катушки индуктивности

Катушки индуктивности 1. Слайд 1. Всего 27.
КАТУШКИ
ИНДУКТИВНОСТИ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 2. Всего 27.
Функционирование катушек индуктивности
основано на взаимодействии тока и магнитного
потока.
В
проводе
индуцируется
ЭДС,
препятствующая нарастанию тока
eL  
dФ
dt
При гармоническом токе
i  I m sin t
dФ
di
eL  
  L  LI m cos t  X L I m cos t
dt
dt
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 3. Всего 27.
Индуктивность характеризует способность катушки
оказывать сопротивление переменному току.
Индуктивность короткого проводника [мкГн]
определяется его размерами
 4l 
L  2l  ln  1  10 3
 d

l – длина провода, см;
d – диаметр провода, см.
Пример: l = 10 см, d = 0,1 см.
 4  10 
 4l  3
L  2l  ln  1  10  2  10 ln
 1  205,99  1  120 мкГн
0,1
 d



Если намотать провод на каркас, получается катушка
индуктивности. Магнитный поток концентрируется и
значение индуктивности возрастает.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 4. Всего 27.
Конструкция катушек индуктивности
τ
l
D
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 5. Всего 27.
D
t
D0
l
Автор Останин Б.П.
l1
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 6. Всего 27.
АН
t
Автор Останин Б.П.
АВН
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 7. Всего 27.
Ферромагнитные сердечники изготовляются
из карбонильного железа или из феррита.
Сердечники концентрируют магнитное поле
катушки
и тем самым увеличивают её
индуктивность. Перемещение внутреннего
сердечника позволяет изменять индуктивность.
Внутренние сердечники бывают
1. стержневые,
2. трубчатые,
3. подстроечные резьбовые.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 8. Всего 27.
Броневые сердечники состоят из двух чашек.
Они могут иметь либо замкнутый магнитопровод
(тип СБ – А), либо разомкнутый (тип СБ – Б).
Для изменения индуктивности у них имеется
подстроечный сердечник.
Помимо цилиндрических и броневых сердечников
применяют тороидальные (кольцевые) сердечники.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 9. Всего 27.
На высоких частотах (десятки – сотни МГц)
применяют
подстроечные
цилиндрические
сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При
введении этих сердечников внутрь катушки
индуктивность катушки уменьшается.
В катушках индуктивности, работающих на
низких частотах (до 1 кГц), используют сердечники
из пермаллоя (пластины толщиной 0,002…0,1 мм).
Для уменьшения влияния электромагнитного поля
катушки на другие элементы схемы, а также для
уменьшения
внешних
полей
на
катушку
индуктивности её помещают внутри металлического
кожуха (экрана).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 10. Всего 27.
Индуктивность и собственная ёмкость
катушки индуктивности
Индуктивность катушки [мкГн]
L  L0W 2 D  10 3
W
D
L0
Автор Останин Б.П.
- число витков катушки ,
- диаметр катушки,
- коэффициент, зависящий от
отношения длины катушки к её диаметру.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 11. Всего 27.
Для однослойных катушек величина L0
L0 
1
l

0,1  0,45 
D

l
Оптимальными являются  0,6...1,0 ,
а
диаметр
D
катушки D = 1…2 см. При расчёте диаметр катушки D
принимают равным диаметру каркаса D0.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 12. Всего 27.
У многослойных катушек величина L0 зависит
не только от отношения l/D, но и от отношения
толщины обмотки t к диаметру катушки D.
Величина L0 определяется в этом случае по
графикам, а внешний диаметр катушки
принимают равным D= D0+2t.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 13. Всего 27.
L0
15
0
При
10
t
 ...
D
0,1
5
0,2
0,3
0,4
0,5
0
0,1
Автор Останин Б.П.
0,2
0,4
0,6 0,8
1,5
l/D
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 1. Всего 27.
При расчёте катушки индуктивности сначала
задают геометрические размеры катушки и
определяют коэффициент L0, а затем по заданной
величине индуктивности находят число витков
W 
L  10 3
L0 D
L - мкГн,
D - см.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 15. Всего 27.
Диаметр
намоточного
провода
должен
обеспечивать минимальные потери. Этот диаметр
определён из многочисленных опытов. Расчёт
катушки индуктивности ведётся с помощью
эмпирических формул и графиков.
По графику
 t l 
S  f ; 
D D
находят вспомогательный
коэффициент S.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 16. Всего 27.
S
2,0
1,5
0
0,1
0,3
0,5
0,7
1
1,0
0,5
0,1
0,3
0,5
l
 ...
D
t
D
Затем рассчитывают вспомогательный коэффициент
LS 2
p  3
D
2
1
L - мкГн,
D - см.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 17. Всего 27.
Далее рассчитывают коэффициент
f - Гц.
f
1  2
p1
Затем по графику 1 = f (1) находят
вспомогательный коэффициент 1 и рассчитывают
оптимальный диаметр провода в миллиметрах
d ОПТ 
Автор Останин Б.П.
1
р1
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 18. Всего 27.
1
1, 4
1, 2
1, 0
0, 8
0, 6
0, 4
0, 2
103
104
105
106
107
108
f
p12
f - Гц.
Полученное значение округляют до ближайшего
стандартного значения и выбирают марку провода.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 19. Всего 27.
После выбора оптимального диаметра провода
проверяют, разместится ли обмотка в заданных
размерах l и t.
Для однослойных обмоток рассчитывают шаг
обмотки
l
 
W 1
Если τ > dИЗ, то обмотка размещается. Если
нет, то увеличивают l и повторяют расчёт.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 20. Всего 27.
Для многослойных обмоток рассчитывают
толщину обмотки
2
ad ИЗ
W
t
l
а - коэффициент неплотности обмотки (а = 1,05…1,3).
Далее находят фактическое значение наружного
диаметра катушки
D  D0  2t
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 21. Всего 27.
Если найденная величина D отличается от
выбранной в начале расчёта более чем на 10 %, то
задают новые значения t и l и расчёт повторяют.
При помещении катушки в экран её индуктивность
уменьшается:
LЭК

D
DЭК
Автор Останин Б.П.

 D

 L 1   

 DЭК



3



- коэффициент, зависящий от отношения l/D;
- диаметр катушки;
- диаметр экрана.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 22. Всего 27.

1,4
1,0
0,6
0,2
0,2
Автор Останин Б.П.
0,6
1,0
1,4
1,8
l/D
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 23. Всего 27.
Чем меньше диаметр экрана, тем больше
уменьшается индуктивность катушки. Обычно
DЭК/D  1,6…1,8. При этом индуктивность
уменьшается не более чем на 20 %.
Многослойные катушки обычно выполняют с
сердечниками броневого типа. При этом большая
часть линий магнитного поля катушки замыкается
через сердечник, а меньшая через воздух.
Влияние экрана на индуктивность в этом случае
значительно ослабляется.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 24. Всего 27.
Применение сердечников из магнитных
материалов увеличивает индуктивность катушки.
Это позволяет уменьшить число витков катушки
и, соответственно, её габариты. Основным
параметром сердечника является его магнитная
проницаемость С. При наличии сердечника
индуктивность катушки LC
LC   С L
Поскольку в расчётные формулы входят
эмпирические коэффициенты, то индуктивность
изготовленной
катушки
отличается
от
расчётной.
Применение
подстроечных
магнитных сердечников позволяет получить
требуемое значение индуктивности.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 25. Всего 27.
Собственная ёмкость катушки индуктивности
Собственная ёмкость является паразитным
параметром
катушки
индуктивности
и
ограничивает возможности её применения.
Собственная ёмкость складывается из ёмкости
между отдельными витками катушки, между
витками и сердечником, витками и экраном,
витками и другими элементами конструкции. Все
эти ёмкости можно объединить в одну. Её и
называют собственной ёмкостью катушки CL.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 26. Всего 27.
Наименьшей собственной ёмкостью (СL = 1…2 пФ)
обладают однослойные катушки индуктивности.
Приближённо её рассчитывают по формуле
CL  (0,5...1,0) D
D - диаметр катушки, см.
Собственная ёмкость многослойных катушек
значительно больше (до 30 пФ). Причём при
рядовой намотке она больше, чем при намотке
«в навал». Существенное уменьшение ёмкости
многослойных
катушек
достигается
при
использовании универсальной намотки
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 1. Слайд 27. Всего 27.
Н3
Н2
Н1
К3
К2
К1

Один цикл
l

360 (один виток)
Совершив один оборот вокруг каркаса,
провод
возвращается
в
положение,
отличающееся от исходного на угол . Это угол
выбирается таким, чтобы каждый последующий
виток находился рядом с предыдущим.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда