В чем измеряется индуктивность

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Катушка индуктивности, которую также называют индуктором или дросселем, представляет собой элемент электрической цепи, состоящий из витков изолированного провода или обмотки, через которую протекает электрический ток. Она создает магнитное поле вокруг себя. Индуктивность катушки определяет ее способность создавать электромагнитное поле при изменении тока.

Как работает катушка

Принцип действия катушки индуктивности заключается в следующем: когда переменный ток протекает через нее, магнитное поле внутри изменяется. Это приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС), противодействующей изменению тока. Сам принцип работы основывается на способности катушки индуктивности извлекать энергию из источника электротока и накапливать ее в виде магнитного поля. Такое поле расширяется, если значение тока в индукторе увеличивается, и сжимается, если оно уменьшается. При отключении источника катушка отдает накопленную энергию, стремясь поддержать стабильность тока в электроцепи.

Обозначение катушки на схеме выглядит так:

Определение индуктивности

Расчет индуктивности любой катушки можно выполнить с помощью довольно простой формулы:

Данная формула показывает, от чего зависит индуктивность катушки. Она пропорциональна изменению магнитного потока при изменении тока. Этой формулой можно воспользоваться, если нужно, например, определить индуктивность катушки, через которую проходит поток величиной 5 Вб при силе тока 100 мА. Рассчитанное значение в данном случае будет равно 50 Гн.

Если известны характеристики используемого провода, то есть, его длина, диаметр, количество витков, рассчитать значение индуктивности можно с помощью такого выражения:

Индуктивность измеряется в единицах, называемых генри (Гн). Он является основной единицей измерения этого явления в Международной системе единиц (СИ). Один генри (1 Гн) определяется как индуктивность, при которой изменение тока на один ампер в течение одной секунды вызывает электромагнитную индукцию силой один вебер (1 Вб).

Кроме генри, индуктивность может быть выражена в миллигенри (мГн) или микрогенри (мкГн), что соответствует тысячным или миллионным долям генри. Это удобно при работе с инструментами небольших размеров.

Использование при измерениях специализированных приборов, таких как мультиметры, позволяет определить точное значение в указанных единицах (Гн, мГн, мкГн) в зависимости от конкретных потребностей и требуемой точности измерения.

Катушка и переменный ток

Протекание переменного тока способствует образованию изменяющегося магнитного поля, под влиянием которого возникает электродвижущая сила (ЭДС) в самой катушке. Она пропорциональна скорости изменения тока, но направлена в сторону, противоположную вектору скорости:

Как видим, катушка индуктивности в цепи переменного тока оказывает сопротивление прохождению этого тока. Оно получило название индуктивного или реактивного. Вычислить его можно по формуле:

Следовательно, с увеличением частоты тока индуктивное сопротивление также будет увеличиваться. При использовании постоянного тока f = 0, поэтому индуктивное сопротивление катушки индуктивности равняется нулю и индуктор не оказывает никакого влияния на протекающий ток. Переменный ток при включении катушки в электроцепь начинает отставать по фазе от напряжения на 1/4 периода.

Типы катушек

Классификация катушек индуктивности выделяет в основном два виды — с магнитным сердечником и немагнитным. В качестве последнего используется обычный воздух. Витки проводника могут также наматываться на какую-нибудь бумажную трубочку. Такая катушка обеспечивает значение индуктивности не более 5 мГн.

Магнитные сердечники многократно увеличивают индуктивность катушек. Их делают из феррита или железных пластин. Тип сердечника катушки индуктивности также может быть разным. Обычно они имеют форму цилиндра или кольца (тороида).

Наиболее распространенными являются следующие виды катушек:

• Воздушная. Представляет собой простейшее устройство, когда провод обмотки размещается на воздушном или керамическом каркасе. Катушки этой разновидности обладают хорошей стабильностью параметров, но физически крупные и занимают много места.
• Ферритовая, содержащая сердечник из ферритового материала, который позволяет получить более компактные размеры.
• Тороидальная. Так называется катушка с сердечником в форме тороида, который обеспечивает компактность и улучшенные электромагнитные свойства.
• Многопоточная имеет несколько проводов или обмоток. Такой тип позволяет реализовывать различные комбинации и сочетания индуктивностей.
• Спиральная, в которой провод обмотки намотан в форме спирали. Обладает небольшими размерами и хорошей стабильностью работы на высоких частотах.
• Соленоидная. В таких катушках провод обмотки намотан в виде спирали с постоянным расстоянием между витками.
• Печатные, изготавливаемые путем печати проводящего материала на специальной подложке, как правило, на основе керамики или полимера. Они обеспечивают компактность, низкие потери и хорошую стабильность параметров.

Особый вид индукторов — это сдвоенные дроссели. Они представляют собой две катушки со встречной или согласованной намоткой. В основном такой тип дросселей находит применение в качестве входных фильтров, предназначенных для различных блоков питания.

Каждый тип индукторов имеет свои особенности и применение. Выбор зависит от требований и условий конкретной системы или устройства, в котором катушка будет применяться.

Параметры индуктора или катушки индуктивности зависят от нескольких факторов:

• Количество витков. Чем больше витков, тем выше индуктивность. Это объясняется тем, что каждый виток создает свое магнитное поле и суммарное магнитное поле от всех витков усиливается.
• Геометрия. Форма, размеры и расположение витков также влияют на магнитные свойства. Например, элемент с длинным и тонким проводом и элемент с коротким и толстым будут иметь совершенно разные магнитные свойства.
• Физические свойства. Различные материалы имеют разные уровни магнитной проницаемости, что влияет на индуктивность.

Маркировка катушек

Маркировка существующих видов катушек индуктивности может варьироваться в зависимости от производителя и стандартов, однако она обязательно включает следующие элементы:

• Индуктивность обозначается буквой L и цифрами. Например, L10 означает 10 генри.
• Класс точности. Используются буквы A, B, C и т. д. A — наиболее высокая точность. Например, L10A означает индуктивность 10 генри с высокой точностью.
• Ток нагрузки выражается соответствующей цифрой. Например, L10-5A означает максимальный ток нагрузки 5 ампер.

Энергия катушки

Данный параметр связан со способностью устройства хранить энергию в магнитном поле, которое оно создаёт при протекании тока через него. При изменении тока в катушке происходит изменение магнитного поля, следовательно, и изменение энергии.

Энергия (W) может быть вычислена с использованием следующей формулы:

Энергия, содержащаяся в катушке, позволяет оценить потенциальные энергетические потери или эффективность работы системы, где она применяется. Также энергия катушки играет важную роль при проектировании и оптимизации электрических цепей и устройств, где необходимо учитывать и управлять магнитной энергией.

Формула показывает, что энергия пропорциональна квадрату тока и индуктивности. Чем больше ток и индуктивность, тем большая энергия может храниться в катушке.

Измерение мультиметром

Индуктивность может быть измерена с использованием различных методов и приборов. Один из простых способов — использование мультиметра. Алгоритм измерения следующий:

1. Установить мультиметр в режим измерения L.
2. Отключить катушку от питания и подключить ее к мультиметру.
3. Убедиться, что все подключения выполнены правильно.
4. Если это возможно, то нужно постепенно увеличивать частоту сигнала. Если нет — использовать стандартную.
5. Приложить измерительные щупы к соответствующим выводам катушки. Их у нее два: один для подключения к источнику питания, а другой для подключения к нагрузке или земле. Обязательно нужно убедиться, что положительный и отрицательный выводы подключены к правильным клеммам мультиметра.
6. Сделать измерения, нажав кнопку на мультиметре. Найти нужное значение.
7. Оценить результаты измерения. Определяемая индуктивность высветится на экране в соответствующих единицах (генри, миллигенри или микрогенри), в зависимости от диапазона настроек.

Применение катушек

Они находят применение в различных областях и сферах, в числе которых электроника, электротехника, телекоммуникации, автоматизация и пр. Катушки используются для:

• Фильтрации сигналов. Например, для подавления нежелательных частотных составляющих сигнала.
• Создания резонанса и усиления определенных частот сигнала.
• Хранения энергии. Используются в цепях хранения энергии, таких как индуктивные аккумуляторы и системы бесперебойного питания (ИБП).
• Трансформаторов. Применяются в трансформаторах для передачи и преобразования электрической энергии между различными цепями и уровнями напряжения.
• Управления током и напряжением. Применяются в цепях управления для стабилизации и регулировки тока и напряжения.

Одним из самых известных применений индуктивных катушек является использование в системах зажигания транспортных средств. В них индуктор играет роль импульсного трансформатора. Его назначение — преобразовывать аккумуляторное напряжение 12 В в высокое напряжение, достигающее нескольких десятков тысяч вольт, необходимое для создания искры в свече зажигания.

Импульсный трансформатор, который состоит из катушек индуктивности, является основой такого устройства, как электрошокер. Здесь он также преобразовывает низкое напряжение от батарейки в импульс слабого тока, но довольно высокого напряжения.

Подробнее об индуктивности

Если бы кому-нибудь пришла в голову идея провести опрос населения Земли на тему «Что вы знаете об индуктивности?», то подавляющее число опрашиваемых просто пожало бы плечами. А ведь это второй по многочисленности вслед за транзисторами технический элемент, на котором зиждется современная цивилизация! Любители детективов, припомнив, что в своей юности зачитывались захватывающими рассказами сэра Артура Конан Дойла о приключениях знаменитого сыщика Шерлока Холмса, с разной степенью уверенности пробормочут что-то о методе, которым вышеозначенный сыщик пользовался. При этом подразумевая метод дедукции, который, наравне с методом индукции, является основным методом познания в западной философии Нового времени.

При методе индукции происходит исследование отдельных фактов, принципов и формирование общих теоретических концепций на основе полученных результатов (от частного к общему). Метод дедукции, наоборот, предполагает исследование от общих принципов, законов, когда положения теории распределяются на отдельные явления.

Следует отметить, что индукция, в смысле метода, не имеет сколько-нибудь прямого отношения к индуктивности, просто они имеют общий латинский корень inductio — наведение, побуждение — и обозначают совершенно разные понятия.

Лишь малая часть опрашиваемых из числа носителей точных наук — профессиональных физиков, инженеров-электротехников, радиоинженеров и студентов этих направлений — смогут дать внятный ответ на этот вопрос, а некоторые из них готовы прочитать с ходу целую лекцию на эту тему.

В физике индуктивность, или коэффициент самоиндукции, определяется как коэффициент пропорциональности L между магнитным потоком Ф вокруг проводника с током и порождающим его током I или — в более строгой формулировке — это коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током:

Для понимания физической роли катушки индуктивности в электрических цепях можно использовать аналогию формулы энергии, запасаемой в ней при протекании тока I, с формулой механической кинетической энергии тела.

При заданной силе тока I индуктивность L определяет энергию магнитного поля W, создаваемого этим током I:

Аналогично, механическая кинетическая энергия тела определяется массой тела m и его скоростью V:

То есть индуктивность, подобно массе, не позволяет энергии магнитного поля мгновенно увеличиться, равно как и масса не позволяет проделать такое с кинетической энергией тела.

Проведём исследование поведения тока в индуктивности:

Из-за инерционности индуктивности происходит затягивание фронтов входного напряжения. Такая цепь в автоматике и радиотехнике называется интегрирующей, и применяется для выполнения математической операции интегрирования.

Проведём исследование напряжения на катушке индуктивности:

В моменты подачи и снятия напряжения из-за присущей катушкам индуктивности ЭДС самоиндукции, возникают выбросы напряжения. Такая цепь в автоматике и радиотехнике называется дифференцирующей, и применяется в автоматике для корректировки процессов в управляемом объекте, носящих быстрый характер.

Единицы измерения

В системе единиц СИ индуктивность измеряется в генри, сокращённо Гн. Контур с током обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на один ампер в секунду на выводах контура будет возникать напряжение в один вольт.

В вариантах системы СГС — системе СГСМ и в гауссовой системе индуктивность измеряется в сантиметрах (1 Гн = 10⁹ см; 1 см = 1 нГн); для сантиметров в качестве единиц индуктивности применяется также название абгенри. В системе СГСЭ единицу измерения индуктивности либо оставляют безымянной, либо иногда называют статгенри (1 статгенри ≈ 8,987552•10⁻¹¹ генри, коэффициент перевода численно равен 10⁻⁹ от квадрата скорости света, выраженной в см/с).

Историческая справка

Символ L, используемый для обозначения индуктивности, был принят в честь Эмилия Христиановича Ленца (Heinrich Friedrich Emil Lenz), который известен своим вкладом в изучение электромагнетизма, и который вывел правило Ленца о свойствах индукционного тока. Единица измерения индуктивности названа в честь Джозефа Генри (Joseph Henry), который открыл самоиндукцию. Сам термин индуктивность был предложен Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside) в феврале 1886 года.

В числе учёных, принявших участие в исследованиях свойств индуктивности и разработке различных её применений, необходимо упомянуть сэра Генри Кавендиша, который проводил эксперименты с электричеством; Майкла Фарадея, который открыл электромагнитную индукцию; Николу Тесла, который известен своей работой над системами передачи электричества; Андре-Мари Ампера, которого считают первооткрывателем теории об электромагнетизме; Густава Роберта Кирхгофа, который исследовал электрические цепи; Джеймса Кларка Максвелла, который исследовал электромагнитные поля и частные их примеры: электричество, магнетизм и оптику; Генри Рудольфа Герца, который доказал, что электромагнитные волны действительно существуют; Альберта Абрахама Майкельсона и Роберта Эндрюса Милликена. Конечно, все эти ученые исследовали и другие проблемы, о которых здесь не упоминается.

Катушка индуктивности

По определению, катушка индуктивности — это винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается его значительная инерционность, которую можно наблюдать в описанном выше эксперименте. В высокочастотной технике катушка индуктивности может состоять из одного витка или его части, в предельном случае на сверхвысоких частотах для создания индуктивности используется отрезок проводника, который обладает так называемой распределённой индуктивностью (полосковые линии).

Применение в технике

Катушки индуктивности применяются:

• Для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотно-избирательных цепях; создания магнитных полей, датчиков перемещений, в считывающих устройствах кредитных карт, а также в самих бесконтактных кредитных картах.
• Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и других. Такие катушки, соответственно, так и называют: контурная катушка, катушка фильтра и так далее.
• Две индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
• Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме.
• При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника катушку индуктивности называют дросселем.
• В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) катушку индуктивности называют реактором.
• Ограничители тока сварочных аппаратов выполняются в виде катушки индуктивности, ограничивая ток сварочной дуги и делая её более стабильной, тем самым позволяя получить более ровный и прочный сварочный шов.
• Катушки индуктивности используются также в качестве электромагнитов — исполнительных механизмов. Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника.
• В электромагнитных реле катушки индуктивности называют обмоткой реле.
• Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева и кухонных индукционных печей.

По большому счёту, во всех генераторах электрического тока любого типа, равно как и в электродвигателях, их обмотки представляют собой катушки индуктивности. Следуя традиции древних изображения плоской Земли, стоящей на трёх слонах или китах, сегодня мы могли бы с большим основанием утверждать, что жизнь на Земле покоится на катушке индуктивности.

Ведь даже магнитное поле Земли, защищающее все земные организмы от корпускулярного космического и солнечного излучений, согласно основной гипотезе о его происхождении, связано с протеканием огромных токов в жидком металлическом ядре Земли. По сути дела, это ядро представляет собой катушку индуктивности планетарного масштаба. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм «магнитного динамо», находится на расстоянии 0,25—0,3 радиуса Земли.

Опыты

В заключение хотелось бы рассказать о некоторых любопытных свойствах катушек индуктивности, которые вы могли бы сами понаблюдать, имея под рукой простейшие материалы и доступные приборы. Для проведения опытов нам потребуется отрезки изолированного медного провода, ферритовый стержень и любой современный мультиметр с функцией измерения индуктивности. Вспомним, что любой проводник с током создаёт вокруг себя магнитное поле такого вида, показанное на рисунке 7.

Намотаем на ферритовый стержень четыре десятка витков провода с небольшим шагом (расстоянием между витками). Это будет катушка №1. Затем намотаем такое же количество витков с таким же шагом, но с обратным направлением намотки. Это будет катушка №2. И затем намотаем 20 витков в произвольном направлении вплотную. Это будет катушка №3. Затем аккуратно снимем их с ферритового стержня. Магнитное поле таких катушек индуктивности выглядит примерно так, кака показано на рис. 8.

Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. На рисунке 8 показана катушка с немагнитным сердечником, роль немагнитного сердечника исполняет воздух. На рис. 9 показаны примеры катушек индуктивности с магнитным сердечником, который может быть замкнутым или разомкнутым.

В основном используют сердечники из феррита и пластин из электротехнической стали. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. В отличие от сердечников в форме цилиндра, сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, так как магнитный поток в них замкнут.

Подключим концы мультиметра, включенного в режим измерения индуктивности, к концам катушки №1. Индуктивность такой катушки чрезвычайно мала, порядка нескольких долей микрогенри, поэтому прибор ничего не показывает (рис. 10). Начнём вводить в катушку ферритовый стержень (рис. 11). Прибор показывает порядка десятка микрогенри, причем при продвижении катушки к центру стержня её индуктивность возрастает примерно в три раза (рис. 12).

По мере продвижения катушки к другому краю стержня, значение индуктивности катушки опять падает. Вывод: индуктивность катушек может регулироваться путем перемещения в них сердечника, и максимальное её значение достигается при расположении катушки на ферритовом стержне (или, наоборот, стержня в катушке) в центре. Вот мы и получили настоящий, пусть и несколько неуклюжий, вариометр. Проделав вышеописанный опыт с катушкой №2, мы получим аналогичные результаты, то есть направление намотки на индуктивность не влияет.

Уложим витки катушки №1 или №2 на ферритовом стержне поплотнее, без зазоров между витками, и снова измерим индуктивность. Она увеличилась (рис. 13).

А при растягивании катушки по стержню её индуктивность уменьшается (рис. 14). Вывод: изменяя расстояние между витками можно подстраивать индуктивность, а для максимальной индуктивности наматывать катушку надо «виток к витку». Приёмом подстройки индуктивности путём растягивания или сжатия витков частенько пользуются радиотехники, настраивая свою приёмопередающую аппаратуру на нужную частоту.

Установим на ферритовый стержень катушку №3 и измерим её индуктивность (рис. 15). Число витков уменьшилось в два раза, а индуктивность уменьшилась в четыре раза. Вывод: чем меньше количество витков — тем меньше индуктивность, и нет линейной зависимости между индуктивностью и числом витков.

Индуктивность. Генри. Henry. Гн. Единицы измерения. Доли, миллигенри, мГн, микрогенри, мкГн. Соотношения. Формулы

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.

В самом начале изучения электричества исследователи заметили, что мотки провода при подаче на них напряжения ведут себя странно. Сила тока через них не подчиняется классическому закону Ома. Электрический ток не возникает сразу после подачи напряжения, а нарастает постепенно со временем. Прекратить этот ток тоже непросто. При разрыве цепи возникает искра в месте разрыва. Создается впечатление, что электрический ток в мотке провода обладает инерцией. Теоретические изыскания подтвердили это наблюдение. В катушках индуктивности после подачи на них напряжения происходит накопление энергии в магнитном поле и постепенный рост электрического тока. Если внешний источник отключить, то катушка продолжает поддерживать на своих вывода напряжение достаточное для постепенного убывания силы тока по мере исчерпания накопленной энергии. Если в цепи разрыв, то скачек напряжения может быть очень большим. Теоретические он должен быть бесконечным, но на практике либо происходит пробой места разрыва или изоляции самой катушки, либо вся энергия поглощается паразитными емкостями между витками.

Если подключить катушку индуктивности к батарейке, а потом разорвать цепь, держа одной рукой за один контакт места разрыва, а другой рукой — за другой, то Вы получите ощутимый удар тока. Если катушка обладает большой индуктивности и хорошими параметрами, то Вас может даже убить, хотя вроде бы в Ваших руках обычная батарейка. Кстати на этом эффекте основана работа электрошокера.

Понятие индуктивности

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

[Изменение силы тока в катушке индуктивности, А] = [Напряжение на катушке индуктивности, В] * [Время действия напряжения, с] / [Индуктивность катушки, Гн]

Индуктивность измеряется в Генри (Гн), Henry (H). Электрический ток через электронный компонент индуктивностью в один Генри, вырастет на один Ампер при условии действия напряжения в один Вольт в течение одной секунды.

Не только катушки проявляют индуктивность. Существуют также интегральные схемы, изменение тока через которые пропорционально напряжению, умноженному на время. Это гираторы

Сила тока через катушку индуктивности (дроссель) не может измениться мгновенно. Этот эффект необходимо учитывать при проектировании переключательных и импульсных схемах. Всегда следует предусматривать цепи, через которые будет отводиться энергия, накопленная в магнитном поле дросселя. Если транзистор или другой коммутирующий элемент подключен последовательно с катушкой индуктивности и быстро закрывается, то на нем возможен всплеск напряжения, способный привести к пробою. Это происходит при работе с трансформаторами, дросселями, электромагнитными реле, которые содержат электромагниты с катушками. Для уменьшения всплеска применяются шунтирующие или демпфирующие цепи.

В некоторых источниках написано, что индуктивность может быть только положительной. Это, конечно же, неправда. Применяя преобразователь полного импеданса в противоположный, и подключив к нему катушку индуктивности или гиратор, мы запросто получим электронный прибор, сила тока через который будет снижаться со временем в условиях приложенного положительного напряжения, может стать вообще отрицательной. Эта схема будет демонстрировать отрицательную индуктивность. Другое дело, что намотать катушку с отрицательной индуктивностью нельзя, так как индуктивность пропорциональна квадрату числа витков, а мотать мнимое число витков мы не умеем.

Единицы измерения, кратные Генри (Henry)

Один Генри — довольно большая индуктивность. Вообще изготовить катушку с такой индуктивностью не составит проблем, но она будет больной, и потребности в таких катушках практически нет. В электронных устройствах обычно применяются катушки или их аналоги с меньшими индуктивностями.

миллигенри	мГн	mH	1E-3 Гн	0.001 Гн
микрогенри	мкГн	mcH	1E-6 Гн	0.000001 Гн

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Расчет дросселя, катушки индуктивности. Рассчитать, посчитать онлайн, .
Форма для онлайн расчета дросселя, катушки индуктивности. Для изготовления индук.

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са.
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы.

Параллельное, последовательное соединение дросселей. Расчет индуктивно.
Вычисление индуктивности и тока при параллельном и последовательном соединении д.

Проверка дросселя, катушки индуктивности, трансформатора, обмотки, эле.
Как проверить дроссель, обмотки трансформатора, катушки индуктивности, электрома.

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.

Мостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, исто.
Как работает мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание прин.

Пушпульный двухтактный импульсный стабилизированный преобразователь на.
Как работает пуш-пульный стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание п.

Пушпульный импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать пуш-пульный импульсный преобразователь напряжения. Как подавить п.

Что такое индуктивность, в чём измеряется, основные формулы

Индуктивность характеризует свойства элементов электрической цепи накапливать энергию магнитного поля. Также это мера связи между током и магнитным полем. Ещё её сравнивают с инерцией электричества – также, как массу с мерой инерции механических тел.

Явление самоиндукции

Если ток, идущий через проводящий контур, изменяется по величине, то возникает явление самоиндукции. В этом случае изменяется магнитный поток через контур, и на выводах рамки с током возникает ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС противоположна направлению тока и равна:

Очевидно, что ЭДС самоиндукции равна скорости изменения магнитного потока, вызванного изменением протекающего по контуру тока, а также пропорциональна скорости изменения тока. Коэффициент пропорциональности между ЭДС самоиндукции и скоростью изменения тока называется индуктивностью и обозначается L. Эта величина всегда положительна, и имеет единицу измерения в СИ 1 Генри (1 Гн). Также используются дробные доли – миллигенри и микрогенри. Об индуктивности в 1 Генри можно говорить, если изменение тока на 1 ампер вызывает ЭДС самоиндукции в 1 Вольт. Индуктивностью обладает не только контур, но и отдельный проводник, а также катушка, которую можно представить как множество последовательно включенных контуров.

В индуктивности запасается энергия, которую можно вычислить, как W=L*I 2 /2, где:

• W – энергия, Дж;
• L – индуктивность, Гн;
• I – ток в катушке, А.

И здесь энергия прямо пропорциональна индуктивности катушки.

Важно! В технике индуктивностью также называется устройство, в котором происходит запасание электрического поля. Реальный элемент, наиболее близкий к такому определению – катушка индуктивности.

Общая формула для расчета индуктивности физической катушки имеет сложный вид и для практических вычислений неудобна. Полезно запомнить, что индуктивность пропорциональна количеству витков, диаметру катушки и зависит от геометрической формы. Также на индуктивность влияет магнитная проницаемость сердечника, на котором расположена обмотка, но не влияет ток, протекающий по виткам. Для вычисления индуктивности каждый раз надо обращаться к приведенным формулам для конкретной конструкции. Так, для цилиндрической катушки её основная характеристика вычисляется по формуле:

• μ – относительная магнитная проницаемость сердечника катушки;
• μ₀ – магнитная постоянная, 1,26*10-6 Гн/м;
• N – количество витков;
• S – площадь витка;
• l – геометрическая длина катушки.

Для вычисления индуктивности для цилиндрической катушки и катушек других форм лучше воспользоваться программами-калькуляторами, в том числе онлайн-калькуляторами.

Последовательное и параллельное соединение индуктивностей

Индуктивности можно соединять последовательно или параллельно, получая набор с новыми характеристиками.

Параллельное соединение

При параллельном соединении катушек напряжение на всех элементах равны, а токи (переменные) распределяются обратно пропорционально индуктивностям элементов.

• U=U₁=U₂=U₃;
• I=I₁+I₂+I₃.

Общая индуктивность цепи определяется, как 1/L=1/L₁+1/L₂+1/L₃. Формула справедлива для любого количества элементов, а для двух катушек упрощается до вида L=L₁*L₂/(L₁+L₂). Очевидно, что итоговая индуктивность меньше индуктивности элемента с наименьшим значен

Последовательное соединение

При таком виде соединения через цепь, составленную из катушек, течёт один и тот же ток, а напряжение (переменное!) на каждом компоненте цепи распределяется пропорционально индуктивности каждого элемента:

• U=U₁+U₂+U₃;
• I=I₁=I₂=I₃.

Суммарная индуктивность равна сумме всех индуктивностей, и будет больше индуктивности элемента с наибольшим значением. Поэтому такое соединение используют при необходимости получить увеличение индуктивности.

Важно! При соединении катушек в последовательную или параллельную батарею формулы расчёта верны только для случаев, когда исключено взаимное влияние магнитных полей элементов друг на друга (экранировкой, большим расстоянием и т.д.). Если влияние существует, то общее значение индуктивности будет зависеть от взаимного расположения катушек.

Некоторые практические вопросы и конструкции катушек индуктивности

На практике применяют различные конструкции катушек индуктивности. В зависимости от назначения и области применения устройства можно выполнить различным способом, но надо учитывать эффекты, возникающие в реальных катушках.

Добротность катушки индуктивности

У реальной катушки, кроме индуктивности, есть ещё несколько параметров, и один из самых важных – добротность. Эта величина определяет потери в катушке и зависит от:

• омических потерь в проводе обмотки (чем больше сопротивление, тем ниже добротность);
• диэлектрических потерь в изоляции провода и каркасе обмотки;
• потерь в экране;
• потерь в сердечнике.

Все эти величины определяют сопротивление потерь, а добротностью называют безразмерную величину, равную Q=ωL/Rпотерь, где:

• ω = 2*π*F – круговая частота;
• L – индуктивность;
• ωL – реактивное сопротивление катушки.

Можно приближённо говорить о том, что добротность равна отношению реактивного (индуктивного) сопротивления к активному. С одной стороны, с ростом частоты растёт числитель, но в то же время за счет скин-эффекта растёт и сопротивление потерь за счет уменьшения полезного сечения провода.

Экранный эффект

Для уменьшения влияния посторонних предметов, а также электрических и магнитных полей и взаимного влияния элементов посредством этих полей, катушки (особенно высокочастотные) часто помещают в экран. Кроме полезного эффекта, экранирование вызывает снижение добротности катушки, снижение её индуктивности и повышение паразитной ёмкости. Причём чем ближе стенки экрана к виткам катушки, тем выше вредное влияние. Поэтому экранированные катушки практически всегда выполняют с возможностью подстройки параметров.

Подстроечная индуктивность

В некоторых случаях требуется точно установить значение индуктивности на месте после подключения катушки к другим элементам цепи, компенсируя отклонение параметров при настройке. Для этого применяются разные способы (переключения отводов витков и т.п.), но наиболее точный и плавный метод – подстройка с помощью сердечника. Он выполняется в виде стержня с резьбой, который можно вворачивать и выворачивать внутри каркаса, настраивая индуктивность катушки.

Переменная индуктивность (вариометр)

Там, где требуется оперативная регулировка индуктивности или индуктивной связи, применяются катушки другой конструкции. Они содержат две обмотки – подвижную и неподвижную. Общая индуктивность равна сумме индуктивностей двух катушек и взаимной индуктивности между ними.

Изменением относительного положения одной катушки к другой, регулируется общее значение индуктивности. Такое устройство называется вариометром и часто применяется в связной аппаратуре для настройки резонансных контуров в тех случаях, когда применение конденсаторов переменной ёмкости по каким-то причинам невозможно. Конструкция вариометра довольно громоздкая, что ограничивает область его применения.

Индуктивность в виде печатной спирали

Катушки с небольшой индуктивностью можно выполнять в виде спирали из печатных проводников. Достоинством такой конструкции являются:

• технологичность производства;
• высокая повторяемость параметров.

К недостаткам относят невозможность точной подстройки при регулировке и сложность получения больших значений индуктивности – чем выше индуктивность, тем больше катушка занимает места на плате.

Катушка с секционной намоткой

Индуктивность без ёмкости бывает только на бумаге. При любой физической реализации катушки сразу же возникает паразитная межвитковая ёмкость. Это во многих случаях вредное явление. Паразитная ёмкость складывается с ёмкостью LC-контура, снижая резонансную частоту и добротность колебательной системы. Также у катушки возникает собственная резонансная частота, которая провоцирует нежелательные явления.

Для снижения паразитной ёмкости применяют различные способы, самый простой из которых – намотка индуктивности в виде нескольких последовательно включенных секций. При таком включении индуктивности складываются, а суммарная ёмкость снижается.

Катушка индуктивности на тороидальном сердечнике

Линии магнитного поля цилиндрической катушки индуктивности проводят через внутреннюю часть обмотки (если там сердечник – то через него) и замыкаются снаружи через воздух. Этот факт влечёт за собой несколько недостатков:

• снижается индуктивность;
• характеристики катушки меньше поддаются расчёту;
• любой предмет, внесенный во внешнее магнитное поле, меняет параметры катушки (индуктивность, паразитная ёмкость, потери и т.п.), поэтому во многих случаях требуется экранировка.

От этих недостатков во многом свободны катушки, намотанные на тороидальных сердечниках (в виде кольца или «бублика»). Магнитные линии проходят внутри сердечника в виде замкнутых петель. Это означает, что внешние предметы практически не оказывают влияние на параметры намотанной на таком сердечнике катушки, и экранировка для такой конструкции не нужна. Также увеличивается индуктивность при прочих равных параметрах, а характеристики проще рассчитать.

К недостаткам катушек, намотанных на торах, относят невозможность плавной подстройки индуктивности на месте. Другая проблема – высокая трудоёмкость и низкая технологичность намотки. Впрочем, это относится ко всем индуктивным элементам в целом, в большей или меньшей степени.

Также общим недостатком физической реализации индуктивности являются высокие массогабаритные показатели, относительно невысокая надежность и низкая ремонтопригодность.