Котушка індуктивності, дросель

Котушка індуктивності (inductor. -eng) - пристрій, основним компонентом якого є провідник скручений в кільця або обвиває сердечник. При проходженні струму, навколо скрученого провідника (котушки), утворюється магнітне поле (вона може концентрувати змінне магнітне поле), що і використовується в радіо- і електро- техніці.

Дросель служить для зменшення пульсацій напруги, згладжування або фільтрації частотної складової струму і усунення змінної складової струму. Опір дроселя збільшується зі збільшенням частоти, а для постійного струму опір дуже мало. Характеристики дроселя виходять від товщини провідника, кількості витків, опору провідника, наявності або відсутності сердечника і матеріалу, з якого сердечник зроблений. Особливо ефективними вважаються дроселі з феритовими сердечниками (а також з альсифера, карбонільного заліза, магнетиту) з великою магнітною проникністю.

Використовується в випрямлячах, мережевих фільтрах, радіотехніці, що живлять фазах високоточної апаратури та іншої техніки вимагає стабільного і #xAB; правильного # xBB; живлення. Багатошарова котушка може виступати і в якості найпростішого конденсатора, так як має власну ємність. Правда, від цього ефекту намагаються більше позбутися, ніж його посилювати і він вважається паразитних.

Як працює дросель.

У ланцюгах змінного струму, для обмеження струму навантаження, дуже часто застосовують дроселі - індуктивні опору. Перед звичайними резисторами тут у дроселів є серйозні переваги - значна економія електроенергії і відсутність сильного нагріву.

Яке пристрій дроселя, на чому заснований принцип його роботи?

Влаштований дросель дуже просто - це котушка з електричного дроту, намотана на сердечнику з феромагнітного матеріалу. Приставка феро, говорить про присутність заліза в його складі (феррум - латинська назва заліза), в тій або іншій кількості.

Принцип роботи дроселя заснований на властивості, властивому не тільки котушок а й взагалі, будь-яким провідникам - індуктивності. Це явище найлегше зрозуміти, поставивши нескладний досвід.

Для цього потрібно зібрати просту електричний ланцюг, що складається з низьковольтного джерела постійного струму (батарейки), маленької лампочки розжарювання, на відповідну напругу і досить потужного дроселя (можна взяти дросель від лампи ДРЛ-400 ват).

Без дроселя, схема буде працювати як зазвичай - ланцюг замикається, лампа загоряється. Але якщо додати дросель, підключивши його послідовно навантаженні (лампочці), картина дещо зміниться.

Придивившись, можна помітити, що по-перше, лампа спалахує не відразу, а з деякою затримкою, по-друге - при розмиканні ланцюга виникає добре помітна іскра, раніше не спостерігалася. Так відбувається тому що, в момент включення струм в ланцюзі зростає не відразу - цьому перешкоджає дросель, деякий час поглинаючи електроенергію і запасаючи її у вигляді електромагнітного поля. Цю здатність і називають - індуктивністю.

Чим більше величина індуктивності, тим більша кількість енергії може запасти дросель. Одиниця величини індуктивності - 1 Генрі В момент розриву ланцюга збереженої енергії звільняється, причому напруга при цьому може перевищити Е.Д.С. використовуваного джерела в десятки разів, а струм спрямований у протилежний бік. Звідси помітне іскріння в місці розриву. Це явище називається - Е.Д.С. самоіндукції.

Якщо встановити джерело змінного струму замість постійного, використавши наприклад, понижуючий трансформатор, можна виявити що та ж лампочка, підключена через дросель - не горить зовсім. Дросель надає змінному струмі набагато великий опір, ніж постійні. Це відбувається через те, що ток в напівперіоді, відстає від напруги.

Виходить, що чинне напруга на навантаженні падає у багато разів (і струм відповідно), але енергія при цьому не втрачається - повертається за рахунок самоіндукції назад в ланцюг. Опір який чиниться индуктивностью змінним струмом називається - реактивним. Його значення залежить від величини індуктивності і частоти змінного струму. Величина індуктивності в свою чергу, залежить від кількості витків котушки і властивості матеріалу сердечника, званого - магнітною проникністю, а так само його форми.

Магнітна проникність - число, що показує у скільки разів індуктивність котушки більше з сердечником з даного матеріалу, ніж без нього (в ідеалі - в вакуумі.)

Т. е - магнітна проникність вакууму прийнята за одиницю.

У радіочастотних котушках малої індуктивності, для точного підстроювання застосовуються сердечники стержеобразной форми. Матеріалами для них можуть бути ферити з відносно невеликою магнітною проникністю, іноді немагнітні матеріали з проникністю менше 1.

У електромагнітах реле - сердечники подковоообразной і циліндричної форми зі спеціальних сталей.

Для намотування дроселів і трансформаторів використовують замкнуті сердечники - магнітопроводи Ш - образної і тороидальной форми. Матеріалом на частотах до 1000 гц служить спеціальна сталь, понад 1000 гц - різні феросплави. Лінії по переробці набираються з окремих пластин, покритих лаком.

У котушки, намотаною на сердечник, крім реактивного (Xl) є і активний опір (R). Таким чином, повний опір котушки індуктивності дорівнює сумі активної і реактивної складових.

Як працює трансформатор.

Розглянемо роботу дроселя зібраного на замкнутому магнітопроводі і підключеного у вигляді навантаження, до джерела змінного струму. Число витків і магнітна проникність сердечника підібрані таким чином, що його реактивний опір велике, ток протікає в ланцюзі відповідно - немає.

Струм, періодично змінюючи свій напрямок, буде порушувати в обмотці котушки (назвемо її котушка номер 1) електромагнітне поле, напрямок якого буде також періодично змінюватися - перемагнічівая сердечник. Якщо на цей же сердечник помістити додаткову котушку (назвемо її - номер 2), то під дією змінного електромагнітного поля сердечника, в ній виникне наведена змінна е.р.с.

Якщо кількість витків обох котушок збігається, то значення наведеної е.р.с. дуже близько до значення напруги джерела живлення, поданого на котушку номер 1. Якщо зменшити кількість витків котушки номер 2 вдвічі, то значення наведеної е.р.с. зменшиться вдвічі, якщо кількість витків навпаки, збільшити - наведена Е.Д.С. також, зросте. Виходить, що на кожен виток, доводиться якась певна частина напруги.

Обмотку котушки на яку подається напруга живлення (номер 1) називають первинної. а обмотка, з якою трансформування напруга знімається - вторинної.

Ставлення числа витків вторинної (Np) і первинної (Ns) обмоток дорівнює відношенню відповідних їм напружень - Up (напруга первинної обмотки) і Us (напруга вторинної обмотки).

Таким чином, пристрій складається з замкнутого магнітопровода і двох обмоток в колі змінного струму можна використовувати для зміни напруги живлення - трансформації. Відповідно, воно так і називається - трансформатор.

Якщо підключити до вторинної обмотці якусь навантаження, в ній виникне струм (Is). Це викличе пропорційне збільшення струму (Ip) і в первинній обмотці. Буде вірним співвідношення:

Трансформатори можуть застосовуватися як для преобразовнія напруги живлення, так і для розв'язки і узгодження каскадів. При роботі з трансформаторами необхідно звернути увагу на ряд важливих параметрів, таких як:

1. Допустимі струми і напруги для первинної та вторинної обмоток.

2. Максимальну потужність трансформатора - потужність яка може тривалий час передаватися через нього, не викликаючи перегріву обмоток.

3. Діапазон робочих частот трансформатора.

Паралельний коливальний контур.

Якщо з'єднати котушку індуктивності і конденсатор - вийде дуже цікавий елемент радіотехніки - коливальний контур. Якщо зарядити конденсатор або навести в котушці е.р.с. використовуючи електромагнітне поле - в контурі почнуть відбуватися такі процеси: Конденсатор разряжаясь, збуджує електромагнітне поле в котушці індуктивності. Коли заряд виснажується, котушка індуктивності повертає накопичену енергію назад в конденсатор, але вже з протилежним знаком, за рахунок е.р.с. самоіндукції. Це буде повторюватися знову і знову - в контурі виникнуть електромагнітні коливання синусоїдальної форми. Частота цих коливань називається резонансною частотою контуру, і залежить від величин ємності конденсатора (С), і індуктивності котушки (L).

Паралельний коливальний контур має дуже великим опором на своїй резонансній частоті. Це дозволяє використовувати його для частотної селекції (виділення) в вхідних ланцюгах радіоапаратури і підсилювачах проміжної частоти, а так само - в різних схемах задаючих генераторів.

Колірна і кодова маркування индуктивностей.

Зазвичай для индуктивностей кодується номінальне значення індуктивності і допуск, тобто допустиме відхилення від зазначеного номіналу. Номінальне значення кодується цифрами, а допуск - буквами. Застосовується два види кодування.

Перші дві цифри вказують значення в мікрогенрі (мкГн), остання - кількість нулів. Наступна за цифрами буква вказує на допуск. Наприклад, код 101J позначає 100 мкГн # XB1; 5%. Якщо остання буква не вказується допуск 20%. Винятки: для индуктивностей менше 10 мкГн роль десяткової коми виконує буква R, а для индуктивностей менше 1 мкГн - буква N.

D = # xB1; 0,3 нГн; J = # xB1; 5%; К = # xB1; 10%; M = # xB1; 20%

Дросель служить для зменшення пульсацій напруги, згладжування або фільтрації частотної складової струму і усунення змінної складової струму.

Зазначені дроселя використовуються в понижуючих DC-DC перетворювачів (принцип роботи легко Гугл), які перетворять напругу 12 вольт БП в 1.2-1.5 вольт для живлення процесора і пам'яті.

Крім фільтруючих властивостей, основне застосування пов'язано з її можливістю накопичувати магнітну енергію, це властивість використовується в різних перетворювачах струму і напруги.

У момент розриву ланцюга збереженої енергії звільняється, причому напруга при цьому може перевищити Е.Д.С. використовуваного джерела в десятки разів, а струм спрямований у протилежний бік.

Котушка зберігає напрямок протікає в ній струму, при розриві, струм направлений в ту ж сторону, а ЕРС так, має протилежний знак.

Дросель надає змінному струмі набагато великий опір, ніж постійні. Це відбувається через те, що ток в напівперіоді, відстає від напруги.

Переплутані причина і наслідок. Уже відписався, напишу ще раз.

струм через котушку характеризує запасені енергію (L * I ^ 2/2), то отримуємо висновок:

Чим більше індуктивність, тим повільніше буде в котушці зростати струм, при підключенні джерела напруги.

Якщо ви підключаєте джерело напруги змінної частоти, то при маленькій частоті, яку можна порівняти зі швидкістю зростання струму в котушці, струм не буде сильно відрізнятися, від випадку якби дроселя взагалі б не було. Більше частота напруги -> струм через котушку не встигає зростати -> чим більше частота, тим менше величина струму, яка тече через котушку. Це називається індуктивний опір:

Відповідно в схемі з індуктивністю, чим більше буде частота, або індуктивність, тим більше буде цей опір, і тим менше буде напруга на навантаженні.

А то що струм відстає від напруги - це наслідок того, що струм в котушці повільно зростає.

Таким чином, повний опір котушки індуктивності дорівнює сумі активної і реактивної складових.

Повний опір дорівнює кореню з суми квадратів активної і реактивної складових: Z = sqrt (R ^ 2 + Xl ^ 2)

Тому-що причина падіння напруги не в тому, що струм відстає від напруги.

Причина - в тому, що чим більше індуктивність котушки, тим повільніше запасається енергія магнітна енергія, а тому струм через котушку характеризує запасені енергію (L * I ^ 2/2), то отримуємо висновок:

Чим більше індуктивність, тим повільніше буде в котушці зростати струм, при підключенні джерела напруги.

А то що струм відстає від напруги - це наслідок того, що струм в котушці повільно зростає.