Своими руками Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна, как сделать самому, Ремонт и Стр

Своими руками Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна, как сделать самому, Ремонт и Стр

Катушки индуктивности нашли широкое применение в электротехнике в качестве накопителей энергии, колебательных контуров, ограничения тока. Поэтому их можно встретить везде, начиная от портативной электроники, заканчивая подстанциями в виде гигантских реакторов. В этой статье мы расскажем, что это такое катушка индуктивности, а также какой у нее принцип работы и многое другое.

Определение и принцип действия

Катушка индуктивности — это катушка смотанного в спираль или другую форму изолированного проводника. Основные особенности и свойства: высокая индуктивность при низкой ёмкости и активном сопротивлении.

Она накапливает энергию в магнитном поле. На рисунке ниже вы видите её условное графическое обозначение на схеме (УГО) в разных видах и функциональных назначениях.

Она может быть с сердечником и без него. При этом с сердечником индуктивность будет в разы больше, чем если его нет. От материала, из которого изготовлен сердечник, также зависит величина индуктивности. Сердечник может быть сплошным или разомкнутым (с зазором).

Напомним один из законов коммутации:

Ток в индуктивности не может измениться мгновенно.

Это значит, что катушка индуктивности — это своего рода инерционный элемент в электрической цепи (реактивное сопротивление).

Давайте поговорим, как работает это устройство? Чем больше индуктивность, тем больше изменение тока будет отставать от изменения напряжения, а в цепях переменного тока — фаза тока отставать от фазы напряжения.

В этом и заключается принцип работы катушек индуктивности – накопление энергии и задерживание фронта нарастания тока в цепи.

Из этого же вытекает и следующий факт: при разрыве в цепи с высокой индуктивностью напряжение на ключе повышается и образуется дуга, если ключ полупроводниковый — происходит его пробой. Для борьбы с этим используются снабберные цепи, чаще всего из резистора и конденсатора, установленного параллельно ключу.

Виды и типы катушек

В зависимости от сферы применения и частоты цепи может отличаться конструкция катушки.

По частоте можно условно разделить на:

  • Низкочастотные. Пример — дроссель люминесцентной лампы, трансформатор (каждая обмотка представляет собой катушку индуктивности), реактор, фильтры электромагнитных помех. Сердечники чаще всего выполняются из электротехнической стали, для цепей переменного тока из листов (шихтованный сердечник).
  • Высокочастотные. Например, контурные катушки радиоприемников, катушки связи усилителей сигнала, накопительные и сглаживающие дроссели импульсных блоков питания. Их сердечник изготавливают обычно из феррита.

Конструкция отличается в зависимости от характеристик катушки, например, намотка может быть однослойной и многослойной, намотанной виток к витку или с шагом. Шаг между витками может быть постоянным или прогрессивным (изменяющимся по длине катушки). Способ намотки и конструкция влияют на конечные размеры изделия.

Отдельно стоит рассказать о том, как устроена катушка с переменной индуктивностью, их еще называют вариометры. На практике можно встретить разные решения:

  • Сердечник может двигаться относительно обмотки.
  • Две обмотки расположены на одном сердечнике и соединены последовательно, при их перемещении изменяется взаимоиндукция и индуктивная связь.
  • Сами витки для настройки контура могут раздвигаться или сужаться приближаясь друг к другу (чем плотнее намотка — тем больше индуктивность).

И так далее. При этом подвижная часть называется ротором, а неподвижная — статором.

По способу намотки бывают также различными, например, фильтры со встречной намоткой подавляют помехи из сети, а намотанные в одну сторону (согласованная намотка) подавляют дифференциальные помехи.

Для чего нужны и какие бывают

В зависимости от того, где применяется катушка индуктивности и её функциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. Давайте рассмотрим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу применения.

Дроссели. Обычно так называются устройства для ограничения тока, область применения:

  • В пускорегулирующей аппаратуре для розжига и питания газоразрядных ламп.
  • Для фильтрации помех. В блоках питания — фильтр электромагнитных помех со сдвоенным дросселем на входе компьютерного БП, изображен на фото ниже. Также используется в акустической аппаратуре и прочем.
  • Для фильтрации определенных частот или полосы частот, например, в акустических системах (для разделения частот по соответствующим динамикам).
  • Основа в импульсных преобразователях — накопитель энергии.

Токоограничивающие реакторы — используются для ограничения токов короткого замыкания на ЛЭП.

Примечание: у дросселей и реакторов должно быть низкое активное сопротивление для уменьшения их нагрева и потерь.

Контурные катушки индуктивности. Используются в паре с конденсатором в колебательном контуре. Резонансная частота подбирается под частоту приема или передачи в радиосвязи. У них должна быть высокая добротность.

Вариометры. Как было сказано — это настраиваемые или переменные катушки индуктивности. Чаще всего используются в тех же колебательных контурах для точной настройки частоты резонанса.

Соленоид — так называется катушка, длина которой значительно больше диаметра. Таким образом внутри соленоида образуется равномерное магнитное поле. Чаще всего соленоиды используются для совершения механической работы — поступательного движения. Такие изделия называют еще электромагнитами.

Читайте также:  Не работают стоп-сигналы причины, что делать и как устранить неисправность

Рассмотрим, где используются соленоиды.

Это может быть активатор замка в автомобиле, шток которого втягивается после подачи на соленоид напряжения, и звонок, и различные исполнительные электромеханические устройства типа клапанов, грузоподъёмные магниты на металлургических производствах.

В реле, контакторах и пускателях соленоид также выполняет функцию электромагнита для привода силовых контактов. Но в этом случае его чаще называют просто катушка или обмотка реле (пускателя, контактора соответственно), как выглядит, на примере малогабаритного реле вы видите ниже.

Рамочные и кольцевые антенны. Их назначение — передача радиосигнала. Используются в иммобилайзерах автомобилей, металлодетекторах и для беспроводной связи.

Индукционные нагреватели, тогда она называется индуктором, вместо сердечника помещают нагреваемое тело (обычно металл).

Основные параметры

К основным характеристикам катушки индуктивности можно отнести:

  • Индуктивность.
  • Силу тока (для подбора подходящего элемента при ремонте и проектировании это нужно учитывать).
  • Сопротивление потерь (в проводах, в сердечнике, в диэлектрике).
  • Добротность — отношение реактивного сопротивления к активному.
  • Паразитная емкость (емкость между витками, говоря простым языком).
  • Температурный коэффициент индуктивности — изменение индуктивности при нагреве или охлаждении элемента.
  • Температурный коэффициент добротности.

    Маркировка

    Для обозначения номинала катушки индуктивности используют буквенную или цветовую маркировку. Есть два вида буквенной маркировки.

  • Обозначение в микрогенри.
  • Обозначение набором букв и цифр. Буква r – используется вместо десятичной запятой, буква в конце обозначения обозначает допуск: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М = ±20%.

    Цветовую маркировку можно распознать аналогично таковой на резисторах. Воспользуйтесь таблицей, чтобы расшифровать цветные полосы или кольца на элементе. Первое кольце иногда делают шире остальных.

    На это мы и заканчиваем рассматривать, что собой представляет катушка индуктивности, из чего она состоит и зачем нужна. Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по теме статьи:

    Намотка катушки индуктивности на торои­дальные магнитопроводы

    Однако намотка катушек на торои­дальных магнитопроводах сопряжена с известными трудностями, особенно при большом числе витков. Радиолюби­тели при намотке таких катушек обычно используют самодельные плоские шпу­ли или челноки. Для облегчения изго­товления катушек, содержащих боль­шое число витков, иногда кольцевой магнитопровод (обычно он феррито­вый) аккуратно разламывают на две части, наматывают на каждой из них половинное число витков, после чего половинки магнитолровода склеивают, а полуобмотки соединяют согласно-по­следовательно (т. е. конец одной с на­чалом другой).

    Такому способу свойст­венны существенные недостатки: из-за механических воздействий значитель­но снижается начальная магнитная про­ницаемость материала магнитопрово­да, наличие немагнитных зазоров в местах склеивания уменьшает магнит­ную проницаемость — в результате эф­фективная магнитная проницаемость магнитопровода снижается на порядок, а то и более. Для получения требуемой индуктивности катушки приходится пропорционально увеличивать число ее витков, в результате чего возрастает активное сопротивление обмотки и снижается ее добротность. Из-за не­равномерности распределения витков катушки по магнитопроводу магнитное поле уже не локализуется внутри катуш­ки, дополнительное выпячивание маг­нитного поля из магнитопровода про­исходит в местах склеивания — уве­личиваются внешние поля рассеяния, катушка требует экранирования

    Предлагаемый способ позволяет из­готавливать катушки индуктивности на тороидальных (кольцевых) магнитопро­водах с наружным диаметром 10 мм и менее, индуктивностью до нескольких генри с малыми трудовыми затратами. Этим способом можно изготавливать катушки с максимально достижимыми значениями индуктивности и доброт­ности. полностью заполняя обмоткой окно магнитопровода. Такого результата можно достичь, если катушку намотать высокочастот­ным обмоточным проводом (устарев­шее название — литцендрат), представ­ляющим собой жгут (пучок) изолирован­ных одна от другой и скрученных вместе проволок диаметром 0.03—0,1 мм с наружной волокнистой шелковой одно­слойной (марка ЛЭШО) или лавсановой (марка ЛЭ/10) изоляцией (если наруж­ная изоляция состоит из двух слоев — соответственно ЛЭШД или ЛЭЛД). Про­волок в пучке может быть от трех до не­скольких сотен, но для поставленной цели наиболее пригодны провода с числом проволок 7—10 диаметром 0.05 или 0,07 мм. например. ЛЭШО или ЛЭЛО 10×0.05; 7×0.07; 10×0,07.

    Суть способа заключается в том. что катушку наматывают сравнительно толстым проводом-жгутом, а затем составляющие его тонкие изолирован­ные провода соединяют между собой согласно-последовательно, в резуль­тате чего требуемое число витков уменьшается в равное числу проводов раз. Технологический процесс состоит из трёх выполняемых последовательно операций; подготовки магнитопрово­да. собственно намотки и соединения проводов. Подготовка магнитопровода заклю­чается в тщательном скруглении острых кромок мелкозернистой наждачной бумагой во избежание повреждения изоляции тонкого обмоточного прово­да. После этого магнитопровод с не­большим натягом обматывают фторо­пластовой лентой.

    Такая лента под на­званием ФУМ (фторопластовый уплот­нительный материал) продается в хозяйственных магазинах. Её необхо­димо распустить на полоски шириной 4…5 мм и обмотать такой полоской магнитопровод в один слой. Этим до­стигаются две цели: исключаются межвитковые замыкания обмотки катушки через магнитопровод и снижается тре­ние провода о него при намотке. При работе с ферритовыми магнитопрово­дами следует избегать непосредствен­ных ударов по ним и их падений на жесткие предметы, так как при этом может произойти значительное необ­ратимое изменение начальной магнит­ной проницаемости материала.

    Далее определяют необходимую длину многожильного провода для об­мотки. Если известно число витков ка­тушки, то рассчитывают число витков провода, разделив первое из этих чисел на число проволок в проводе. Умножив число витков на среднюю длину витка, получаем необходимую длину провода Среднюю длину витка / я рассчитываю по эмпирической формуле / = D +3h, где D — наружный диаметр магнитопрово­да; h — его высота. Для ферритового кольца типоразмера К 10x6x5 (от дрос­селя ЭПРА КЛЛ) / = 25 мм. Для катушки, состоящей из 150 витков (коэффициент заполнения окна менее 0.5), потребу­ется примерно 25х 150 = 3750 мм = 3,8 м провода ЛЭШО 7×0,07. Это позволит получить катушку, содержащую 900… 1000 витков провода диаметром 0.07 мм. индуктивностью свыше 1 Гн.

    Читайте также:  Как открыть пластиковое окно снаружи без повреждений 2

    Далее, продев провод через магнито­провод и поместив последний примерно посередине провода, привязываю его одинарным узлом так, чтобы место пе­рекрещивания провода 1 располагалось на наружной цилиндрической поверхно­сти кольца 2 (рис. 1). Концы провода на длине примерно 50 мм и узел промазы­ваю нитроклеем. Минут через пять, пос­ле высыхания клея, начинаю наматывать катушку, плотно укладывая витки по внутреннему диаметру кольца.

    Во избе­жание расползания витков через каждые два-три витка узел “повторяю”, пропус­кая конец провода внутрь витка. Пройдя первый слой и закрепив конец провода узлом, деревянной зубочисткой устра­няю бочкообразность обмотки внутри кольца, поджимая провод к магнитопро­воду. Следующий слой наматываю вто­рым концом провода с небольшим натя­гом так. чтобы не оборвать проволоки. Жесткие, пропитанные клеем концы провода облегчают заведение его внутрь кольца. Так. чередуя намотку од­ним и другим концами провода, запол­няю окно, равномерно распределяя обмотку по кольцу. После намотки ка­тушки изготавливаю каркас.

    Для этого в пластине из листового полистирола или другого термоплас­тичного материала толщиной 3…4 мм сверлю отверстие диаметром на 2…3 мм меньше диаметра получившей­ся катушки. Затем в него ввожу стер­жень разогретого паяльника мощ­ностью 40…65 Вт и его очищенной от окалины боковой поверхностью разо­греваю стенки отверстия. Разогрев веду, непрерывно перемещая стержень паяльника по цилиндрической поверх­ности отверстия. Оно при этом как бы “развальцовывается”, его диаметр уве­личивается и на его кромках появляют­ся кольцевые буртики. Развальцевав отверстие до необходимого диаметра, вставляю в него катушку, и пока заго­товка не остыла, пинцетом аккуратно обжимаю буртики вокруг катушки.

    В результате после остывания заготовки она оказывается надежно зафиксиро­ванной в отверстии. Далее заготовку опиливаю до получения необходимой формы каркаса (рис. 2). Излишки про­вода обрезаю, оставив концы длиной 25…30 мм. Отделив из каждого пучка по одной проволоке, облуживаю их. поль­зуюсь известным способом — осто­рожно протягивая проволоку под жалом паяльника с набранным припоем по от­резку поливинилхлоридной изоляции, снятой с монтажного провода. Изоля­ция проволоки при этом разрушается, и происходит ее облуживание. В торцы каркаса 3 вплавляю отрезки лужёного провода диаметром 0.6…0.8 мм — они будут служить выводами 1 катушки 2. Облуженные проволоки наматываю на выводы 1, места намотки пропаиваю.

    Облуживание тонкой проволоки — операция весьма деликатная, велик риск её оборвать, поэтому остальные проволоки я соединяю без снятия изо­ляции методом сварки. Для этого, взяв по одной проволоке от начала и конца обмотки, скручиваю их на длине при­мерно 10 мм и нагреваю место скрутки в пламени многоразовой газовой зажи­галки с инжекционной горелкой. Пламя такой зажигалки имеет вид узкого кону­са голубого цвета. При нагреве прово­локи расплавляются, образуя на месте соединения шарик расплавленного металла 4.

    После остывания место со­единения укладываю на каркас так, чтобы проволоки прилегали к каркасу 3, и фиксирую на нём, нагревая жалом остро заточенного паяльника до погру­жения шарика и проволок в тело карка­са. Так достигается механическая проч­ность места соединения. После этого скручиваю, свариваю и фиксирую в кар­касе вторую пару проволок, затем тре­тью и т. д. В результате все проволоки оказываются соединёнными последо­вательно. поэтому нет необходимости их “прозвонки”. Соединив все проволо­ки. убеждаюсь в целостности обмотки и отсутствии короткозамкнутых витков в полученной катушке индуктивности, после чего места соединений проволок покрываю клеем БФ-2.

    Предлагаемый способ изготовления катушек индуктивности позволяет зна­чительно снизить трудозатраты при их изготовлении. Следует, однако, учесть, что собственная емкость намотанной таким способом катушки значительно больше, чем намотанной по обычной технологии внавал.

    Что такое катушка индуктивности и для чего она нужна

    • Определение и принцип действия
    • Виды и типы катушек
    • Для чего нужны и какие бывают
    • Основные параметры
    • Маркировка

    Определение и принцип действия

    Катушка индуктивности — это катушка смотанного в спираль или другую форму изолированного проводника. Основные особенности и свойства: высокая индуктивность при низкой ёмкости и активном сопротивлении.

    Она накапливает энергию в магнитном поле. На рисунке ниже вы видите её условное графическое обозначение на схеме (УГО) в разных видах и функциональных назначениях.

    Она может быть с сердечником и без него. При этом с сердечником индуктивность будет в разы больше, чем если его нет. От материала, из которого изготовлен сердечник, также зависит величина индуктивности. Сердечник может быть сплошным или разомкнутым (с зазором).

    Напомним один из законов коммутации:

    Ток в индуктивности не может измениться мгновенно.

    Это значит, что катушка индуктивности — это своего рода инерционный элемент в электрической цепи (реактивное сопротивление).

    Давайте поговорим, как работает это устройство? Чем больше индуктивность, тем больше изменение тока будет отставать от изменения напряжения, а в цепях переменного тока — фаза тока отставать от фазы напряжения.

    В этом и заключается принцип работы катушек индуктивности – накопление энергии и задерживание фронта нарастания тока в цепи.

    Читайте также:  Гудит коробка передач ваз 2114 что делать

    Из этого же вытекает и следующий факт: при разрыве в цепи с высокой индуктивностью напряжение на ключе повышается и образуется дуга, если ключ полупроводниковый — происходит его пробой. Для борьбы с этим используются снабберные цепи, чаще всего из резистора и конденсатора, установленного параллельно ключу.

    Виды и типы катушек

    В зависимости от сферы применения и частоты цепи может отличаться конструкция катушки.

    По частоте можно условно разделить на:

    • Низкочастотные. Пример — дроссель люминесцентной лампы, трансформатор (каждая обмотка представляет собой катушку индуктивности), реактор, фильтры электромагнитных помех. Сердечники чаще всего выполняются из электротехнической стали, для цепей переменного тока из листов (шихтованный сердечник).
    • Высокочастотные. Например, контурные катушки радиоприемников, катушки связи усилителей сигнала, накопительные и сглаживающие дроссели импульсных блоков питания. Их сердечник изготавливают обычно из феррита.

    Конструкция отличается в зависимости от характеристик катушки, например, намотка может быть однослойной и многослойной, намотанной виток к витку или с шагом. Шаг между витками может быть постоянным или прогрессивным (изменяющимся по длине катушки). Способ намотки и конструкция влияют на конечные размеры изделия.

    Отдельно стоит рассказать о том, как устроена катушка с переменной индуктивностью, их еще называют вариометры. На практике можно встретить разные решения:

    • Сердечник может двигаться относительно обмотки.
    • Две обмотки расположены на одном сердечнике и соединены последовательно, при их перемещении изменяется взаимоиндукция и индуктивная связь.
    • Сами витки для настройки контура могут раздвигаться или сужаться приближаясь друг к другу (чем плотнее намотка — тем больше индуктивность).

    И так далее. При этом подвижная часть называется ротором, а неподвижная — статором.

    По способу намотки бывают также различными, например, фильтры со встречной намоткой подавляют помехи из сети, а намотанные в одну сторону (согласованная намотка) подавляют дифференциальные помехи.

    Для чего нужны и какие бывают

    В зависимости от того, где применяется катушка индуктивности и её функциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. Давайте рассмотрим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу применения.

    Дроссели. Обычно так называются устройства для ограничения тока, область применения:

    • В пускорегулирующей аппаратуре для розжига и питания газоразрядных ламп.
    • Для фильтрации помех. В блоках питания — фильтр электромагнитных помех со сдвоенным дросселем на входе компьютерного БП, изображен на фото ниже. Также используется в акустической аппаратуре и прочем.
    • Для фильтрации определенных частот или полосы частот, например, в акустических системах (для разделения частот по соответствующим динамикам).
    • Основа в импульсных преобразователях — накопитель энергии.

    Токоограничивающие реакторы — используются для ограничения токов короткого замыкания на ЛЭП.

    Примечание: у дросселей и реакторов должно быть низкое активное сопротивление для уменьшения их нагрева и потерь.

    Контурные катушки индуктивности. Используются в паре с конденсатором в колебательном контуре. Резонансная частота подбирается под частоту приема или передачи в радиосвязи. У них должна быть высокая добротность.

    Вариометры. Как было сказано — это настраиваемые или переменные катушки индуктивности. Чаще всего используются в тех же колебательных контурах для точной настройки частоты резонанса.

    Соленоид — так называется катушка, длина которой значительно больше диаметра. Таким образом внутри соленоида образуется равномерное магнитное поле. Чаще всего соленоиды используются для совершения механической работы — поступательного движения. Такие изделия называют еще электромагнитами.

    Рассмотрим, где используются соленоиды.

    Это может быть активатор замка в автомобиле, шток которого втягивается после подачи на соленоид напряжения, и звонок, и различные исполнительные электромеханические устройства типа клапанов, грузоподъёмные магниты на металлургических производствах.

    В реле, контакторах и пускателях соленоид также выполняет функцию электромагнита для привода силовых контактов. Но в этом случае его чаще называют просто катушка или обмотка реле (пускателя, контактора соответственно), как выглядит, на примере малогабаритного реле вы видите ниже.

    Рамочные и кольцевые антенны. Их назначение — передача радиосигнала. Используются в иммобилайзерах автомобилей, металлодетекторах и для беспроводной связи.

    Индукционные нагреватели, тогда она называется индуктором, вместо сердечника помещают нагреваемое тело (обычно металл).

    Основные параметры

    К основным характеристикам катушки индуктивности можно отнести:

    1. Индуктивность.
    2. Силу тока (для подбора подходящего элемента при ремонте и проектировании это нужно учитывать).
    3. Сопротивление потерь (в проводах, в сердечнике, в диэлектрике).
    4. Добротность — отношение реактивного сопротивления к активному.
    5. Паразитная емкость (емкость между витками, говоря простым языком).
    6. Температурный коэффициент индуктивности — изменение индуктивности при нагреве или охлаждении элемента.
    7. Температурный коэффициент добротности.

    Маркировка

    Для обозначения номинала катушки индуктивности используют буквенную или цветовую маркировку. Есть два вида буквенной маркировки.

    1. Обозначение в микрогенри.
    2. Обозначение набором букв и цифр. Буква r – используется вместо десятичной запятой, буква в конце обозначения обозначает допуск: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М = ±20%.

    Цветовую маркировку можно распознать аналогично таковой на резисторах. Воспользуйтесь таблицей, чтобы расшифровать цветные полосы или кольца на элементе. Первое кольце иногда делают шире остальных.

    На это мы и заканчиваем рассматривать, что собой представляет катушка индуктивности, из чего она состоит и зачем нужна. Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по теме статьи:

    Материалы по теме:

    Автор: Алексей Бартош

  • Ссылка на основную публикацию
    Свистит ремень генератора на Форд Фокус 2
    Установка ремня генератора форд фокус Как заменить ремни кондиционера и генератора на Форд Фокус 2 1.6, 1.8 и 2.0 л....
    Светильник на дачу своими руками Практическая электроника
    Светильник на дачу своими руками Практическая электроника Автономный светильник? Именно об этом и пойдет речь в нашей статье. Собственная дача...
    Светильники на солнечных батареях для дачи и сада 10 советов по выбору Строительный блог Вити Петро
    Схема садового светильника на солнечной батарее Загородным участкам, особенно с большой площадью, требуется ночное освещение. Эту задачу можно решить разными...
    Свистит ремень генератора почему и что делать чтобы устранить эту неисправность
    Свист ремня Паджеро Свист ремня. Симптомы. Внедорожники Митсубиси Паджеро второго третьего и четвертого поколений, славятся наличием мелких “болячек”.Одной из них...
    Adblock detector