытуемой катушки и измерительного добавочного резистора сопротивлением 0.1 Ом, в виде трех параллельно соединенных резисторов 0.3 Ома мощностью 5 Вт. Сигнал с добавочного резистора подавался на анализатор спектра. Измерения проводились на частотах 20, 50, 100, 200 и 500 Гц при токах от 1 до 8 Ампер. В качестве эталона для сравнения результатов использовались измерения ленточной катушки с воздушным сердечником Mundorf CFC14 6.8 мГн.

Ниже приводятся диаграммы результатов измерений. Анализируя диаграммы, имейте в виду, что при сопротивлении нагрузки-динамика 4 Ома (8 Ом), токи от 1 до 8 Ампер соответствуют следующим мощностям нагрузки:

1 А — 4 Вт (8 Вт для 8 Ом)
2 А — 16 Вт (32 Вт для 8 Ом)
3 А — 36 Вт (72 Вт для 8 Ом)
4 А — 64 Вт (128 Вт для 8 Ом)
5 А — 125 Вт (250 Вт для 8 Ом)
6 А — 144 Вт (288 Вт для 8 Ом)
7 А — 196 Вт (392 Вт для 8 Ом)
8 А — 256 Вт (512 Вт для 8 Ом)

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 3. 3 mH на частоте 50 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 3.3 mH на частоте 100 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 3.3 mH на частоте 200 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 3.3 mH на частоте 500 Гц

 

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 5 mH на частоте 20 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 5 mH на частоте 50 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 5 mH на частоте 100 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 5 mH на частоте 200 Гц

  Измерения катушки Sledgehammer Steel Laminate 5 mH на частоте 500 Гц

  Измерения катушки Mundorf CFC14 6.8 5 mH на частотах 50 Гц/8 Ампер и 200 Гц/4 Ампера

  Измерения АЧХ цепей с катушками Sledgehammer 3. 3 mH, 5 mH и Mundorf CFC14 6.8 mH

  Итоги

Итак, какие же выводы можно сделать из анализа этого массива диаграмм?

1. Для катушек с сердечником стабильно обнаруживается зависимость между уровнем нелинейных искажений и величиной проходящего тока
2. Искажения катушек с воздушным сердечником не зависят от тока. В принципе, так и должно быть.
3. Амплитудно-частотные характеристики катушек с сердечником и без в диапазоне частот до 5 кГц практически не отличаются друг от друга.
4. С повышением частоты от 20 Гц до 500 Гц нелинейные искажения катушек с сердечником незначительно растут. К примеру, для катушки 5 мГн увеличение составляет в 2 раза.
5. Минимальный уровень нелинейных искажений для одного из самых лучших с этой точки зрения динамиков Lambda Acoustics TD15X при напряжении 11.2 Вольта, что соответствует току примерно 1.5 Ампера (порядка 18 Вт), составляет -50 ÷ -53 dB, в то время как собственный уровень искажений катушки 3. 3 мГн составляет -80 дБ, а катушки 5 мГн -76 дБ. Даже при величине тока 8 А, что соответствует мощности приблизительно 512 Вт, искажения катушки 5 мГн не превышают -59 дБ.

Все это говорит о том, что катушки с сердечниками типа Sledgehammer Steel Laminate AWG15 и Mundorf MCoil FERON могут смело использоваться в цепях НЧ фильтров высококачественных акустических систем с самыми линейными НЧ динамиками без риска заметного снижения качества звучания.

Объяснение индукторов — инженерное мышление

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

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

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

Что такое индуктор?

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

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

Как работает индуктор?

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

Электрическая цепь дросселя.

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

Аналогия с водяным колесом

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

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

через GIPHY

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

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

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

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

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

Основы индуктора.

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

Снижение сопротивления.

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

Пример схемы при отключенном питании.

Что происходит в индукторе, чтобы он действовал так?

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

Пример компаса.

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

Циркуль вокруг проволоки.

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

Магнитное поле вокруг катушки.

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

Магнитное поле

через GIPHY

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

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

через GIPHY

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

Почему это происходит?

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

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

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

Катушка индуктивности v резистор

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

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

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

Как выглядят катушки индуктивности?

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

Катушки индуктивности в печатных платах.

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

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

Обозначения на технических чертежах.

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

Для чего мы используем катушки индуктивности?

• Мы используем их в повышающих преобразователях для увеличения выходного напряжения постоянного тока при одновременном снижении тока.
• Мы можем использовать их, чтобы заглушить источник переменного тока и пропустить только постоянный ток.
• Мы используем их для фильтрации и разделения различных частот.
• Мы также используем их для трансформаторов, двигателей и реле.

Как измерить индуктивность 

Мы измеряем индуктивность катушки индуктивности в единицах Генри, чем больше число; чем выше индуктивность. Чем выше индуктивность; чем больше энергии мы можем сохранить и предоставить, тем больше времени потребуется для создания магнитного поля, а для преодоления обратной ЭДС потребуется больше времени.

Конструкция катушки индуктивности

Вы не можете измерить индуктивность стандартным мультиметром, хотя вы можете получить некоторые модели со встроенной функцией, но это не даст наиболее точного результата, это может вам подойти, это зависит от того, что вы используете это для. Чтобы точно измерить индуктивность, нам нужно использовать RLC-метр. Мы просто подключаем индуктор к устройству, и он запускает быстрый тест для измерения значений.

---

Что такое индуктор?

В этой статье дается очень простое определение того, что такое магнетизм, что такое индуктор? как пассивный электронный компонент и его основное применение и технологии.

Катушки индуктивности, также называемые катушками или иногда дросселями, являются важными пассивными компонентами наряду с резисторами (R) и конденсаторами (C). Катушки обычно относятся к намотанным токопроводящим проводам, и среди них катушки с одинарным намотанным проводом в последние годы стали называть катушками индуктивности. Если
предназначен для низкочастотных приложений, он обычно имеет сердечник с замкнутой магнитной цепью, состоящей из многослойного железа (сетевая частота) или ферритового тороида (выше 1 кГц).

Индуктивность обычно обозначается символом «L». Хотя говорят, что эта L исходит от Ленца из «Закона Ленца», связанного с электромагнитной индукцией, также, по-видимому, существуют различные теории.

Основная конструкция индуктора состоит из проводящего провода, намотанного в виде катушки, который способен преобразовывать электрическую энергию в магнитную и сохранять ее внутри индуктора. Сохраняемое количество магнитной энергии определяется индуктивностью индуктора и измеряется в Генри (Гн).

Катушки индуктивности замедляют скачки или скачки тока, временно накапливая энергию в электромагнитном поле, а затем выпуская ее обратно в цепь. В гидродинамической аналогии (рис.1) индуктор работает как большой маховик, оказывающий сопротивление каждому изменению потока/тока. Любой, кто переворачивал велосипед вверх дном и крутил руль до скорости, знает, что при старте возникает определенное сопротивление. Но как только вы набираете скорость на колесе, требуется очень мало усилий для поддержания скорости. Если вы затем хотите затормозить, это требует значительной силы.

Рисунок 1. Катушка индуктивности как «маховик» в гидродинамической аналогии частотный шум в электрических цепях

Хранение и передача энергии в силовых преобразователях (постоянного тока или переменного тока)

Создание настроенных генераторов или LC (индуктор/конденсатор) «резервуарных» цепей

Соответствие импеданса

Катушки индуктивности также используются в электрических цепях для уменьшения электромагнитных помех за счет ослабления высокочастотного шума, чтобы соответствовать требованиям по электромагнитному излучению и помехоустойчивости.

Что такое дроссель?

Индукторы в основном состоят из катушки. Если мы вставим сердечник из магнитного материала, индуктивные свойства катушки увеличатся. Такие катушки называются дросселями. Когда мы пропускаем ток через дроссель, в магнитном материале индуцируются электрические токи, которые пытаются создать противодействующее магнитное поле. Эти токи нежелательны как по этой причине, так и потому, что они создают потери тепла.

Исключаются однородные магнитные тела; индуцированный ток будет слишком большим. Вместо этого используются взаимно изолированные ленты или порошковая технология, при которой связующий материал между магнитными гранулами ограничивает наведенный ток своим удельным сопротивлением.

Катушки индуктивности могут быть соединены последовательно или параллельно; индуктивность подчиняется тем же законам, что и для резисторов.

Последовательное соединение

Уравнение последовательного индуктивного соединения [1]

Параллельное соединение
Для катушек без потерь и катушек с одинаковым фазовым углом применяется уравнение параллельной индуктивности

[2]

Индуктивное реактивное сопротивление

Подобно конденсатору, катушка индуктивности влияет на реактивное сопротивление в цепи переменного тока. Чтобы разделить это реактивное сопротивление от реактивного сопротивления конденсатора, его называют индуктивным реактивным сопротивлением XL. Величина выражается в омах и соответствует формуле:

уравнение индуктивного сопротивления [3]

ω = 2 x π x f, где f означает частоту, выраженную в Гц.

Основная конструкция катушек индуктивности и индуктивности

Самые простые катушки индуктивности состоят из токопроводящего провода, намотанного в форме катушки, с обоими концами токопроводящего провода в качестве внешних клемм. В последние годы большинство катушек индуктивности включают в себя сердечник, вокруг которого намотан токопроводящий провод.

Рисунок 2. Базовая конструкция индуктора (слева) и ее практические примеры (справа)

Индуктивность индуктора определяется следующим уравнением [4]: ​​

индуктивность индуктора уравнением [4]

• L Индуктивность (H)
• k Коэффициент Нагаоки
• μ Проницаемость сердечника (H/m)
• N Число витков катушки
• S Площадь сечения катушки (м ² )
м1
• l Длина катушки

Рис. 3. иллюстрация увеличения индуктивности катушки индуктивности; источник: Panasonic

Эквивалентная схема

Катушку индуктивности можно описать с помощью рисунка 2.

Рисунок 2. Катушка индуктивности с обмоткой на сердечнике и с развитой паразитной емкостью

Паразитные емкости между обмотками и между обмотками и сердечником можно суммировать в одну общую емкость CL. Провод обмотки также имеет сопротивление, и в магнитном материале появляются эквивалентные сопротивления потерь. В совокупности характеристики индуктора можно описать следующей эквивалентной схемой.

Рис. 3. Эквивалентная схема катушки индуктивности.

На более низких частотах емкость играет незначительную роль, но по мере увеличения частоты мы достигаем собственной резонансной частоты fr (иногда сокращенно SRF), где кривая импеданса достигает пика, а затем поворачивает вниз и становится емкостной.

уравнение частоты собственного резонанса индуктора [4]

Частота измерения (испытательная частота) находится на достаточном расстоянии от fr и всегда указывается для соответствующего индуктора.

Электрическое и магнитное поле

При сравнении магнитных полей с электрическими можно обнаружить аналогии между некоторыми параметрами. Они сведены в Таблицу 1.:

Таб. 1. Аналогии между магнитным и электрическим полями

Что такое индуктор?

Катушки индуктивности являются одними из основных компонентов электроники и играют важную роль в системах питания, фильтрации и изоляции. Проще говоря, индуктор — это компонент, который может накапливать энергию в виде магнитного поля. Типичным примером индуктора является катушка проволоки, которую можно найти в воздушных катушках, двигателях и электромагнитах. Другой способ взглянуть на индукторы состоит в том, что они являются компонентами, которые будут генерировать магнитное поле, когда через них проходит ток, или будут генерировать электрический ток, когда в присутствии меняющегося магнитного поля.

Что такое индуктор?

В то время как конденсаторы хранят электрические заряды, катушки индуктивности хранят магнитную энергию. В мире постоянного тока индуктор выглядит как кусок провода, который может проводить электричество. В мире переменного тока индуктор больше похож на резистор в сочетании с конденсатором, поскольку индукторы сопротивляются изменениям тока, протекающего через них, и если ток через индуктор внезапно падает, то индуктор пытается повторно ввести старый ток, преобразуя его. магнитной энергии в электрический ток.

Катушки индуктивности — очень странные компоненты, и объяснить, почему они работают именно так, сложно. Но давайте попробуем объяснить это в любом случае!

Представьте себе прямой кусок проволоки; если через этот провод пропустить ток, то вокруг него образуется круговое магнитное поле.

Если мы согнем эту проволоку в единую петлю, мы увидим, что каждая сторона петли имеет поля в противоположных направлениях. Вот что создает наш север и юг на электромагните.

Если мы добавим больше петель, мы увеличим количество магнитных колец, создаваемых проводом, и, следовательно, получим более мощный электромагнит. Таким образом, мы увеличили его индуктивность!

Если у нас есть катушка, через которую не протекает ток, то это просто скучная старая катушка, которая ничего не делает. Однако если мы пропускаем через него магнит, изменяющееся магнитное поле, создаваемое магнитом, индуцирует ток в катушке. Когда магнит достигает середины катушки, ток не индуцируется, потому что магнитное поле перед магнитом создает ток, противоположный тому, который генерируется за магнитом. По мере того, как магнит продолжает падать, генерируется обратный ток до тех пор, пока магнит не покинет катушку.

Индуктор в глубине — Как работают индукторы?

Итак, мы знаем, что катушка индуктивности — это компонент, который может накапливать энергию в виде магнитного поля или генерировать электричество в присутствии изменяющегося магнитного поля (изменение — ключевое слово здесь), но как насчет специфики катушек индуктивности?

Индуктивность измеряется в Генри (Гн), и один Генри довольно большой; многие индукторы будут измеряться в мГн до мкГн. Определение Генри — это когда ток в 1 А создает потокосцепление с 1 витком Вебера; однако для большинства это определение довольно бессмысленно. По сути, это определение говорит, что когда единица силы тока создает единицу напряженности магнитного поля, тогда ее индуктивность должна быть равна одному генри.

Катушки индуктивности бывают всех форм и размеров, но обычно попадают в одну из двух категорий; воздушная катушка или ферритовый сердечник. Индуктор воздушной катушки не имеет ферромагнитного материала сердечника, а вместо этого имеет сердечник из воздуха. Катушка индуктивности с ферритовым сердечником — это катушка, в которой материал сердечника внутри катушки индуктивности является ферромагнитным. Сам сердечник никак не связан электрически с индуктором; сердечник помогает направлять линии магнитного поля для создания более мощного индуктора.

Одна вещь, которую катушки индуктивности делают очень интересной, заключается в том, что им нравится сопротивляться изменению тока через них. Если, например, у вас есть постоянный ток 10 А, протекающий через индуктор, то индуктор не будет оказывать сопротивления этому току. Если, однако, вы попытаетесь уменьшить этот ток до 5 В, то индуктор повторно индуцирует ток обратно в цепь, так что попытка подать 5 А может привести к общему току 8 А. То же самое произойдет, если вы попытаетесь увеличить ток, дроссель будет пытаться удержать ток на уровне 10А, если вы резко увеличите ток до 15А. Почему это происходит? Все дело в энергии магнитного поля!

Во-первых, помните, что катушки индуктивности накапливают энергию в своих магнитных полях. Во-вторых, помните, что изменяющееся магнитное поле в катушке индуктивности индуцирует электрический ток. Если мы объединим эти два явления вместе, мы получим следующий эффект…

• Стабильный ток через индуктор создает магнитное поле
• Если этот ток внезапно падает, то магнитное поле начинает коллапсировать
• Коллапс магнитного поля вызывает изменение магнитного поля через индуктор
• Это изменяющееся магнитное поле индуцирует ток в катушке индуктивности 
• Когда магнитное поле стабилизируется, ток в катушке индуктивности больше не индуцируется

Реактивное сопротивление

Как мы видели ранее, катушки индуктивности имеют сопротивление переменному току, известное как реактивное сопротивление. Однако реактивное сопротивление индуктора учитывает как индуктивность индуктора, так и частоту тока. Постоянный ток не имеет частоты, поэтому индуктор не имеет реактивного сопротивления постоянному току. Однако переменный ток испытывает реактивное сопротивление, и реактивное сопротивление рассчитывается по следующей формуле:

X _L =2πfL, где L=индуктивность (Гн) и F=частота (Гц)

Это уравнение показывает, что «сопротивление» катушки индуктивности переменному току прямо пропорционально частоте и индуктивности.

Как и резисторы, индуктивности складываются последовательно, что дает следующую формулу

L _всего =L ₁ +L ₂ +…+L _n

Параллельно катушки индуктивности тоже делят как резисторы

1/л _всего л=1/л ₁ +1/л ₂ +…+1/л _n

Типы индукторов — воздушная катушка, осевые индукторы, ферритовый сердечник, дроссельная катушка, индукторы и трансформаторы

Как и многие другие компоненты, индукторы бывают разных форм, размеров и функций. Изучение того, как идентифицировать различные типы, поможет вам не только понять, как выбрать индуктор для вашего проекта, но и реконструировать другие конструкции и выяснить, как их исправить!

Воздушная катушка

Индукторы с воздушной катушкой

являются наиболее очевидным типом и представляют собой просто катушку с проводом. Они часто встречаются в радиосхемах с частотами ниже диапазона ГГц. Одним из примеров того, где можно найти воздушные катушки, являются трансиверы 433 МГц, и они часто очень маленькие!

Осевые индукторы

Осевые катушки индуктивности представляют собой катушки индуктивности, выполненные в виде корпуса, похожего на резистор со сквозным отверстием. Они используют цветные полосы для обозначения своей индуктивности и могут быть очень полезны, когда требуется катушка индуктивности общего значения. Катушки индуктивности с воздушными катушками часто наматывают вручную, чтобы получить определенную индуктивность, но использование готовых осевых катушек позволяет быстро построить цепь. Эти типы катушек индуктивности отличаются от резисторов бирюзовым цветом.

Ферритовый сердечник   

Катушки индуктивности с ферритовым сердечником

выпускаются во многих вариантах, некоторые из которых являются сквозными, а другие могут быть в корпусе для поверхностного монтажа.

Эти типы катушек индуктивности часто имеют громоздкие размеры, будь то широкие или высокие, и во многих случаях сам железный сердечник будет виден. Такие катушки индуктивности используются, когда требуется большая индуктивность (например, регулятор постоянного тока).

Индуктор катушки дросселя

Дроссель представляет собой индуктор, специально разработанный для предотвращения прохождения сигналов переменного тока и пропускания постоянного тока. Эти индукторы можно найти в корпусах для поверхностного монтажа, но, как правило, в больших корпусах со сквозными отверстиями, часто состоящих из тороидального кольца, обернутого в катушку. Дроссели также можно использовать в синфазных конфигурациях, которые предотвращают попадание синфазных помех в цепь.

Трансформатор

Трансформатор представляет собой две катушки индуктивности, соединенные одним сердечником. Когда на один из индукторов подается переменный ток, изменяющийся ток создает изменяющееся магнитное поле в сердечнике и, таким образом, индуцирует ток во втором индукторе. Трансформаторы позволяют нам преобразовать одно напряжение в большее, меньшее или идентичное и особенно полезны для изоляции двух цепей друг от друга.

Применение индукторов — как используются индукторы?

Как обсуждалось ранее, катушки индуктивности сопротивляются изменению тока, поэтому они обычно используются в цепях фильтров. Многие силовые цепи, в которых используются преобразователи постоянного тока, имеют на выходе катушку индуктивности для устранения шума переключения (крошечные скачки напряжения на выходной силовой шине). Другие схемы фильтров включают настроенные схемы, которые можно использовать для выбора определенной частоты, и они почти всегда встречаются в радиосхемах. Реактивное сопротивление катушки индуктивности, пропорциональное частоте протекающего через нее тока, означает, что они также встречаются в схемах фильтров, блокирующих высокие частоты.

Другим, более необычным применением катушек индуктивности является генерация высокого напряжения. Когда в катушке индуктивности создается магнитное поле, которое затем разрушается, результирующее индуцированное напряжение часто бывает невероятно большим (легко достигающим сотен, если не тысяч вольт). Это явление можно использовать для создания очень больших напряжений из небольшого напряжения переключения, которое включает и выключает транзистор, управляющий катушкой индуктивности, в результате чего генерируемое высокое напряжение сбрасывается в конденсатор.

Объяснение катушек индуктивности — Заключительные мысли

Катушки индуктивности

невероятно важны в современной электронике и находят применение в целом ряде различных областей. Хотя их конструкция часто тривиальна, их способность блокировать высокочастотные сигналы и генерировать обратную ЭДС делает их полезным компонентом для включения.