Меню

Устройство катушки с током это



Катушки индуктивности и магнитные поля

Катушки индуктивности и магнитные поляПосле рассказа о применении конденсаторов логично было бы рассказать еще об одном представителе пассивных радиоэлементов – катушках индуктивности. Но рассказ о них придется начать издалека, вспомнить о существовании магнитного поля, ведь именно магнитное поле окружает и пронизывает катушки, именно в магнитном поле, чаще всего переменном, катушки и работают. Короче, это их среда обитания.

Магнетизм, как свойство вещества

Магнетизм является одним из важнейших свойств вещества, так же как, например, масса или электрическое поле. Явления магнетизма, впрочем, как и электричества, были известны давно, вот только тогдашняя наука не могла объяснить сути этих явлений. Непонятное явление получило название «магнетизм» по имени города Магнезия, что был когда-то в Малой Азии. Именно из руды, добываемой поблизости, и получались постоянные магниты.

Но постоянные магниты в рамках данной статьи не особо интересны. Коль скоро было обещано рассказать о катушках индуктивности, то речь пойдет, скорее всего, об электромагнетизме, ведь далеко не секрет, что даже вокруг провода с током существует магнитное поле.

В современных условиях исследовать явление магнетизма на начальном, хотя бы уровне, достаточно легко. Для этого надо собрать простейшую электрическую цепь из батарейки и лампочки для карманного фонаря. В качестве индикатора магнитного поля, его направления и напряженности можно воспользоваться обычным компасом.

Магнитное поле постоянного тока

Как известно, компас показывает направление на Север. Если поблизости расположить провода упомянутой выше простейшей схемы, и включить лампочку, то стрелка компаса несколько отклонится от своего нормального положения.

Подключив параллельно еще одну лампочку можно удвоить ток в цепи, отчего угол поворота стрелки несколько увеличится. Это говорит о том, что магнитное поле провода с током стало больше. Именно на таком принципе работают стрелочные измерительные приборы.

Если полярность включения батарейки изменить на обратную, то и стрелка компаса повернется другим концом — направление магнитного поля в проводах также изменилось по направлению. Когда схема будет отключена, стрелка компаса вновь вернется в свое законное положение. Нет тока в катушке, нет и магнитного поля.

Во всех этих опытах компас играет роль пробной магнитной стрелки, подобно тому, как исследование постоянного электрического поля производится пробным электрическим зарядом.

На основе таких простейших опытов можно сделать заключение, что магнетизм появляется на свет благодаря электрическому току: чем этот ток сильней, тем сильнее магнитные свойства проводника. А откуда же тогда берется магнитное поле у постоянных магнитов, ведь к ним батарейку с проводами никто не подключал?

Фундаментальными научными исследованиями доказано, что и постоянный магнетизм основан на электрических явлениях: каждый электрон находится в собственном электрическом поле и обладает элементарными магнитными свойствами. Только в большинстве веществ эти свойства взаимно нейтрализуются, а у некоторых почему-то складываются в один большой магнит.

Конечно, на самом деле все не так примитивно и просто, но, в общем, даже постоянные магниты имеют свои чудесные свойства за счет движения электрических зарядов.

А какие они магнитные линии?

Магнитные линии можно увидеть визуально. В школьном опыте на уроках физики для этого на лист картона насыпаются металлические опилки, а внизу помещается постоянный магнит. Слегка постукивая по листу картона можно добиться картинки, показанной на рисунке 1.

Магнитные линии

Нетрудно видеть, что магнитные силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный, при этом не разрываясь. Конечно, можно сказать, что как раз, наоборот, из южного в северный, но так уж принято, поэтому из северного в южный. Точно так же, как когда-то приняли направление тока от плюса к минусу.

Если вместо постоянного магнита сквозь картонку пропустить провод с током, то металлические опилки покажут его, проводника, магнитное поле. Это магнитное поле имеет вид концентрических круговых линий.

Для исследования магнитного поля можно обойтись и без опилок. Достаточно вокруг проводника с током перемещать пробную магнитную стрелку, чтобы увидеть, что силовые магнитные линии и впрямь представляют собой замкнутые концентрические окружности. Если перемещать пробную стрелку в сторону, куда ее отклоняет магнитное поле, то непременно вернемся в ту же точку, откуда начали движение. Аналогично, как пешком вокруг Земли: если идти никуда не сворачивая, то рано или поздно придешь на то же место.

Магнитное поле

Правило буравчика

Направление магнитного поля проводника с током определяется по правилу буравчика, — инструмента для сверления отверстий в дереве. Тут все очень просто: буравчик надо вращать так, чтобы его поступательное движение совпадало с направлением тока в проводе, тогда направление вращения рукоятки покажет, куда направлено магнитное поле.

Правило буравчика

«Ток идет от нас» — крестик в середине круга это оперение стрелы, летящей за плоскость рисунка, а где «Ток идет к нам», показан наконечник стрелы, летящей из-за плоскости листа. По крайней мере, такое объяснение этих обозначений давалось на уроках физики в школе.

Взаимодействие магнитных полей двух проводников с током

Взаимодействие магнитных полей двух проводников с током

Если к каждому проводнику применить правило буравчика, то определив направление магнитного поля в каждом проводнике, можно с уверенностью сказать, что проводники с одинаковым направлением тока притягиваются, а их магнитное поля складываются. Проводники с токами разного направления взаимно отталкиваются, магнитное их поле компенсируется.

Катушка индуктивности

Если проводник с током выполнить в виде кольца (витка), то у него появляются свои магнитные полюса, северный и южный. Но магнитное поле одного витка, как правило, невелико. Гораздо лучших результатов можно добиться, намотав провод в виде катушки. Такую деталь называют катушкой индуктивности или просто индуктивностью. В этом случае магнитные поля отдельных витков складываются, взаимно усиливая друг друга.

каким образом можно получить сумму магнитных полей катушки

На рисунке 5 показано, каким образом можно получить сумму магнитных полей катушки. Вроде бы можно запитать каждый виток от своего источника, как показано на рис. 5.2, но проще соединить витки последовательно (просто намотать одним проводом).

Совершенно очевидно, что чем большее количество витков у катушки, тем сильнее ее магнитное поле. Также магнитное поле зависит и от тока через катушку. Поэтому вполне правомерно оценивать способность катушки создавать магнитное поле просто умножив ток через катушку (А) на количество витков (W). Такая величина так и называется ампер – витки.

Катушка с сердечником

Магнитное поле, создаваемое катушкой, можно значительно увеличить, если внутрь катушки ввести сердечник из ферромагнитного материала. На рисунке 6 показана таблица с относительной магнитной проницаемостью различных веществ.

Например, трансформаторная сталь позволит сделать магнитное поле примерно в 7..7,5 тысяч раз сильней, чем при отсутствии сердечника. Другими словами, внутри сердечника магнитное поле будет вращать магнитную стрелку в 7000 раз сильнее (такое можно только представить мысленно).

Относительная магнитная проницаемость

В верхней части таблицы разместились парамагнитные и диамагнитные вещества. Относительная магнитная проницаемость µ указана относительно вакуума. Следовательно, парамагнитные вещества немного усиливают магнитное поле, а диамагнитные чуть-чуть ослабляют. В общем, особого влияния на магнитное поле эти вещества не оказывают. Хотя, на высоких частотах для настройки контуров иногда применяются латунные или алюминиевые сердечники.

В нижней части таблицы разместились ферромагнитные вещества, которые значительно усиливают магнитное поле катушки с током. Так, например, сердечник из трансформаторной стали сделает магнитное поле сильнее ровно в 7500 раз.

Чем и как измерить магнитное поле

Когда понадобились единицы для измерения электрических величин, то в качестве эталона взяли заряд электрона. Из заряда электрона была сформирована вполне реальная и даже ощутимая единица – кулон, а на ее основе все оказалось просто: ампер, вольт, ом, джоуль, ватт, фарада.

А что можно взять в качестве отправной точки для измерения магнитных полей? Каким-то образом привязать к магнитному полю электрона весьма проблематично. Поэтому в качестве единицы измерения в магнетизме принят проводник, по которому протекает постоянный ток в 1 А.

Характеристики магнитного поля

Основной такой характеристикой является напряженность (H). Она показывает, с какой силой действует магнитное поле на упомянутый выше пробный проводник, если дело происходит в вакууме. Вакуум предназначается для исключения влияния среды, поэтому эту характеристику – напряженность считают абсолютно чистой. За единицу напряженности принят ампер на метр (а/м). Такая напряженность появляется на расстоянии 16см от проводника, по которому идет ток 1А.

Напряженность поля говорит лишь о теоретической способности магнитного поля. Реальную же способность к действию отражает другая величина магнитная индукция (B). Именно она показывает реальную силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током в 1А.

Если в проводнике длиной 1м протекает ток 1А, и он выталкивается (притягивается) с силой 1Н (102Г), то говорят, что величина магнитной индукции в данной точке ровно 1 тесла.

Магнитная индукция величина векторная, кроме численного значения она имеет еще и направление, которое всегда совпадает с направлением пробной магнитной стрелки в исследуемом магнитном поле.

Характеристики магнитного поля

Единицей магнитной индукции является тесла (ТЛ), хотя на практике часто пользуются более мелкой единицей Гаусс: 1ТЛ = 10 000Гс. Много это или мало? Магнитное поле вблизи мощного магнита может достигать нескольких Тл, около магнитной стрелки компаса не более 100Гс, магнитное поле Земли вблизи поверхности примерно 0,01Гс и даже ниже.

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции B характеризует магнитное поле лишь в одной точке пространства. Чтобы оценить действие магнитного поля в некотором пространстве вводится еще такое понятие, как магнитный поток (Φ).

По сути дела он представляет собой количество линий магнитной индукции, проходящих через данное пространство, через какую-то площадь: Φ=B*S*cosα. Эту картину можно представить в виде дождевых капель: одна линия это одна капля (B), а все вместе это магнитный поток Φ. Именно так в общий поток соединяются силовые магнитные линии отдельных витков катушки.

Магнитный поток

В системе СИ за единицу магнитного потока принят Вебер (Вб), такой поток возникает, когда индукция в 1 Тл действует на площади 1 кв.м.

Магнитная цепь

Магнитный поток в различных устройствах (двигатели, трансформаторы и т.п.), как правило, проходит определенным путем, называемым магнитной цепью или просто магнитопроводом. Если магнитная цепь замкнута (сердечник кольцевого трансформатора), то ее сопротивление невелико, магнитный поток проходит беспрепятственно, концентрируется внутри сердечника. На рисунке ниже показаны примеры катушек с замкнутым и разомкнутым магнитопроводами.

Магнитная цепь

Сопротивление магнитной цепи

Но сердечник можно распилить и вытащить из него кусочек, сделать магнитный зазор. Это увеличит общее магнитное сопротивление цепи, следовательно, уменьшит магнитный поток, а в целом уменьшится индукция во всем сердечнике. Это все равно как в электрическую цепь последовательно запаять большое сопротивление.

Сопротивление магнитной цепи

Если получившийся зазор перекрыть куском стали, то получится, что параллельно зазору подключили дополнительный участок с меньшим магнитным сопротивлением, что и восстановит нарушенный магнитный поток. Это очень напоминает шунт в электрических цепях. Кстати, для магнитной цепи также существует закон, который называют законом Ома для магнитной цепи.

Сопротивление магнитной цепи

Через магнитный шунт пойдет основная часть магнитного потока. Именно это явление и используется в магнитной записи звуковых или видеосигналов: ферромагнитный слой ленты перекрывает зазор в сердечнике магнитных головок, и весь магнитный поток замыкается через ленту.

Направление магнитного потока, создаваемого катушкой, можно определить, воспользовавшись правилом правой руки: если четыре вытянутых пальца указывают направление тока в катушке, то большой палец покажет направление магнитных линий, как показано на рисунке 13.

Читайте также:  Законы параллельного соединения потребителей тока

Принято считать, что магнитные линии выходят из северного полюса и заходят в южный. Поэтому большой палец в данном случае указывает расположение южного полюса. Проверить так ли это, можно опять же с помощью стрелки компаса.

Как работает электродвигатель

Известно, что электричество может создавать свет и тепло, участвовать в электрохимических процессах. После знакомства с основами магнетизма можно рассказать о том, как работают электродвигатели.

Электродвигатели могут быть самой разной конструкции, мощности и принципа действия: например постоянного и переменного тока, шаговые или коллекторные. Но при всем многообразии конструкций принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей ротора и статора.

Для получения этих магнитных полей по обмоткам пропускают ток. Чем больше ток, и чем выше магнитная индукция внешнего магнитного поля, тем мощнее двигатель. Для усиления этого поля используются магнитопроводы, поэтому в электрических двигателях так много стальных деталей. В некоторых моделях двигателей постоянного тока используются постоянные магниты.

Как работает электродвигатель

Здесь, можно сказать, все понятно и просто: пропустили по проводу ток, получили магнитное поле. Взаимодействие с другим магнитным полем заставляет этот проводник двигаться, да еще и совершать механическую работу.

Направление вращения можно определить по правилу левой руки. Если четыре вытянутых пальца показывают направление тока в проводнике, а магнитные линии входят в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление выталкивания проводника в магнитном поле.

Источник

Что такое электромагнитная катушка?

Электромагнитные катушки

Электромагнитная катушка представляет собой электрический проводник, как правило провод, в форме катушки или другой подобной форме. Большинство этих катушек намотано на сердечник из железного материала.

Этот простой компонент может использоваться во множестве устройств, во многом благодаря уникальному взаимодействию между магнитными полями и электрическим током.

В системах обогрева устройство может представлять собой электромагнитную катушку, генерирующую тепло за счет индукции, или простой резистивный нагревательный элемент в форме катушки.

Назначение электромагнитных катушек

Чтобы соответствовать широкому спектру применений, существует множество типов электромагнитных катушек, различающихся по сечению, длине, диаметру катушки и материалам, на которые наматывается провод. Все разновидности электрических катушек могут быть адаптированы для удовлетворения конкретных требований.

Кроме того, помимо передачи тепла, звука или электричества, электрические катушки должны выполнять несколько различных функций. Например, электроника, автомобилестроение, медицина, компьютерная промышленность, бытовая техника и телекоммуникации в значительной степени полагаются на электрические катушки для обеспечения движения, регулирования потока и / или преобразования электрических токов.

Хотя это может показаться очень разными функциями, основные электромеханические принципы, используемые во всех электрических катушках, в целом одинаковы: проводящий металлический провод наматывается на изолятор, который может быть таким простым материалом, как картон, пластик или даже воздух.

схема электромагнитной катушки

Два конца провода обычно превращаются в электрические соединительные клеммы, называемые «ответвителями», которые затем подключаются к электрическому току. Когда ток проходит по спиральным проводам, сама катушка намагничивается (хотя в некоторых случаях она может размагничиваться).

Сила, создаваемая этим явлением, используется, в частности, такими компаниями, как производители электромагнитных клапанов, производители электродвигателей и поставщики аппаратов МРТ.

Применение электромагнитных катушек

Электромагнитные катушки используются в электротехнике в бесчисленных отраслях промышленности и в конкретных приложениях из-за важности взаимодействия между электрическими токами и магнитными полями во многих электрических устройствах.

Соответственно, электрические катушки встречаются почти во всех отраслях промышленности. В любой отрасли, использующей электричество, вероятно, есть по крайней мере несколько приложений, использующих электрические катушки, хотя они могут быть встроены в готовое оборудование и не являются предметом особой озабоченности компаний в каждой отрасли.

Отрасли с особыми сферами применения и уникальной потребностью в производстве обмоток электрических катушек или сборки катушек включают, но не ограничиваются:

  • Выработка энергии. Ключевой компонент при производстве любого электрического генератора или электродвигателя.
  • Тяжелая индустрия. Используется для различных двигателей и устройств управления, работающих в тяжелых условиях, а также в специальных электромагнитных устройствах.
  • Телекоммуникации. Используются как антенны, реле и т. д.
  • Медицина. Используется в различных устройствах формирования электромагнитных изображений и для определенных приложений, таких как биофильтры.
  • Компьютеры. Используется в магнитных запоминающих устройствах.
  • Бытовая техника. Многие нагревательные катушки используют одни и те же принципы электромагнитной индукции; там, где тепло было бы нежелательным побочным эффектом в других приложениях, это основная цель в различных домашних устройствах, таких как тепловые насосы или индукционные электрические плиты.
  • Автомобильная промышленность. Применяется для различных двигателей, генераторов. В частности, узел катушки, то есть катушки зажигания, катушка соленоида или реле стартера.
  • Контроль мощности. Используется в автоматических выключателях, контакторах, катушечных переключателях реле и различных других механизмах управления мощностью.

История

История электромагнитной катушки — это история электромагнитной науки в целом, так как именно с катушкой из проволоки и магнитом Майкл Фарадей впервые определил, что электрический ток может генерироваться с помощью магнитных сил. За прошедшие с тех пор годы практическое применение этих знаний проявилось во многих формах, хотя самым непосредственным ранним применением, конечно же, был электрический генератор Грамма в 1871 году.

электрический генератор Грамма

По мере того, как наше понимание и использование электромагнитных сил продвигалось вперед, появились и электромагнитные катушки. Для каждого потенциального применения бесчисленное количество раз изобретались, совершенствовались и модернизировались одна или несколько катушек с индивидуальными требованиями. Природа электрических катушек такова, что инновации в конструкции катушек присущи практически любому применению.

Конструкция электромагнитной катушки

Базовая конструкция электрической катушки может легко усложниться с добавлением дополнительных обмоток. Обмотка определяется как полный узел катушки с отводами и другими элементами. В то время как в где то может использоваться одна обмотка, то другие требуют добавления вторичных и даже третичных обмоток.

Электрический трансформатор, например, представляет собой электромагнитный компонент, который состоит из первичной и вторичной обмоток, что позволяет ему передавать электрическую энергию от одной электрической цепи к другой электрической цепи посредством магнитной муфты без движущихся частей.

электромагнитная катушка

Определенные как точки в проволочной катушке, которая состоит из открытого проводящего участка, отводы катушки могут различаться в основном по размеру, так же как и диаметр самой катушки. Когда катушка имеет большой диаметр, степень самоиндукции намного больше, и ток пытается течь внутри провода, а не снаружи, что может быть проблемой.

Кроме того, многослойные электрические катушки могут иметь проблемы с межслойной емкостью, которая относится к электрическому явлению, при котором сохраняется электрический заряд, поэтому форма катушки должна быть изменена.

В результате для многослойных электрических катушек спиральная форма является наиболее практичной формой. Величина самоиндукции намного больше, и ток пытается течь внутри провода, а не снаружи, что может быть проблемой.

Кроме того, многослойные электрические катушки могут иметь проблемы с межслойной емкостью, которая относится к электрическому явлению, при котором сохраняется электрический заряд, поэтому форма катушки должна быть изменена.

  • Проводящие материалы

Основа любой электрической катушки, включая простые резистивные нагревательные элементы — это проводящий материал, имеющий форму катушки. Чаще всего это медная проволока, но для этой роли можно использовать любой токопроводящий материал. Алюминий — популярная альтернатива.

  • Основные материалы

Для большинства электромагнитных катушек также необходимо учитывать материал сердечника. Обычно это какой-нибудь ферромагнитный материал, например, железо. Сердечник может представлять собой сплошной кусок, пучок проводов или любое количество других конфигураций.

Типы и формы электромагнитных катушек

В зависимости от используемого приложения, вы обычно будете довольно ограничены в общем стиле электрической катушки. Устройству, который требует статора, совместимого с постоянным током, не нужна катушка для электродвигателя переменного тока, так как ваши возможности, таким образом, будут довольно ограничены.

формы электромагнитных катушек

Специфика конструкции электрических катушек означает, что каждый небольшой аспект конфигурации может сильно повлиять на производительность конечного продукта. Например, на индуктивные свойства простой электромагнитной катушки напрямую влияют эти и многие другие факторы:

  • Количество обертываний
  • Площадь катушки
  • Длина катушки
  • Материал сердечника
  • Материал катушки

Несмотря на то, что в конструкции электрических катушек есть основное сходство, есть много способов, которыми каждая катушка может быть разработана специально для ее применения. Например, некоторые электрические катушки требуют защиты от суровых условий окружающей среды, таких как влажность, соль, масло и вибрация.

Чтобы защитить хрупкие катушки от агрессивных элементов, поскольку при длительном воздействии можно легко потерять проводимость, электрические катушки можно формовать или герметизировать.

В то время как формованные катушки заключены в пластиковые покрытия, которые герметизируют весь блок катушек, герметизированные катушки сделаны из проволоки, которая сама залита полимерно- эпоксидной смолой.

Другие типы электрических катушек, такие как катушки тороидального трансформатора, намотаны вокруг ферритовых колец и обернуты герметизирующей лентой для защиты окружающей среды.

катушки тороидального трансформатора

Один из наиболее распространенных типов электрических катушек, соленоидные катушки, иногда просто называют соленоидами. Часто используемые в качестве удаленного переключателя, соленоиды представляют собой катушки с током, которые становятся магнитными, когда ток проходит через катушку, которая обычно наматывается на железный сердечник.

Другие типы электромагнитных катушек включают:

катушки Роговского

  • катушки Гарретта, используемые в металлоискателях
  • катушки Роговского, используемые для измерения переменного тока (AC)
  • катушки Удина, которые являются катушками с разрушающим зарядом
  • катушки Браунбека, используемые в геомагнитных исследованиях.

Катушка Роговского

Оптимизация производительности электромагнитных катушек

Поскольку работа электрической катушки в конечном итоге очень проста, оптимизация производительности обычно сводится к точному согласованию конструкции катушки с применением. Это означает, что необходимо убедиться, что все совпадает, эффективно подходит и течет чисто, без потерь тепла, движения и т. д.

В зависимости от конкретного применения повышение производительности может означать замену катушки на лучшую конструкцию или замену компонентов, чтобы они лучше соответствовали вашей конструкции. катушка. Вам нужно будет решить, исходя из того, что вы пытаетесь сделать.

Конечно, чтобы сделать что-либо из этого, требуется понимание того, как работает ваша система, что делает аналитические инструменты и программное обеспечение идеальными для всех, кто пытается добиться максимальной производительности.

Вы можете обнаружить несколько поверхностных проблем без надлежащего оборудования, но для всего, что приближается к максимальной производительности, вам понадобится современное оборудование.

При выборе конструкции для вашей электрической катушки есть несколько других факторов, которые вы можете рассмотреть, прежде чем обращаться к компании, производящей обмотки. Если вы не уверены в чем-либо из них, не стесняйтесь спросить совета у любой компании, производящей обмотки, или спросите своего инженера-электрика.

Виды электромагнитных катушек

  • Катушки с воздушным сердечником (самонесущие катушки) — электромагнитные катушки, которые намотаны «вокруг воздуха» без сердечника, отсюда термины «воздушные катушки» и «самоподдерживаемые катушки».
  • Катушки с намоткой на шпульку — электромагнитный провод, намотанный на пластиковый сердечник или «шпульку». Пластиковые сердечники бывают разных размеров, а катушки, намотанные на бобину, могут быть пропитаны, отформованы или заклеены лентой, чтобы соответствовать различным медицинским устройствам, датчикам, реле и автомобилям.
  • Дроссельные катушки — представляют собой электрические катушки с низким сопротивлением и высокой индуктивностью, которые используются для блокировки высокочастотных переменных токов (AC) электричества, позволяя проходить низкочастотным постоянным токам (DC).

Дроссельные катушки

Катушка Тесла

  • Электрические катушки — альтернативное название электрических катушек, состоят из серии петель, изготовленных из токопроводящей металлической проволоки и намотанных на ферромагнитный сердечник.
  • Инкапсулированные катушки — это электрические катушки, заключенные в силиконовый, полиэфирный, жидкий или термоформованный эпоксидный кожух.
  • Катушки высокого напряжения — это электрические катушки, в которых используется напряжение выше, чем обычно считается безопасным.
  • Катушки зажигания — это электрические индукционные катушки, которые используются для преобразования более низких напряжений мощности в более высокие напряжения мощности, необходимые для зажигания свечей зажигания системы.
  • Пропитанные катушки — катушки, которые были сначала погружены в эпоксидную смолу или подвергнуты совместной экструзии перед намоткой. Ламинирующая эпоксидная смола изолирует проводящий электромагнитный провод от элементов, создавая блок, который эффективно защищен от погодных условий и грязи без затрат на инструменты, связанные с формованными катушками
  • Индукционные катушки — распространенный синоним электрических катушек, электромагнитные катушки используются для создания электродвижущей силы путем активации на магнетизм посредством электрических токов.
  • Магнитные катушки — которые также могут называться электромагнитными катушками или просто катушками, включают все типы электрических катушек, которые работают по принципу индукции.
  • Литые катушки — электромагнитные катушки, заключенные в термоформованные или отлитые под давлением пластиковые корпуса, защищающие катушку от погодных условий, грязи и вибрации.
  • Электромагнитные катушки — также называемые соленоидами, представляют собой трехмерные петли или катушки из проволоки, которые намотаны вокруг металлического сердечника и служат для создания магнитного поля при прохождении электрического тока через катушку.
  • Катушки, обмотанные лентой — катушки, обычно намотанные на сердечник, которые заключены в герметизирующую ленту для защиты электромагнитной катушки от погодных условий, грязи и вибрации. Бухты, намотанные лентой, не так эффективны в блокировании этих вредных элементов, как пропитанные или формованные бухты, но затраты на производство катушек, намотанных лентой, намного ниже
  • Катушка Тесла — электрическое устройство, которое генерирует чрезвычайно высокое напряжение, обычно с целью создания электрических дуг и эффектов молнии или для получения рентгеновских лучей.
Читайте также:  Математическая модель коллекторного двигателя постоянного тока

Катушка Тесла

  • Тороиды / тороидальные катушки — медный провод, намотанный на ферритовое или железное кольцо в форме пончика. Ферритовый сердечник усиливает индуктивность катушки и может использоваться в транспортных средствах, аудио и источниках питания.
  • Катушки трансформатора — электромагнитные катушки, обычно пропитанные или ламинированные, которые используются для изменения напряжения входящего электрического тока, подавая ток обратно с той же частотой, но с другим напряжением.
  • Звуковые катушки — звуковая катушка, состоящая из обмотки, воротника и бобины, представляет собой своего рода электрическую катушку. Он прикрепляется к вершине диффузора громкоговорителя, где его цель — помочь усилить звук.

Электромагнитные катушки термины

  • Шпулька — пластиковый сердечник, вокруг которого часто наматываются электрические катушки.
  • Обмотка катушки — процесс наматывания электромагнитного провода вокруг сердечника или в самонесущую «воздушную» катушку; катушки могут быть однослойными или состоять из множества слоев. Для точных технических катушек часто требуется «прецизионная намотка».

Проводник — материал, часто металл (например, медь), который пропускает электрические токи за счет движения свободных электронов.

Электрический ток — Поток электрически заряженных электронов или ионов к положительному полюсу, вызванный путем введения электрического энергетического поля

  • Электромагнетизм — магнетизм, который создается электрическим током и зависит от него.
  • Поле катушки — представляет собой электромагнит используется для создания магнитного поля в электромагнитной машине, правило вращающейся электрической машины такой как двигатель или генератор. Он состоит из проволочной катушки, по которой течет ток.
  • Индуктивность — Электродвижущая сила или сила электромагнитной катушки (или цепи), создаваемая воздействием на катушку электрического тока.

    Преобразователь — электрическое устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую.

  • Обороты — количество раз, когда электромагнитная катушка наматывается либо на ее сердечник, либо, в случае воздушных катушек, количество раз, когда катушка полностью закручивается
  • Источник

    Катушка индуктивности. Параметры. Виды. Обозначение на схемах

    Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Катушка индуктивности относится к числу элементов, без которых не получится построить приемник, телевизор, радиоуправляемую модель, передатчик, генератор сигналов, модемный преобразователь, сетевой фильтр и т.п.

    Катушку индуктивности или просто катушку можно представить в виде нескольких витков провода намотанного в спираль. Ток проходя по каждому витку спирали создает в них магнитное поле, которое пересекаясь с соседними витками наводит в них э.д.с самоиндукции. И чем провод длиннее и большее число витков он образует, тем самоиндукция больше.

    Катушка индуктивности

    Индуктивность

    По своей сути индуктивность является электрической инерцией и ее основное свойство состоит в том, чтобы оказывать сопротивление всякому изменению протекающего тока. Если через катушку пропускать определенный ток, то ее индуктивность будет противодействовать как уменьшению, так и увеличению протекающего тока.

    В отличие от конденсатора, который пропускает переменный и не пропускает постоянный ток, катушка индуктивности свободно пропускает постоянный ток и оказывает сопротивление переменному току, потому что он изменяется быстрее, чем может изменяться магнитное поле.

    И чем больше индуктивность катушки и чем выше частота тока, тем оказываемое сопротивление сильнее. Это свойство катушки применяют, например, в приемной аппаратуре, когда требуется в электрической цепи преградить путь переменному току.

    Индуктивность измеряется в генри (Гн), миллигенри (1мГн = 10ˉ3 Гн), микрогенри (1мкГн = 10ˉ6 Гн), наногенри (1нГн = 10ˉ9 Гн) и обозначается латинской буквой L.

    Общие свойства катушек индуктивности

    В зависимости от требуемой индуктивности и частоты, на которой катушка будет работать, она может иметь самые различные исполнения.

    Для высоких частот это может быть простая катушка состоящая из нескольких витков провода или же катушка с сердечником из ферромагнитного материала и иметь индуктивность от нескольких наногенри до нескольких десятков миллигенри. Такие катушки применяются в радиоприемной, передающей, измерительной аппаратуре и т.п.

    Катушки, работающие на высоких частотах, можно разделить на катушки контуров, катушки связи и дроссели высокой частоты. В свою очередь катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и переменной индуктивностью (вариометры).

    По конструктивному признаку высокочастотные катушки разделяются на однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без сердечников и катушки с магнитными и немагнитными сердечниками, бескаркасные, цилиндрические плоские и печатные.

    Внешний вид катушек индуктивности

    Для работы в цепи переменного тока низкой частоты, на звуковых частотах, во входных фильтрах блоков питания, в цепях питания осветительного электрооборудования применяются катушки с достаточно большой индуктивностью. Их индуктивность достигает десятки и даже сотни генри, а в обмотках могут создаваться большие напряжения и протекать значительные токи.

    Для увеличения индуктивности при изготовлении таких катушек применяют магнитопроводы (сердечники), собранные из отдельных тонких изолированных пластин сделанных из специальных магнитных материалов – электротехнических сталей, пермаллоев и др.

    Применение наборных магнитопроводов обусловлено тем, что под действием переменного магнитного поля в сплошном магнитопроводе, который можно рассматривать как множество короткозамкнутых витков, образуются вихревые токи, которые нагревают магнитопровод, бесполезно потребляя часть энергии магнитного поля. Изоляция же между слоями стали оказывается на пути вихревых токов и значительно снижает потери.

    Катушки с магнитопроводами из изолированных пластин можно разделить на дроссели и трансформаторы.

    Внешний вид дросселей и трансформаторов

    Основные параметры катушек индуктивности

    Свойства катушек могут быть охарактеризованы четырьмя основными параметрами: индуктивностью, добротностью, собственной емкостью и стабильностью.

    1. Индуктивность.

    Индуктивность (коэффициент самоиндукции) является основным электрическим параметром и характеризует величину энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергии она запасает в своем магнитном поле.

    Индуктивность зависит от размеров каркаса, формы, числа витков катушки, диаметра и марки провода, а также от формы и материала магнитопровода (сердечника).

    В радиолюбительских схемах, как правило, величину индуктивности не указывают, так как радиолюбителя интересует не эта величина, а количество витков провода в катушке, диаметр и марка провода, способ намотки (внавал, виток к витку, крест на крест, секционная намотка) и размеры каркаса катушки.

    2. Добротность.

    Добротность (Q) характеризуется качеством работы катушки индуктивности в цепях переменного тока и определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь.

    Активное сопротивление включает в себя сопротивление провода обмотки катушки; сопротивление, вносимое диэлектрическими потерями в каркасе; сопротивление, вносимое собственной емкостью и сопротивления, вносимые потери в экраны и сердечники.

    Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество. В большинстве случаев добротность катушки определяют резонансные свойства и к.п.д. контура.
    Современные катушки средних размеров имеют добротность около 50 – 300.

    3. Собственная емкость.

    Катушки индуктивности обладают собственной емкостью, которая увеличивается по мере увеличения числа витков и размеров катушки. Между соседними витками существует межвитковая емкость, из-за которой некоторая часть тока проходит не по проводу, а через емкость между витками, отчего сопротивление между выводами катушки уменьшается.

    Все дело в том, что общее напряжение, приложенное к катушке, разделяется на межвитковые напряжения из-за чего между витками образуется электрическое поле, вызывающее скопление зарядов. Витки, разделенные слоями изоляции, образуют обкладки множества маленьких конденсаторов, через которые протекает часть тока, из общей емкости которых и складывается собственная емкость катушки. Таким образом катушка обладает не только индуктивными но и емкостными свойствами.

    Собственная емкость является вредным параметром и ее стремятся уменьшить применением специальных форм каркаса и способом намотки провода.

    4. Стабильность.

    Стабильность катушки характеризуется изменением ее параметров под воздействием температуры, влажности и во времени.

    Изменение индуктивности под влиянием температуры характеризуют температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), равным относительному изменению индуктивности при изменении температуры на 1°С. ТКИ катушки определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса.

    Влажность вызывает увеличение собственной емкости и диэлектрических потерь, а также понижает стабильность катушки. Для защиты от действия влажности применяется герметизация или пропитка и обволакивание обмотки негигроскопичными составами.

    Такие катушки обладают более низкой добротностью и большой собственной емкостью, но при этом они более устойчивы к воздействию влаги.

    Катушки индуктивности с магнитопроводами

    Для получения малогабаритных катушек различного назначения применяют магнитопроводы (сердечники), которые изготавливают из магнитодиэлектриков и ферритов. Катушки с магнитопроводами имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, малую длину провода и небольшие размеры.

    Ценным свойством катушек с магнитопроводами является возможность их подстройки, т.е. изменения индуктивности в небольших пределах путем перемещения внутри катушки специального цилиндрического подстроечника, состоящего из феррита с напрессованной на него резьбовой втулкой.

    Катушка индуктивности с магнитопроводом

    Магнитодиэлектрики представляют собой измельченное вещество, содержащее в своем составе железо (ферромагнетик), частицы которого равномерно распределены в массе диэлектрика (бакелита или аминопласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.

    Ферриты представляют собой твердые растворы окислов металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающееся при этом вещество – полупроводниковая керамика – обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.

    Основным достоинством ферритов является высокая магнитная проницаемость, которая позволяет существенно уменьшить размеры катушек.

    В старых принципиальных схемах магнитопроводы из магнитодиэлектриков и ферритов обозначались одинаково – утолщенной штриховой линией (рис. а). Впоследствии стандарт ЕСКД оставил этот символ для магнитопроводов из магнитодиэлектрика, а для ферритовых ввел обозначение, ранее применявшееся только для магнитопроводов низкочастотных дросселей и трансформаторов – сплошную жирую линию (рис. б). Однако согласно последней редакции ГОСТ 2.723.68 (март 1983г.) магнитопроводы катушек изображают линиями нормальной толщины (рис. в).

    Читайте также:  Чем характеризуется идеальный источник тока

    Обозначение магнитопроводов из ферритов на схемах

    Катушки, индуктивность которых можно изменять с помощью магнитопровода, на электрических схемах указываются при помощи знака подстроечного регулирования, который вводится в ее условное обозначение.

    Изменение индуктивности обозначают двумя способами: либо знаком подстроечного регулирования пересекающим обозначения катушки и магнитопровода (рис. а), либо только пересечением магнитопровода с изображением его над катушкой (рис. б).

    Обозначение катушек с регулируемой индуктивностью

    Экранированные катушки индуктивности

    Для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электромагнитным полем катушки и влияния на катушку окружающего пространства, ее экранируют, т.е. помещают в замкнутом металлическом экране.

    Отечественные катушки индуктивности с экраном

    Зарубежные катушки индуктивности с экраном

    Однако под влиянием экрана изменяются основные электрические параметры катушки: уменьшаются индуктивность и добротность, увеличивается сопротивление и собственная емкость.

    Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам расположен экран, т.е. изменение параметров зависит от соотношения между размерами катушки и размерами самого экрана.

    Для высокочастотных катушек экраны выполняются в виде круглых или прямоугольных стаканов из алюминия, меди или латуни с толщиной стенок 0,3 – 0,5 мм.

    Чтобы на схемах обозначить экранированную катушку, ее условное обозначение помещают в знак экранирования, который соединяют с корпусом.

    Обозначение на схемах экранируемых катушек индуктивности

    Также необходимо отметить, что экранировать необходимо лишь катушки большого размера, диаметр которых составляет более 15 – 20 мм.

    Катушки диаметром не более 4 – 5 мм создают магнитное поле в относительно небольшом пространстве и при удалении таких катушек от других деталей на расстояние в 4 – 5 раз больше их диаметра опасных связей, как правило, не возникает, поэтому они не нуждаются в специальном экранировании.

    Обозначение катушек с отводами и начала обмотки

    В радио и электротехнической аппаратуре, например, в приемниках или импульсных преобразователях напряжения, иногда используют не всю индуктивность катушки, а только некоторую ее часть. Для таких случаев катушки изготавливают с отводом или отводами.

    Обозначение катушек с отводами на схемах

    При разработке некоторых конструкций иногда необходимо строго соблюсти начало и конец обмотки катушки или трансформатора. Чтобы указать, какой из концов обмотки является началом, а какой – концом, у вывода начала обмотки ставят жирную точку.

    Обозначение на схемах начала обмотки катушки

    Для подстройки катушек на частотах свыше 15…20 МГц часто применяют магнитопроводы из немагнитных материалов (меди, алюминия и т.п.). Возникающие в таком магнитопроводе под действием магнитного поля катушки вихревые токи создают свое поле, противодействующее основному, в результате чего индуктивность катушки уменьшается.

    Немагнитный магнитопровод-подстроечник обозначают так же, как и ферритовый, но рядом указывают химический символ металла, из которого он изготовлен. На рисунке изображен подстроечник, изготовленный из меди.

    Обозначение катушек с немагнитным подстроечником

    Вот и все, что хотел рассказать о катушках индуктивности.
    Удачи!

    Литература:
    1. В. А. Волгов «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры».
    2. В. В. Фролов «Язык радиосхем».
    3. М. А. Сгут «Условные обозначения и радиосхемы».

    Источник

    Катушка индуктивности

    Что такое катушка индуктивности

    Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

    Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

    Индуктивность

    Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC – метра.

    Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

    линии магнитного поля

    В – магнитное поле, Вб

    А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

    И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

    катушка индуктивности магнитное поле

    Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

    С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.

    Самоиндукция

    Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

    Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:

    I – сила тока в катушке , А

    U – напряжение в катушке, В

    R – сопротивление катушки, Ом

    Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

    И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

    То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

    Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

    Типы катушек индуктивности

    Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.

    Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

    А вот катушки индуктивности с сердечником:

    В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

    Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

    Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

    Дроссель

    Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

    Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

    Также существует еще один особый вид дросселей – это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

    Что влияет на индуктивность?

    От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

    LC-метр и катушка индуктивности

    Имеется ферритовый сердечник

    Катушка индуктивности

    Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

    катушка индуктивности измеряем индуктивность

    LC-метр показывает 21 микрогенри.

    Ввожу катушку на середину феррита

    Катушка индуктивности

    35 микрогенри. Уже лучше.

    Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

    Катушка индуктивности

    20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:

    1 – это каркас катушки

    2 – это витки катушки

    3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.

    Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки

    Катушка индуктивности

    Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

    А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

    Катушка индуктивности

    13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.

    Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

    Катушка индуктивности

    Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

    Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

    тороидальная катушка индуктивности

    Катушка индуктивности

    Отдалим витки катушки друг от друга

    Катушка индуктивности

    Катушка индуктивности

    Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.

    Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

    Катушка индуктивности

    Катушка индуктивности

    Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

    Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”. Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

    Обозначение на схемах

    Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

    При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

    А при параллельном соединении получаем вот так:

    При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

    Резюме

    Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

    Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:

    Источник