Дросель, котушка індуктивності

Котушка індуктивності здатна накопичувати енергію в своєму магнітному полі. Це проявляється в тому, що при додатку до неї напруги в ній поступово наростає струм, а при зміні полярності - поступово зменшується. Різко змінити силу струму в котушці індуктивності (дроселі) неможливо. Вона буде чинити опір цьому шляхом формування напруги самоіндукції на своїх висновках. Ця напруга може бути дуже великим і забезпечить проходження струму шляхом пробою ізоляції.

Робота дроселя проявляється в часі. Без розгляду зміни сили струму в часі розуміння роботи котушки індуктивності неможливо.

Головною характеристикою дроселя є індуктивність. Індуктивність - коефіцієнт, що визначає залежність швидкості зміни електричного струму від напруги на котушці.

Вашій увазі добірка матеріалів:

Математична модель котушки індуктивності. Позначення.

Котушка індуктивності (дросель) може мати кілька висновків - відводів від частин обмотки і два висновки від початку і від кінця обмотки. Роботу котушки описує наступне співвідношення, яке і визначає її застосування в електронних схемах. [Сила струму через котушку в момент T] = [Сила струму через котушку в початковий момент T0] + інтеграл від [T0] до [T] ([Напруга на котушці] / [Індуктивність котушки]) по [Часу].

Більш звично ця формула виглядає так:

У разі, якщо до котушки докладено постійна напруга, то формула набуває більш простий вигляд: [Сила струму через котушку індуктивності в момент T] = [Сила струму через котушку індуктивності в початковий момент T0] + [Напруга на котушці] * ([T1] - [T0]) / [Індуктивність котушки]

Індуктивність вимірюється в генрі. Через дросель індуктивністю 1 Гн за 1 с при напрузі 1 вольт піде струм 1 ампер. Зазвичай в схемах використовуються індуктивності від 1 мікрогенрі до 100 міллігенрі.

Фізично котушка індуктивності складається з одного або декількох витків дроту, які можуть бути просто розміщені в повітрі, а можуть бути намотані на сердечник з будь-якого матеріалу. Сердечник намагнічується і, тим самим, накопичує в собі енергію.

Розрахунок індуктивності котушки в загальному випадку представляє серйозну складність. З упевненістю можна стверджувати лише, що індуктивність пропорційна квадрату числа витків. Це означає, що якщо Ви виготовили котушку індуктивності заданої геометрії з заданим сердечником з N витками дроту і заміряли її індуктивність (нехай це буде L), то [Індуктивність котушки з N1 витками] = [L] * [N1] ^ 2 / [N ] ^ 2

На ідеальному дроселі теплова енергія не виділяється, хоча через нього може проходити струм. Справа в тому, що спочатку дросель накопичує енергію, потім віддає її в ланцюзі харчування, що не розсіюючи.

На схемах котушка індуктивності позначається, як показано на малюнку.

ідеальний дросель

Ідеальний дросель має строго фіксовану індуктивність, відповідну розрахункової або написи на корпусі, що не залежить від струму, напруги і зовнішніх умов, наприклад, температури. Він не має паразитної ємності і внутрішнього опору, втрат на перемагнічування.

Ідеальний дросель витримує будь-який струм, має нульові розміри, не займає місце на платі. Він не шумить. Струм через нього строго залежить від напруги і часу, без сторонніх перешкод.

Реальні дроселі. Класифікація, види, типи.

Якби дроселі насправді були ідеальними, то потрібен був би всього один тип дроселя - ПІД (просто ідеальний дросель). Його можна було б застосовувати в усіх каналах. Але, як це часто буває в житті, ідеалу не існує. Для різних застосувань можна підібрати дроселі з певними властивостями, пожертвувавши іншими, менш важливими для даної схеми.

Головна проблема дроселя - омічний опір проводу, яким він намотаний. Це опір погіршує параметри котушки індуктивності, призводить до нагрівання, обмежує максимальний струм. Зниження цього опору вимагає зниження довжини обмотки і збільшення товщини дроту.

Знизити довжину обмотки, зберігши необхідну індуктивність, можна, застосувавши сердечник з феромагнітного матеріалу. Такий сердечник намагнічується, накопичує в собі енергію, значно (іноді, в десятки тисяч разів) збільшуючи індуктивність одного витка, а значить, скорочуючи число витків, необхідних для отримання необхідної індуктивності. Найкращим в цьому сенсі сердечником є ​​м'яке трансформаторне залізо.

Однак, застосування сердечника, знижуючи омічний опір котушки, породжує відразу ряд нових проблем. По-перше, у сердечника є певний рівень магнітної індукції насичення, вище якого сердечник вже не може намагнітитися і не буде накопичувати енергію. Дросель (за винятком ряду спеціальних схем) повинен застосовуватися в умовах, що виключають насичення. По-друге, під дією змінного електричного струму в осерді виникають втрати, викликані наведеними електричними струмами і нагріванням від перемагнічування сердечника. Для боротьби з наведеними струмами використовуються спеціальні технології виготовлення сердечника, що виключають великі контуру в ньому, за якими можуть текти такі струми (наприклад, листковий сердечник з ізоляцією між шарами або порошкове залізо), або застосування спеціальних матеріалів (феритів), які взагалі не проводять електричний струм. Ферити не проводять електричний струм, але з точки зору своїх магнітних властивостей набагато поступаються залозу. Тому їх застосовують в високочастотних схемах (від 10 кГц), а для низькочастотних ефективніше застосовувати трансформаторне залізо.

Замовити партію дроселів з потрібними параметрами не складає труднощів, але в більшості випадків підібрати дросель промислового виробництва для експериментальної схеми не вдається. Його доводиться робити самостійно.