Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы

Катушки индуктивности - компоненты, которые накапливают энергию в магнитном поле и представля­ют собой виток или ряд витков провода, по которому протекает ток.

В отличие от конденсатора, который препятствует изменению приложенного к нему напряжения, катушка индуктивности препятствует изменению протекающего через нее тока. Иными словами, если ток, подаваемый в схему, которая содержит катушку, резко увели­чить, то ток в схеме будет нарастать плавно до достижения своего мак­симального значения. Способность катушки индуктивности препятствовать изменению си­лы тока, протекающего через нее, носит название индуктивности этой катушки. Индуктивность обозначается буквой L, единицей ее измерения является генри (Гн). Дробные единицы: 1 миллигенри (мГн) = 1/1000 Гн 1 микрогенри (мкГн) = 1/1000 000 Гн.

В качестве провода чаще всего используют медь, алюминий, серебро. Чаще можно встретить катушку индуктивности в виде обмотки, уложенной на диэлектрический каркас, вставленный в магнитопровод, который используют для увеличения индуктивности компонента и снижения числа витков обмотки. Чем меньше число витков будет в обмотке, тем меньше дорогого металла уйдет на исполнение индук­тивного компонента и меньше будут габариты изделия, поэтому если есть возможность и имеется экономическая целесообразность, применяют индуктивные компоненты с магнитопроводами. Однако магнитопроводы могут рабо­тать лишь в определенной полосе частот. К особым разновидностям моточных изделий относят дроссели и трансформаторы.

Условное обозначение катушки индуктивности по­казано на рис. 4. 8.

Рис. 4. 8

а – без магнитопровода, б - с магнитопроводом

Вариометры - катушки, предназначенные для регу­лировки индуктивности, которые можно перестраивать много раз. Если для перестройки колебательных конту­ров по какой-то причине нельзя обеспечить регулировку конденсаторами, можно использовать вариометры. Так, в первых отечественных автомобильных магнитолах настройку на радиостанцию осуществляли именно ва­риометрами. От перестройки конденсаторами пришлось отказаться ввиду их низкой стабильности емкости в условиях тряски и вибраций.

Дроссели (нем. Drossel):

1. в широком смысле слова дроссель - это ограничитель, регулятор;

2. дроссельная заслонка в системах подачи топлива (например, в двигателе внутреннего сгорания), а также ручка, регулирующая эту заслонку;

3. в электротехнике - катушка индуктивности, обладающая высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному.

Дроссель с небольшими потерями пропускает через свою обмотку постоянный ток, а переменный ток практически не пропускает, так как реактивное сопротивление обмотки дросселя с ростом частоты увеличивается. Дроссели могут быть выполнены так же, как и катушки индуктив­ности.

Трансформаторы - изделия, предназначенные для передачи переменного напряжения из одной обмотки в другую. Условное обозначение трансформатора по­казано на рис.4.5.

Рис.4.5

Обмотка, на которую подводится напряжение, называется первичной, обмотка, с которой снимается напряжение - вторичной. Вторичных обмоток у транс­форматора может быть много, а первичная одна, при этом напряжение вторичных обмоток может быть рав­но напряжению первичной, быть выше или ниже. Если напряжение вторичной обмотки больше, напряжения первичной, такой трансформатор называют повышающим, а если напряжение вторичной обмотки меньше напряжения первичной, такой трансформатор называют понижающий.

Трансформатор может использоваться в качестве гальванической развязки между электрическими цепями. Гальваническая развязка - передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током.

Если гальваническая развязка между обмотками не нужна, то применяют автотрансформаторы, т. е. трансформаторы, имеющие одну обмотку с отвода­ми. Трансформаторы удобны для цепей согласования, блоков питания с понижением или повышением выходного напряжения. Трансформаторы в подавляющем большинстве случаев имеют магнитопровод.

Магнитопровод моточного изделия обладает выра­женными магнитными свойствами. По магнитным свой­ствам любые материалы можно отнести к трем группам - диамагнетикам, парамагнетикам и ферромагнетикам. Магнитная проницае­мость диамагнетиков меньше 1, поэтому их использование в качестве магнитопровода понижает индуктивность. В качестве диамагнетиков могут быть использованы се­ребро, медь и даже благородные инертные газы. Магнит­ная проницаемость парамагнитных материалов больше 1, поэтому применение магнитопровода несколько увеличи­вает индуктивность. Парамагнитными свойствами обла­дают алюминий, хром, магний и другие вещества. Ферромагнетиками называют вещества, у которых магнитная проницаемость намного больше. Если взять в качестве магнитопровода ферромагнетик, индуктивность катуш­ки многократно возрастет. Ферромагнетиками являются железо, никель, кобальт и иные вещества. На основе данных материалов были разработаны сплавы, например пермаллой, способные увеличивать индуктивность кату­шек в десятки тысяч раз. В моточных изделиях, функ­ционирующих на низких частотах от 25 Гц до 20 кГц, выполняют магнитопроводы из трансформаторных сталей или пермаллоев, а магнитопроводами высокочастотных моточных изделий являются ферриты и аморфные ме­таллы. Предположим, что на обмотку моточного изделия сначала подали медленно нарастающее, а затем медленно убывающее напряжение, при этом магнитная индукция сначала будет плавно нарастать, а затем уменьшаться, однако траектория спада индукции не будет совпадать с ее ростом. Кривую зависимости магнитной индукции от напряженности поля, по которой перемагничивается сердечник, называют петлей гистерезиса. Чтобы потери на перемагничивание вещества сердечника были как можно меньше, стараются добиться производства материала с минимальной шириной петли гистерезиса. Магнитопроводы низкочастотных трансформаторов выполняют в виде лент толщиной от 0,05 до 1 мм, покрытых диэлектрическим материалом, с целью сни­жения потерь на вихревые токи. Чем выше частота, тем больше потери на вихревые токи. Чтобы потери в магнитопроводах оставались небольшими, требуется уменьшать толщи­ну ленты. Вместо лент высокочастотных магнитопроводов используют ферриты - вещества, об­ладающие свойством ферромагнетизма и изготовленные путем спекания оксидов ферромагнитных металлов.

Классификацию катушек индуктивности осуществля­ют: по назначению; технологии изготовления; конструкции; частотному диапазону и т. д.

По назначению катушки индуктивности подразделяют на катушки трансформато­ров, дросселей, реле, межкаскадной связи, резонансных систем и колебательных контуров и др.

По конструк­ции катушки индуктивности могут быть выполнены на каркасе или без, намотаны в один или несколько слоев, иметь магнитопровод или нет, могут быть заключены в экран.

По технологии изготов­ления катушки индуктивности могут быть намотаны проводом, выполнены в микросхемном исполнении. Обмотки подразделяют на однослойные и многослойные. Для намотки многослойных катушек используют провод, а не проволоку. Провод -это тонкий металлический прут, покрытый изоляцией, а проволока — прут, который не покрыт изоляцией. Толщина такого прута может быть тоньше человеческого волоса. Число витков катушек индуктивности может быть только целым: как только выполнен оборот провода или продет виток в окно магнитопровода, считают, что совершен виток.

Дата добавления: 2014-01-05