Из чего состоит катушка: Катушка индуктивности. Устройство и принцип работы.

Содержание

Катушка индуктивности. Устройство и принцип работы.

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самых основ, и темой сегодняшней статьи будет катушка индуктивности. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку 🙂 То есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля.

{-7}\medspace\frac{Гн}{м}
  • \mu – магнитная проницаемость магнитного материала сердечника. А что это за сердечник и для чего он нужен? Сейчас выясним. Дело все в том, что если катушку намотать не просто на каркас (внутри которого воздух), а на магнитный сердечник, то индуктивность возрастет многократно. Посудите сами – магнитная проницаемость воздуха равна 1, а для никеля она может достигать величины 1100. Вот мы и получаем увеличение индуктивности более чем в 1000 раз
  • S – площадь поперечного сечения катушки
  • N – количество витков
  • l – длина катушки
  • Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

    С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный!

    Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

    Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

    Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь. Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

    Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

    \varepsilon_s = -\frac{d\Phi}{dt}

    Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку I_L будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот  будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

    На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение.

    На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать.

    Напряжение на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

    Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

    После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

    Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

    \varepsilon_s = -L\medspace\frac{dI}{dt}

    На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока.

    Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

    Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

    Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

    Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

    \varepsilon_L = -L\medspace\frac{dI}{dt}

    Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость! Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения.

    Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

    Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

    Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: \varepsilon < 0, i > 0, участок 3-4: \varepsilon > 0, i < 0). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника).

    А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока).

    И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

    X_L = w\medspace L

    Где w – круговая частота: w = 2 \pi f. [/latex]f[/latex] – это частота переменного тока. Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный (f = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

    Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение u? Здесь все на самом деле просто! По 2-му закону Кирхгофа:

    u + \varepsilon_L = 0

    А следовательно:

    u = – \varepsilon_L

    Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

    Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе (ссылка) друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

    При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода. 

    Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались!

    На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому разговор о катушках индуктивности мы продолжим в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

    для чего она нужна и как работает, параметры

    Индукционная катушка — это дроссель или изолированный проводник. Используется электрический каркас, композитные вставки. При рассмотрении понятия необходимо изучить свойства, основные особенности катушки индуктивности.

    Определение устройства

    Катушка индуктивности — это устройство, которое обладает малой емкостью и значительным сопротивлением. Дроссель является отменным проводником электрического тока, учитывается высокий показатель инерционности. Устройства применяются в качестве свернутого изолированного проводника. Винтовые, спиральные модификации способны справляться с помехами, колебаниями в сети.

    Индукционная катушка

    Важно! Устройство работает в цепях переменного тока при низкой и высокой частоте.

    Назначение и принцип действия

    Специалисты задаются вопросом, зачем нужна токовая катушка индуктивности в цепи, и для этого необходимо разобраться в показателях. Коэффициент ЭДС (электродвижущая сила) показывает разницу между энергией и магнитным потоком. Устройства самоиндукции способны влиять на изменения в цепи. Чаще всего дроссели применяются в силовых установках. Они способны контролировать уровень напряжения, не допускают разрыва цепи.

    Устройства самоиндукции

    Также компоненты устанавливаются на пару с конденсаторами либо резисторами. Благодаря работе катушки фильтры находятся в безопасности. Теперь вызывает интерес, как включается индукционная катушка. Принцип работы построен на изоляции проводников. В конструкции используется электрический каркас с различным сечением. За счёт намоток обеспечивается распределение ёмкости на дросселе.

    Интересно! Витки наматываются с определенным шагом, многое зависит от типа катушки.

    Виды и типы

    Различают низкочастотные, высокочастотные модели. В отдельную категорию выделяют винтовые, спиральные катушки. Также существуют модификации, которые используются в радиотехнике. Они подходят для защиты конденсатора либо резонансных контуров.

    Устройства в радиотехнике

    Для трансформаторов годятся катушки с усилителем каскадом. В последнюю категорию выделены вариометры, основное отличие — высокая частота колебательных контуров. Дроссели могут быть одинарными либо сдвоенными. От этого зависит показатель индуктивности и питания системы.

    Низкочастотные

    Для включения в электрическую цепь, применяется низкочастотная катушка индуктивности. Она предназначена для подавления переменного тока. В формуле учитывается циклическая частота и показатели индуктивности. За основу в устройствах берётся сердечник, который изготавливается из стали. Он может быть с фильтрами либо без них.

    Чтобы влиять на частоту, происходит игра с сопротивлением. В цепи постоянного тока напряжение должно быть неизменным. С целью понижения частоты применяются фильтры. Основная проблема — это малая ёмкость. Чтобы детально ознакомиться с дросселем, стоит подробнее узнать о резонансной частоте, которая выделяется на контуре рабочего сигнала.

    Когда в цепях повышается напряжение, на каркас оказывается нагрузка. В цепи постоянного тока задействуются непрозрачные проволочные резисторы. Также для этих целей подходят однослойные катушки типа «универсал». Их особенность — использование ферритовых стержней.

    Низкочастотная катушка

    Высокочастотные

    Устройства изготавливаются с различными типами обмотки. Речь идет о наборе преимуществ, которые спасают в той или иной ситуации. Сфера применения элементов широка, учитывается значительная частота модуляции. Таким образом удается бороться с повышенным сопротивлением металлов. У катушек имеется сердечник.

    Основная задача — это модуляция частоты генератора. Она происходит за счёт усиления сигнала, и за процессом можно проследить при подключении осциллографа. Многие высокочастотные катушки не отличаются стабильной работой, поскольку применяется керамический каркас. У него малый срок годности, плюс они восприимчивы к повышенной влажности.

    Интересно! Современные товары изготавливаются из алюминия и являются компактными.

    Электрикам известны контурные, безконтурные модификации высокой частоты. В зависимости от намотки учитывается стабильность электрических параметров. У моделей высокой частоты могут применяться магниты и провода. Речь идет о порошковых материалах, сделанных из диэлектриков.

    Процесс изготовления связан с методом холодного прессования. Индуктивные датчики отличаются по защищенности. На предприятиях элементы могут погружать в раствор либо продевать в трубку. Это делается с целью избежания коротких замыканий. Мировые производители решают проблему путем использование вторичного витка.

    Высокочастотная катушка

    У моделей значительное сопротивление и есть проблема с концентрацией электролита. Таким образом изменяются свойства катушки индуктивности. Проводимость раствора падает и повышается частота электромагнитного поля.

    Основные технические параметры

    Катушки индуктивности имеют следующие характеристики:

    • добротность отклонения;
    • эффективность;
    • начальная индуктивность;
    • температура;
    • стабильность;
    • предельная емкость;
    • номинальная индуктивность.

    Стабильность демонстрирует свойства устройства при изменении условий использования. Температура фиксируется вследствие различных причин. Многое зависит от размера каркаса. Когда температура уменьшается, индуктивность также снижается. Современные параметры — это цикличность, которая является отношением температуры к линейному расширению. Учитывается изменение в керамической основе плюс показатель плотности.

    Температура отслеживается на горячей намотке. В этом плане хорошо себя показали многослойные дроссели с сердечником, которые сделаны из карбонильного железа. Ёмкость отображает количество витков катушки, берется в расчет количество секций и контуров. Высокочастотные модели считаются более емкостными и стабильными.

    Емкостные катушки

    Номинальная индуктивность — это параметр, который учитывает изменение размеров волны. Измерение происходит в микрогенрах. Если смотреть на формулу, учитывается количество витков, длина намотки, плюс диаметр катушки.

    Маркировка

    При рассмотрении катушек индуктивности оценивается цветовая и кодовая маркировка. Если смотреть на первые цифры, отображается показатель индуктивности. Далее учитывается параметр отклонения:

    • Серебряный 0,01 мкГн, 10%.
    • Золотой 0,1 мкГн, 5%.
    • Черный 0,1мкГн, 20%.
    • Коричневый 1,1 мкГн.
    • Красный 2, 2 мкГн.
    • Оранжевый 1 мкГн.
    • Желтый 4 мкГн.
    • Зеленый 5 мкГн.
    • Голубой 6 мкГн.
    • Фиолетовый 7мкГн.
    • Серый 8 мкГн.
    • Белый 9 мкГн.

    Маркировка

    В нестабильной цепи переменного электрического тока не обойтись без катушки индуктивности. Выше описаны основные типы изолированных проводников, продемонстрированы их параметры. Учитывается уровень частоты, а также свойства.

    Приветствую всех на нашем сайте!

    Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.

    Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

    Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку :), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

    Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

    А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

    В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

    Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

    • – магнитная проницаемость вакуума. Это табличная величина (константа) и равна она следующему значению:
    – магнитная проницаемость магнитного материала сердечника. А что это за сердечник и для чего он нужен? Сейчас выясним. Дело все в том, что если катушку намотать не просто на каркас (внутри которого воздух), а на магнитный сердечник, то индуктивность возрастет многократно. Посудите сами – магнитная проницаемость воздуха равна 1, а для никеля она может достигать величины 1100. Вот мы и получаем увеличение индуктивности более чем в 1000 раз.
  • – площадь поперечного сечения катушки
  • – количество витков
  • – длина катушки
  • Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

    С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный 🙂

    Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

    Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

    Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

    Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

    Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

    Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот  будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

    На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

    Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

    После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

    Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

    На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока.

    Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

    Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

    Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

    Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

    Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость 🙂 Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

    Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

    Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />, участок 3-4: 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />,

    Где – круговая частота: . – это частота переменного тока.

    Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

    Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто 🙂 По 2-му закону Кирхгофа:

    А следовательно:

    Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

    Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе (ссылка) друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

    При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

    Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались 🙂

    На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

    В данной статье мы подробно рассмотрим индуктор. Отдельно разберем индуктор на схеме, обратную ЭДС генерируемую индуктором, постоянную времени индуктора, ток и напряжение в индукторе, а так же мощность и энергию в индукторе.

    Определение и принцип работы

    В наших уроках об электромагнетизме мы увидели, что когда электрический ток протекает через проводник, вокруг проводника возникает магнитный поток. Это создает взаимосвязь между направлением магнитного потока, который циркулирует вокруг проводника, и направлением тока, протекающего через тот же проводник, что приводит к хорошо известной взаимосвязи между током и направлением магнитного потока, называемой «Правило правой руки Флеминга».

    Но есть и другое важное свойство, относящееся к намотанной катушке, которая также существует, а именно то, что вторичное напряжение индуцируется в ту же катушку движением магнитного потока, поскольку оно противостоит любым изменениям электрического тока, протекающего по нему.

    Типичный индуктор

    В своей основной форме Индуктор — это не что иное, как катушка проволоки, намотанная вокруг центрального сердечника. Для большинства катушек токI, протекающий через катушку, создает магнитный поток вокруг нее, который пропорционален этому потоку электрического тока.

    Индуктор, называемый также дросселем, является еще одним типом пассивного электрического компонента, который является простой катушкой провода предназначенного, чтобы воспользоваться этой взаимосвязью путем индукции магнитного поля, сам по себе, или в активной зоне в результате тока, проходящем через катушки. Это приводит к гораздо более сильному магнитному полю, чем то, которое создавалось бы простой катушкой из проволоки.

    Индукторы образованы проволокой, плотно обернутой вокруг сплошного центрального сердечника, который может представлять собой либо прямой цилиндрический стержень, либо непрерывную петлю или кольцо для концентрации их магнитного потока.

    Схематическое обозначение индуктора — это катушка с проводом, поэтому катушку с проводом можно также назвать индуктором. Индукторы обычно классифицируются в соответствии с типом внутреннего сердечника, вокруг которого они намотаны, например, полый сердечник, твердый железный сердечник или мягкий ферритовый сердечник, причем различные типы сердечников различаются путем добавления непрерывных или пунктирных параллельных линий рядом с проволочная катушкой, как показано ниже.

    Индуктор на схеме

    Ток I, который протекает через катушку индуктивности производит магнитный поток, который пропорционален к нему. Но в отличие от конденсатора, который противодействует изменению напряжения на своих пластинах, индуктор противодействует скорости изменения тока, протекающего через него, из-за накопления самоиндуцированной энергии в его магнитном поле.

    Другими словами, катушки индуктивности сопротивляются или противостоят изменениям тока, но легко пропустят постоянный ток. Эта способность индуктора противостоять изменениям тока и которая также связывает ток I с его магнитным потоком как коэффициент пропорциональности, называется индуктивностью, которому присвоен символ L с единицами измерения ГенриH ).

    Поскольку Генри представляет собой относительно большую единицу индуктивности, для младших индукторов Генри используются для обозначения его значения. Например:

    Префиксы индуктивности

    Префикс Условное обозначение мультипликатор Степень десяти
    милли m 1/1 000 10 -3
    микро μ 1/1000000 10 -6
    нано n 1/1000000000 10 -9

    Таким образом, для отображения подразделов Генри мы будем использовать в качестве примера:

    • 1mH = 1 милли-Генри   — что равно одной тысячной (1/1000) Генри.
    • 100μH = 100 микро-Генри   — что равно одной 100-миллионной ( 1/1 000 000) Генри.

    Индукторы или катушки очень распространены в электрических цепях, и существует множество факторов, определяющих индуктивность катушки, таких как форма катушки, число витков изолированного провода, число слоев провода, расстояние между витками, проницаемость материала сердечника, размер или площадь поперечного сечения сердечника и т. д.

    Катушка индуктивности имеет площадь поперечного сечения сердечника ( A ) с постоянным числом витков провода на единицу длины ( l ). Таким образом, если катушка N витков связана на величину магнитного потока Φ то катушка имеет потокосцепление и любой ток I, который протекает через катушку будет производить индуцированный магнитный поток в противоположном направлении по отношению к потоку тока. Затем, согласно закону Фарадея, любое изменение в этой связи магнитного потока производит самоиндуцированное напряжение в одной катушке:

    Где:

    •    N — число витков
    •     А — площадь поперечного сечения в м 2
    •    Φ — количество потока в Веберах
    •     μ — проницаемость материала сердечника
    •     L — длина катушки в метрах
    •    di / dt — скорость изменения тока в Амперах в секунду

    Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение, которое пропорционально скорости изменения тока, создающего его, с положительным значением, указывающим на увеличение ЭДС, и отрицательным значением, указывающим на уменьшение ЭДС.  Уравнение, связывающее это напряжение, ток и индуктивность с самоиндукцией, может быть найдено путем замены μN 2 A / l на L, обозначая постоянную пропорциональности, называемую индуктивностью катушки.

    Соотношение между потоком в катушке индуктивности и током, протекающим через катушку индуктивности, имеет вид: NΦ = Li . Поскольку катушка индуктивности состоит из катушки с проводящим проводом, это уменьшает приведенное выше уравнение, чтобы получить самоиндуцированную ЭДС, иногда называемую также обратной ЭДС, индуцированной в катушке.

    Обратная ЭДС генерируемая индуктором

    Таким образом, из этого уравнения мы можем сказать, что «самоиндуцированная ЭДС = индуктивность * скорость изменения тока» и цепь с индуктивностью один Генри будет иметь ЭДС 1 вольт, индуцированную в цепи, когда ток, протекающий через цепь, изменяется со скоростью 1 Ампер в секунду.

    Один важный момент, который нужно отметить относительно приведенного выше уравнения. Он только связывает ЭДС, создаваемую через индуктор, с изменениями тока, потому что, если ток индуктора постоянен и не изменяется, например, в постоянном токе, то индуцированное напряжение ЭДС будет равно нулю, поскольку мгновенная скорость изменения тока равна ноль di / dt = 0.

    При постоянном токе, протекающем через индуктор и, следовательно, нулевом индуцированном напряжении на нем, индуктор действует как короткое замыкание, равное куску провода, или, по крайней мере, очень низкое значение сопротивления. Другими словами, противодействие протеканию тока, предлагаемого индуктором, очень различно в цепях переменного и постоянного тока.

    Постоянная времени индуктора

    Теперь мы знаем, что ток не может изменяться мгновенно в индуктивности, потому что для этого ток должен измениться на конечную величину за нулевое время, что приведет к тому, что скорость изменения тока будет бесконечной di / dt =  ∞ , делая индуцированную ЭДС бесконечной, а бесконечного напряжения не существует. Однако, если ток, протекающий через индуктор, изменяется очень быстро, например, при работе переключателя, на катушке индуктивности могут возникать высокие напряжения.

    Рассмотрим схему индуктора выше. Когда переключатель ( S1 ) разомкнут, ток через катушку индуктивности не течет. Поскольку через индуктор ток не течет, скорость изменения тока ( di / dt ) в катушке будет равна нулю. Если скорость изменения тока равна нулю, то  в катушке индуктивности нет ЭДС самоиндукции ( V L= 0 ).

    Если мы теперь закроем переключатель (t = 0), ток будет проходить через цепь и медленно подниматься до своего максимального значения со скоростью, определяемой индуктивностью индуктора. Эта скорость тока, протекающего через катушку индуктивности, умноженная на индуктивность по Генри, приводит к тому, что на катушке образуется некоторая самоиндуцированная ЭДС с фиксированным значением, определенная уравнением Фарадея V L  = Ldi / dt.

    Эта самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности ( V L ) борется с приложенным напряжением до тех пор, пока ток не достигнет своего максимального значения и не будет достигнуто устойчивое состояние. Ток, который сейчас течет через катушку, определяется только постоянным или «чистым» сопротивлением обмоток катушек, поскольку значение реактивного сопротивления катушки уменьшилось до нуля, поскольку скорость изменения тока (di / dt) равна нулю в устойчивом состоянии. Другими словами, теперь существует только сопротивление катушек постоянного тока, чтобы противостоять потоку тока.

    Аналогичным образом, если переключатель ( S1 ) разомкнут, ток, протекающий через катушку, начнет падать, но индуктор снова будет бороться с этим изменением и попытается удержать ток в своем прежнем значении, индуцируя напряжение в другом направлении. Наклон падения будет отрицательным и связан с индуктивностью катушки, как показано ниже.

    Ток и напряжение в индукторе

    Сколько индуктивного напряжения будет генерироваться индуктором, зависит от скорости изменения тока. В нашем уроке об электромагнитной индукции закон Ленца гласил: «Направление индуцированной ЭДС таково, что оно всегда будет противостоять изменению, которое его вызывает». Другими словами, индуцированная ЭДС всегда будет противопоставлять движение или изменение, которые изначально вызвали индуцированную ЭДС.

    Таким образом, при уменьшении тока полярность напряжения будет действовать как источник, а при увеличении тока полярность напряжения будет действовать как нагрузка. Таким образом, при одинаковой скорости изменения тока через катушку, увеличение или уменьшение величины индуцированной ЭДС будет одинаковым.

    Мощность в индукторе

    Мы знаем, что индуктор в цепи противостоит потоку тока I через него, потому что поток этого тока индуцирует ЭДС, которая противостоит ему, закон Ленца. Затем необходимо выполнить работу от внешнего источника батареи, чтобы ток протекал против этой индуцированной ЭДС. Мгновенная мощность, используемая для форсирования тока I по отношению к этой самоиндуцированной ЭДС (V L), определяется как:

    Мощность в цепи задается как P = V * I, поэтому:

    Идеальный индуктор не имеет сопротивления, только индуктивность, поэтому R = 0 Ом, и поэтому мощность в катушке не рассеивается, поэтому можно сказать, что идеальный индуктор имеет нулевую потерю мощности.

    Энергия в индукторе

    Когда мощность поступает в индуктор, энергия накапливается в его магнитном поле. Когда ток, протекающий через индуктор, увеличивается и di / dt становится больше нуля, мгновенная мощность в цепи также должна быть больше нуля, ( P> 0 ), т.е. положительная, что означает, что энергия накапливается в индукторе.

    Аналогичным образом, если ток через индуктор уменьшается и di / dt меньше нуля, то мгновенная мощность также должна быть меньше нуля ( P ), т. е. отрицательна, что означает, что индуктор возвращает энергию обратно в цепь. Затем, интегрируя приведенное выше уравнение для мощности, полная магнитная энергия, которая всегда положительна и сохраняется в индуктивности, определяется как:

    Энергия фактически накапливается в магнитном поле, которое окружает индуктор током, текущим через него. В идеальном индукторе, который не имеет сопротивления или емкости, поскольку ток увеличивает энергию, стекающую в индуктор и накапливающуюся там в его магнитном поле без потерь, он не высвобождается до тех пор, пока ток не уменьшится и магнитное поле не разрушится.

    Затем в переменном токе, переменного тока индуктор постоянно накапливает и доставляет энергию на каждом цикле. Если ток, протекающий через индуктор, является постоянным, как в цепи постоянного тока, то сохраненная энергия не изменяется, так как P = Li (di / dt) = 0 .

    Таким образом, индукторы могут быть определены как пассивные компоненты, так как они могут как накапливать, так и доставлять энергию в цепь, но они не могут генерировать энергию.  Идеальный индуктор классифицируется как меньше потерь, что означает, что он может хранить энергию бесконечно, так как энергия не теряется.

    Однако, реальные катушки индуктивности всегда будут иметь некоторое сопротивление, связанное с обмотками катушки, и всякий раз, когда ток протекает через энергию сопротивления, теряется в виде тепла по закону Ома( P = I R ) независимо от того, является ли ток переменным или постоянный.

    Тогда основное использование индукторов — это в фильтрационных цепях, резонансных цепях и для ограничения тока. Индуктор может использоваться в цепях для блокировки или изменения переменного тока или диапазона синусоидальных частот, и в этой роли индуктор может использоваться для «настройки» простого радиоприемника или генераторов различных типов. Он также может защитить чувствительное оборудование от разрушительных скачков напряжения и высоких пусковых токов.

    В следующем уроке об индукторах мы увидим, что эффективное сопротивление катушки называется индуктивностью, а индуктивность, которая, как мы теперь знаем, является характеристикой электрического проводника, который «противодействует изменению тока», может быть как внутренней, индуцированный, называемый самоиндуктивностью или индуцированный извне, называемый взаимоиндуктивностью.

    comments powered by HyperComments

    Индукционная катушка (рисунок 1) представляет собой частный случай трансформатора. Она состоит из сердечника 1 (набранного из нарезанных кусков стальной проволоки), на который намотано несколько витков толстой изолированной проволоки 2. Эти витки являются первичной обмоткой индукционной катушки. Поверх первичной обмотки наматывается другая обмотка 3 из тонкой изолированной проволоки с большим числом витков (от 16 000 до 1 000 000 и более). Это – вторичная обмотка индукционной катушки.

    Рисунок 1. Схема устройства индукционной катушки

    Принцип работы индукционной катушки состоит в следующем. Первичная обмотка через механический прерыватель 4 присоединяется к источнику постоянного напряжения 5 (батарее элементов, аккумуляторов и так далее).

    При замыкании выключателя 6 ток батареи проходит по первичной обмотке катушки и намагничивает ее сердечник. Намагнитившийся сердечник притягивает к себе якорек прерывателя, чем разрывается цепь первичной обмотки. В следующее мгновение размагнитившийся сердечник отпускает якорек прерывателя. Последний под действием пружины возвращается на прежнее место, замыкает цепь первичной обмотки, и далее процесс повторяется вновь.

    В результате непрерывных замыканий и размыканий цепи в первичной обмотке катушки протекает прерывистый ток. Изменяющееся магнитное поле первичной обмотки, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней электродвижущую силу (ЭДС). При замыкании первичной цепи ЭДС во вторичной обмотке имеет одно направление, при размыкании – другое. Большое число витков дает возможность получать на концах вторичной обмотки напряжение в несколько тысяч, а иногда и сотен тысяч вольт. Слой воздуха между выводами вторичной обмотки пробивается и проскакивает искра, длина которой в больших индукционных катушках достигает 1 метра.

    Для получения большой ЭДС во вторичной обмотке необходимо, чтобы ток в первичной цепи изменялся как можно быстрее. Однако искра в механическом прерывателе, появляющаяся при размыкании его контактов, не дает возможности току прекращаться сразу. Для быстрейшего исчезновения искры параллельно месту разрыва включают конденсатор 7.

    Первичную обмотку индукционной катушки можно питать также переменным током. Тогда надобность в прерывателе отпадает.

    При помощи индукционной катушки было сделано много важнейших физических открытий. Индукционные катушки широко применяются для зажигания рабочей смеси в автомобильных и авиационных двигателях и так далее.

    Рисунок 2. Внешний вид автомобильной индукционной катушки и механического прерывателя используемых для подачи искры в камеру сгорания двигателя (слева катушка, справа прерыватель)

    Видео 1. Катушка Румкорфа

    Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

    Катушка индуктивности характеризуется своими параметрами, главными из которых являются ее индуктивность, сопротивление обмоток и рабочий ток, с которым она может функционировать. При составлении схемы особую важность играют ее габариты, вес. К катушкам предъявляются особые требования, которые могут различными в зависимости от сферы ее применения. Для использования в преобразователях, фильтрах, катушки используются более мощные, чем это заложено схемой. Главное выбрать такую модель, которая не будет влиять на производительность всей схемы или цепи.

    В статье будет рассказано о том, что это такое, где используется такая катушка безопасности и из чего состоит. Также в статье содержится видеоролик и дополнительный материал, который поможет лучше разобраться в выбранной теме.

    Катушка индуктивности

    Обзор пассивных компонентов

    Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) содержит огромное количество электрорадиокомпонентов, т.е. самостоятельных  изделий, выполняющих определенные функции. Электрорадиоэлементы подразделяют на активные и пассивные. К активным относятся транзисторы,  микросхемы ,электронные лампы и т.д., т. е. элементы, способные усиливать или преобразовывать электрические сигналы. К пассивным относятся резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы, коммутационные элементы, т. е. такие элементы, которые предназначены для перераспределения электрической энергии.

    Сетевая инфраструктура современного офиса состоит из множества составляющих, правильный выбор которых имеет существенное значение для успешной работы всей инфраструктуры в целом. Пассивные компоненты  играют при этом также немаловажную  роль, обеспечивают среде передачу данных, а также внешний вид, эстетику. Пассивным элементом схемы называется элемент, не имеющий внутренних источников энергии, и выполняющий либо накопление энергии (конденсатор, индуктивность), либо ее рассеяние (резистор).

    Пассивные компоненты по сути соответствует пассивному элементу схемы. Пассивные компоненты характеризуются малыми размерами, малым числом выводов (как правило, два-три), низкой стоимостью и, как правило, достаточно высокой стойкостью к воздействиям при сборке узлов. Пассивные элементы могут выступать как дискретные компоненты и как элементы интегральных микросхем. В РЭА интегральные микросхемы  имеют очень большой удельный вес, но пассивные компоненты являются все же самыми распространенными изделиями электронной промышленности. Это можно объяснить  тем, что некоторые элементы трудно выполнить в микросхемном исполнении. Практически невозможно в ИМС изготовить конденсаторы большой емкости, резисторы с большим сопротивлением, сложности в разработке интегральных катушек индуктивности и трансформаторов. Кроме того технические характеристики дискретных элементов лучше, чем интегральных.

    Катушки индуктивности разных размеровБудет интересно➡  Диодный мост – что это такое?Используемые источники:

    • https://rusenergetics.ru/oborudovanie/katushka-induktivnosti
    • https://microtechnics.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-katushki-induktivnosti/
    • https://meanders.ru/induktor.shtml
    • https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/640-induction-coil.html
    • https://electroinfo.net/radiodetali/chto-takoe-katushka-induktivnosti-i-pochemu-ee-inogda-nazyvajut-drossel.html

    Катушка индуктивности — это… Что такое Катушка индуктивности?

    Обозначение на электрических принципиальных схемах

    Катушка индуктивности (жарг.  индуктивность) — пассивный двухполюсный компонент электрических и электронных устройств и систем. Основной параметр катушки индуктивности — величина её индуктивности, зависящая только от геометрических размеров и материалов и не зависящая от режима работы (тока и напряжения).

    Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

    Терминология

    При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

    В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

    Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющую механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

    Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

    При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

    Конструкция

    Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом, — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

    Для увеличения индуктивности часто имеют замкнутый или разомкнутый ферромагнитный сердечник, помехоподавляющие дроссели высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах изменением положения сердечника относительно обмотки, как правило, ферромагнитного сердечника. На СВЧ, когда ферродиэлектрики теряют высокую магнитную проницаемость и резко увеличиваются потери, для этой цели применяются металлические (латунные) сердечники.

    На печатных платах электронных устройств применяют плоские «катушки» индуктивности — геометрия печатного проводника выполнена в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой, или в виде меандра, линии. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса[1].

    Свойства катушки индуктивности

    Свойства катушки индуктивности:

    • Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
    • Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
    • Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своем магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

    Катушка индуктивности в электрической цепи для постоянного тока имеет только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

    Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением модуль которого: , где  — индуктивность катушки,  — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

    Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна:

    Катушка индуктивности в переменном напряжении — аналог тела с массой, подверженному механическим колебаниям.

    При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

    Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

    При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствие с формулой:

    ,

    где :  — ток в катушке,

     — начальный ток катушки,
     — текущее время,
     — постоянная времени.

    Постоянная времени выражается формулой:

    ,

    где :  — сопротивление резистора,

     — омическое сопротивление катушки.

    При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени : катушки:

    .

    При стремлении к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

    Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

    ↔ , где
    ↔ ↔  ; ↔  ; ↔

    Характеристики катушки индуктивности

    Индуктивность

    Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку к величине протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

    Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике:

    где  — магнитная постоянная
     — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты)
     — площадь сечения сердечника
     — длина средней линии сердечника
     — число витков

    При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек:

    При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

    Сопротивление потерь

    В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

    Потери в проводах

    Потери в проводах вызваны тремя причинами:

    • Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
    • Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
    • В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.
    Потери в диэлектрике

    Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

    • Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).
    • Потери обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

    В общем случае можно заметить, что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

    Потери в сердечнике

    Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика гистерезис.

    Потери на вихревые токи

    Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

    Добротность

    С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна

    Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

    Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями, намоткой вида «универсаль», применением посеребрёного провода, применением многожильного провода вида «литцендрат» для снижения потерь, вызванных скин-эффектом.

    Паразитная емкость и собственный резонанс

    Межвитковая паразитная емкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка представляет эквивалентно собой идеальную индуктивность с параллельно присоединенным ей конденсатором паразитной емкости. В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостной. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

    На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

    Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

    Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

    ТКИ — это параметр, характеризующий зависимость индуктивности катушки от температуры.

    Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки. Очень существенно влияние температуры на магнитную проницаемость ферромагнетика сердечника.

    Разновидности катушек индуктивности

    Контурные катушки индуктивности, используемые в радиотехнике
    Эти катушки используются совместно с конденсаторами для организации резонансных контуров. Они должны иметь высокую термо- и долговременную стабильность, и добротность, требования к паразитной ёмкости обычно несущественны.
    Катушки связи, или трансформаторы связи
    Взаимодействующие магнитными полями пара и более катушек, обычно включаются параллельно конденсаторам для организации колебательных контуров: Такие катушки применяются для обеспечения трансформаторной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току, например, цепи базы последующего усилительного каскада от коллектора предыдущего каскада и т. д. К нерезонансным разделительным трансформаторам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи (коэффициент взаимоиндукции).
    Вариометры
    Это катушки, индуктивностью которых можно управлять (например, для перестройки частоты резонанса колебательных контуров) изменением взаимного расположения двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая обычно располагается внутри первой и вращается (ротор). Существуют и другие конструкции вариометров. При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника относительно обмотки, либо изменением длины воздушного зазора замкнутого магнитопровода.
    Дроссели
    Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины или кольца) нанизанные на отдельные провода или группы проводов (кабели) для подавления синфазных высокочастотных помех.
    Сдвоенный дроссель
    Сдвоенные дроссели
    Это две намотанных встречно или согласованно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. При согласной намотке эффективны для подавления дифференциальных помех. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.[2][3] Предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, из питающей сети, так и во избежание проникновения в питающую сеть электромагнитных помех, генерируемых устройством. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — ферритовый сердечник.

    Применение катушек индуктивности

    Балластный дроссель. Ранее применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности
    • Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
    • Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
    • Две и более 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, например, выпрямив и сгладив.
    • Катушки используются также в качестве электромагнитов — исполнительных механизмов.
    • Катушки применяются в качестве источника энергии для нагрева индуктивно-связанной плазмы, а также её диагностики.
    • Для радиосвязи — приёма электромагнитных волн, редко — для излучения:
    • Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
    • Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.
    • Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах[4]
    • Для создания магнитных полей в ускорителях элементарных частиц, магнитного удержания плазмы, в научных экспериментах, в ядерно-магнитной томографии. Мощные стационарные магнитные поля, как правило, создаются сверхпроводящими катушками.
    • Для накопления энергии.

    См. также

    Примечания

    Ссылки

    В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
    Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
    Эта отметка установлена 13 мая 2011.

    Катушки индуктивности теория: разновидности, применение

    Катушка индуктивности — 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 её значительная инерционность.

     

    Устройство обычно представляет собой винтовую, спиральную или винтоспиральную катушку из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика или плоскую спираль, волну или полоску печатного или другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость.

     

    Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

     

    Существуют также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.

     

    Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

     

    Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

     

    В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке.

     

    Потери в проводах вызваны тремя причинами:

    · Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.

    · Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.

    · В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

     

    Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

    · Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).

    · Потери от магнитных свойств диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

     

    В общем случае можно заметить что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

     

    Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

     

    Потери на вихревые токи. Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи становятся источником потерь из-за сопротивления проводников.

     

    Разновидности катушек индуктивности

     

    Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

     

    Катушки связи. Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

     

    Вариометры. Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

     

    Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.

     

    Сдвоенные дроссели две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Т.е. предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) или ферритовый сердечник.

     

    Применение катушек индуктивности

     

    · Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

    · Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

    · Две и более 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, например, выпрямив и сгладив.

    · Катушки используются также в качестве электромагнитов.

    · Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

    · Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

    o Рамочная антенна

    o DDRR

    o Индукционная петля

     

    · Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

    · Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

    · Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.

     

    Эффективные способы намотки, разработанные на нашем предприятии:

     

    Позволяют снять ограничения на диапазоны применяемых напряжений, токов и температур. Снижают сечение провода, стоимость и массу катушек при тех же условиях эксплуатации. Либо позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.

    Наши многолетние исследования показали, что наиболее эффективным способом охлаждения является воздушный. Применение дополнительных видов изоляции иногда бывает нежелательно и ухудшает свойства обмоток. Вместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к увеличению площади контакта провода с мощными потоками воздуха.

     

    1. Разделенная обмотка.

    Лучшая альтернатива дополнительной изоляции. Обмотка разделена на любое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между соседними витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким образом любое опасное пробивное напряжение можно снизить до электрозащитных показателей обыкновенного эмальпровода без применения особых электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать охлаждение.

    2. Бесконтактная обмотка.

    Витки обмотки подвешены в воздухе на специальных растяжках. Не имеют механического, электрического и теплового контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое эффективное воздушное охлаждение, тепло- и электроизоляция.

    3. Корпус в виде улитки.

    Наиболее эффективным способом охлаждения обмоток мы считаем воздушное. Применение такого корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических характеристик дает значительные преимущества.

    4. Двухполупериодная обмотка.

    Все новое – это хорошо забытое старое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет применять обмотки с меньшим сечением. Особенно актуальна двухполупериодная обмотка там, где в небольшие габариты требуется поместить очень мощную обмотку с таким толстым проводом, который невозможно согнуть под требуемыми углами без повреждения. Или промышленность не выпускает настолько толстые шины, и таким образом можно перейти на меньшее сечение.

    5. Трубопроводная обмотка.

    Для работы на особо высоких температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.

    6. Заливка компаундами с примесями на основе нитрида бора и другими для повышения теплопроводности компаунда. Либо виброустойчивая растяжка с применением специальных техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.

    Наши специалисты разработают наиболее эффективный способ решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.

     

    Ждем Ваших заказов.

    инструкция, как устроена безынерционная рыболовная катушка

    Большинство современных рыболовов знакомы с принципами работы безынерционных катушек, а спиннингисты, как правило, владеют этой снастью в совершенстве. Однако далеко не каждый рыбак представляет себе, каково внутреннее устройство катушки для спиннинга и за счёт чего она функционирует. Необходимо более подробно изучить, из чего состоит рыболовная катушка, как функционирует и какие особенности имеет.

    Элементы

    Классическая инерционная катушка имеет достаточно непростое устройство, соединяющее в себе множество небольших деталей. Также необходимо учитывать, что модели разных производителей имеют различную конструкцию, поскольку при производстве каждой катушки используются собственные разработки и ноу-хау. Однако основные узлы на всех безынерционках, как правило, одинаковы и представлены следующими элементами:

    1. корпус;
    2. ножка;
    3. привод;
    4. ротор;
    5. фрикционный тормоз;
    6. стопор обратного хода;
    7. шток шпули;
    8. дужка лесоукладывателя;
    9. ролик лесоукладывателя;
    10. зубчатое колесо;
    11. крышка корпуса;
    12. шпуля.

    Внутреннее устройство безынерционной спиннинговой катушки.

    Очевидно, что в данном случае рассмотрены лишь основные элементы, которые можно встретить в каждой катушке. Более того, на разных моделях устройство даже этих элементов может иметь ощутимые различия. Например, существуют конструкции как с фрикционным тормозом, расположенным впереди шпули, так и с задним фрикционом, как на изображении выше.

    Принцип работы

    В англоязычных странах безынерционную катушку часто называют «fixed spool reel» — катушка с фиксированной шпулей. Такое название оправдано из-за того что, в отличие от мультипликаторной и инерционной конструкции, шпуля безынерционки остаётся статичной во время заброса, а леска сама соскальзывает с неё. Во время остальной ловли шпуля также остаётся неподвижной, за исключением случаев срабатывания фрикциона.

    В данной конструкции наматывание лески происходит за счёт совершающего вращение вокруг шпули механизма лесоукладывателя. Шпуля в это время также совершает движения, однако не вращается, как в случае с другими конструкциями, а перемещается взад-вперёд, что способствует равномерной намотке шнура.


    По состоянию намотки всегда можно определить качество и техническое состояние катушки. Хорошая исправная катушка всегда осуществляет намотку плетёнки идеально ровно, без каких-либо горбов, утолщений и впадин на шпуле. Наличие неровностей говорит либо о том, что механизм лесоукладывателя неисправен, либо об изначально низком качестве изделия. От использования таких катушек лучше отказаться.

    Лесоукладыватель состоит из дужки и ролика, по которому скользит леска при наматывании. Ролику передаётся вращение за счёт движения рукояти катушки, приводящего в движение все внутренние механизмы конструкции. Откидной подпружиненный механизм позволяет открывать скобу лесоукладывателя при забросе и закрывать, когда осуществляется подмотка.

    Подобное устройство безынерционки даёт ей преимущество перед мультипликатором в том, что из-за отсутствия инерции вращения не возникает сходов лески при излишне быстром движении шпули, что нередко случается на катушках инерционного типа. Далее необходимо более подробно рассмотреть отдельные элементы конструкции.

    Читайте также:

    Корпус

    Основой любой катушки является её корпус. В случае с данной снастью он служит не столько для предания изделию необходимого внешнего вида, сколько основой для расположения внутренних механизмов – именно в ниши корпуса утапливаются все внутренние валы и шестерни. По этой причине первое требование к корпусу катушки – это прочность, и только во вторую – лёгкость и эргономика.

    Изготовление корпусов современных катушек происходит из следующих материалов:

    • Пластик – для дешёвых катушек нижнего ценового сегмента, не предназначенных для серьёзных нагрузок.
    • Алюминиевые сплавы – для катушек среднего ценового сегмента, способных выдержать достаточно сильное воздействие.
    • Углепластик – более лёгкая альтернатива алюминию, не уступающая ему в своих эксплуатационных характеристиках.
    • Титановые сплавы – применяются при изготовлении снастей премиум-класса. Сочетают в себе высокую надёжность и лёгкость.

    По большому счёту, материал корпуса не играет ведущей роли в работе катушки. Наиболее важным в данном случае является именно качество изготовления. Как недорогой, так и самый лучший сплав не спасёт от заводских дефектов, несносности или неправильного расположения штифтов и шестерней.

    От качества изготовления корпуса зависит расположение в нём элементов механизма, поэтому к нему предъявляются высокие требования. Если зазоры в корпусе будут сделаны неточно, это негативно повлияет на качество работы всей катушки.

    Роторный механизм

    Данная конструкция представлена редукторным механизмом — главной парой и элементом, отвечающим за поступательное движение шпули. В роторном механизме присутствует колесо, ведущее шестерню по главному валу. Валу передаётся вращение от движения рукоятки. Рукоять посажена на четырёхгранный штифт, входящий в соответствующее отверстие механизма ротора.

    Катушки классифицируются по передаточному числу, которое является фиксированным и представляет собой отношение количества оборотов катушки к числу оборотов главного вала. По данному принципу катушки обычно подразделяются на:

    1. Силовые, с передаточным числом от 3,2:1 до 4,3:1. Такого рода снасти предназначены для вываживания крупной рыбы на крупные приманки медленной проводкой, поэтому обладают большим тяговым усилием, но при этом достаточно скромной скоростью вращения. Данный вид катушек обычно применяется при ловле троллингом.
    2. Универсальные, от 4,5:1 до 6,1:1. Имеют среднюю скорость вращения и умеренные тяговые характеристики. Могут быть использованы при ловле любой рыбы, однако преимущественно средней по размеру. Скорость проводки таких катушек средняя, и используются они с различными приманками.
    3. Скоростные, передаточное число которых находится в диапазоне от 6,2:1 до 8:1. Такие катушки используются в основном для классического джига и твичинга, особенно при таких типах проводки, где требуется быстро выматывать провисание шнура.

    Рукоять

    Как правило, одним из преимуществ безынерционок является устройство рукояти, позволяющее менять её расположение в зависимости от руки, которой рыболов осуществляет вращение. Это становится возможным за счёт винтового механизма, при помощи которого осуществляется крепление данной детали. Также безынерционные катушки, как правило, имеют механизм, основанный на том же винте либо же на кнопке, позволяющий складывать рукоять для транспортировки. Для складывания обычно достаточно немного отпустить винт, а после затянуть его в обратное положение. Чтобы переставить рукоять на другую сторону, винт необходимо открутить полностью, после чего вынуть деталь и осуществить перестановку.


    Некоторые модели скоростных катушек оснащаются двойной рукоятью для удобства захвата. В качественных изделиях рукоятки такого вида оснащают специальным компенсатором, позволяющим погасить вибрацию, создаваемую за счёт появления дисбаланса противоположных частей рукояти.

    Антиреверс

    Данная деталь также называется «сопор обратного вращения». Предназначен данный элемент для того, чтобы препятствовать вращению катушки в сторону, обратную направлению наматывания шнура. Это необходимо, чтобы при перемещении по берегу леска не разматывалась, а также для того, чтобы гасилось обратное сопротивление при рывках рыбы. Антиреверс выполняет ещё и защитную функцию, предохраняя катушку от критических нагрузок при подсечках, рывках и глухих зацепах. Сам механизм располагается внутри корпуса катушки, а снаружи расположен переключатель в виде кнопки или рычажка, с помощью которого включается и выключается стопор.


    Некоторые рыболовы ошибочно называют рычажок переключения стопором, не подозревая, что сам стопор находится в корпусе катушки. Также нередко можно услышать придуманные рыболовами сложные, но бессмысленные обозначения данного элемента, вроде «стопора антиреверса обратного хода» и тому подобные.

    Фрикционный тормоз

    Один из важнейших узлов катушки, ограничивающий критическую нагрузку на снасть при рывках. Фрикцион может быть размещён как в передней части катушки, так и в задней, – расположение данного узла не является принципиальным и зависит по большей части от удобства рыболова. Исключение составляют катушки с бейтранером, то есть устройством, позволяющим моментально ослабить или затянуть фрикцион одним щелчком. Катушки без бейтранера предполагают постепенную затяжку и ослабление. Бейтранер обычно располагается в задней части катушки.

    Во время натяжения лески на катушку начинает действовать сила, обратнонаправленная относительно вращения. Фрикционный тормоз в данном случае выполняет функцию фиксации шпули, не позволяя последней вращаться. Однако если фрикцион закрутить наглухо, то есть полностью зафиксировать шпулю, то при слишком сильном рывке возможен как обрыв шнура, так и поломка удилища или самой катушки. Поэтому фрикцион фиксирует шпулю до достижения некоторого критичного натяжения, после которого он отпускает её, и шпуля начинает стравливать леску, чтобы ослабить воздействие на снасть. Критический уровень натяжения определяет сам рыболов в зависимости от вида рыбы и способа ловли.


    Если рыболову неизвестно, с чем придётся столкнуться на водоёме, то классическим вариантом настройки фрикциона будет его полное затягивание, а затем ослабление гайки на одну четверть или же половину оборота.

    Шпуля и лесоукладыватель

    Шпуля, как правило, является съёмным элементом и предназначена для накопления лески. Размер шпули, как правило, обозначается цифрами от 1000 до 10000, Однако при классической спиннинговой ловле крайне редко применяются снасти размером более 5000. Выбирается размер шпули из соображений гармоничного сочетания с удилищем. Например на ультралайтовых спиннингах обычно применяется размер 1000, на лайтовых – порядка 1500, а на более мощных спиннингах – 2000-3000. Также на шпулю в настоящее время наносятся значения её лесоёмкости, состоящие из соотношения диаметра лески к её длине, например 0,18/240. Такая маркировка означает, что шпуля предназначена для размещения на ней 240 метров лески с диаметром 0,18. Как правило, таких обозначений наносится несколько, в зависимости от диаметра лески.

    Существует несколько основных способов намотки шнура на шпулю, в зависимости от назначения снасти. Наиболее популярным является цилиндрический вариант намотки. При таком размещении лески не исключён незапланированный сход шнура через бортик шпули, однако вероятность этого не слишком велика, а расстояние заброса считается средним. Катушки с обратной конусной намоткой предназначены для дальнего заброса.

    Это достигается за счёт того, что большая часть лески наматывается ближе к бортику, что позволяет ей с меньшим сопротивлением спускаться со шпули при забросе. Однако за бросковые качества такие снасти платят надёжностью намотки – случайный сход лески со шпули при таком размещении шнура становится значительно вероятнее, чем при цилиндрической.

    Третьим, наиболее надежным, вариантом намотки считается прямой конус. В данном случае большая часть лески располагается ближе к основанию шпули, что делает её случайный сход маловероятным, поскольку бортик обычно располагается сильно выше узкого конца конуса из лески. Однако бросковые характеристики таких катушек значительно ниже, чем у двух других схем намотки.


    Цилиндрический механизм укладки получил своё распространение за счёт того, что является универсальным. При правильной работе механизма сходы с него происходят редко, но при этом во время заброса он не слишком сильно уступает в дальности гораздо менее надёжному обратному конусу.

    Ролик лесоукладывателя в качественных катушках имеет подшипник, за счёт чего он сам вращается при движении лески по нему. Если же ролик не снабжен поворотным механизмом, то его материал и покрытие должны быть очень стойкими к истиранию, поскольку в фиксированном ролике шнур очень быстро протирает канавку, выводя его из строя. При использовании плетёного шнура, как правило, необходимо наличие и подшипника, и прочного напыления, поскольку при трении плетёнка создаёт экстремальную нагрузку на металл ролика, особенно при вываживании.

    В настоящее время множество фирм пытается решить проблему закручивания лески при подмотке. Дело в том, что безынерционная рыболовная катушка изначально устроена так, что при наматывании леска или шнур перекручиваются за счёт параллельного расположения шпули. Наиболее эффективно данную проблему на сегодняшний день удалось решить фирме Дайва, разработавшей специальный противозакручивающий ролик. Его конструкция, имеющая особый наплыв, способна несколько ослабить естественное закручивание шнура, однако не предотвратить его полностью.

    Дужка лесоукладывателя исполняет функцию захвата лески после заброса и направления её на ролик. Дужка приводится в действие пружиной, в современных моделях работающей на сжатие, что увеличивает срок её службы.

    Заключение

    Безынерционная катушка представляет собой сложный механизм, состоящий из множества точно подогнанных деталей. По данной причине заниматься ремонтом внутренних элементов стоит лишь вооружившись определённым опытом в этом деле либо инструкциями профессионала. Работа такого рода катушки строится на наматывании лески на шпулю за счёт вращения механизма лесоукладывателя, приводимого в действие движениями рукояти. Внутренний механизм состоит из шестерней и основного вала, а его передаточное число определяет скорость вращения катушки и её тяговое усилие.

    Урок 9. конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного электрического тока — Физика — 11 класс

    Физика, 11 класс

    Урок 9. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного электрического тока

    Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

    Процессы, происходящие в цепи переменного электрического тока при наличии конденсатора и катушки индуктивности;

    Устройство и принцип действия генератора переменного тока и трансформатора;

    Автоколебания;

    Проблемы передачи электроэнергии и способы повышения эффективности её использования.

    Глоссарий по теме

    Автоколебания – незатухающие колебания в системе, поддерживаемые за счет постоянного источника энергии.

    Электрические машины преобразующие механическую энергию в электрическую называются генераторами.

    Трансформатор – устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения.

    Коэффициент трансформации – величина равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

    Основная и дополнительная литература по теме урока:

    Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 86 – 95.

    Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2014. – С. 128 – 132.

    Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.

    Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004

    Основное содержание урока

    Переменный ток, которым мы пользуемся, вырабатывается с помощью генераторов переменного тока на электростанциях. Для передачи произведенной электроэнергии строятся линии электропередачи. В каждом населенном пункте имеются трансформаторы. Какую роль играют трансформаторы при передаче электроэнергии? Об этом мы поговорим на данном уроке.

    В июле 1832 года Фарадей получил анонимное письмо, в котором автор описывал устройство созданного им генератора постоянного тока. Ознакомившись с содержанием письма Фарадей тут же отослал его в редакцию научного журнала. Автор этого письма не назвал себя, его фамилия осталась неизвестной.

    Электрические машины преобразующие механическую энергию в электрическую называются генераторами. Впоследствии генераторы постоянного тока непрерывно совершенствовались. Потом, когда начали использовать переменный ток они уступили место генераторам переменного тока. Переменный ток в основном вырабатывается генераторами переменного тока. Простой моделью генератора может служить прямоугольная рамка, вращающаяся в магнитном поле. При вращении рамки, магнитный поток пронизывающий площадь поверхности, ограниченную рамкой, меняется по гармоническому закону:

    N- число витков.

    Возникает ЭДС индукции который меняется по гармоническому закону.

    ЭДС индукции в рамке равна:

    Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щёток соединить концы рамки с электрической цепью, то в цепи возникнет переменный ток.

    В современной энергетике для производства электроэнергии используются электромеханические индукционные генераторы. Принцип действия таких генераторов основан на явлении электромагнитной индукции. Основными частями генератора являются статор и ротор. Неподвижная часть генератора называется статором, а вращающаяся – ротором.

    Постоянный ток не может идти по цепи содержащей конденсатор, т. к. цепь оказывается разомкнутой. При включении конденсатора в цепь переменного тока конденсатор будет периодически заряжаться и разряжаться с частотой равной частоте приложенного напряжения. В результате периодически меняющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в цепи течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная в цепь переменного тока последовательно с конденсатором кажется горящей непрерывно, т.к. при высокой частоте колебаний силы тока человеческий глаз не способен заметить периодического ослабления нити накала. Конденсатор оказывает сопротивление прохождению тока. Это сопротивление называют ёмкостным.

    Величину ХC, обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора называют ёмкостным сопротивлением.

    Ёмкостное сопротивление не является постоянной величиной. Мы видим, что конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление постоянному току. Чем больше ёмкость конденсатора и частота колебаний, тем больше ток перезарядки. При наличии в цепи переменного тока конденсатора колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения конденсаторе на 90º. Сдвиг фазы колебаний силы тока на 90º относительно фазы колебания напряжения на конденсаторе приводит к тому, что мощность переменного тока в течение одной четверти периода имеет положительный знак, а в течение второй четверти – отрицательный. Поэтому среднее значение мощности за период равно нулю.

    Индуктивность в цепи, так же, как и ёмкость, влияет на силу переменного тока. Объясняется это явлением самоиндукции. В любом проводнике, по которому протекает переменный ток, возникает ЭДС самоиндукции. При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно. Возникающее при этом вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Лишь спустя некоторое время сила тока достигает максимального значения, соответствующего данному постоянному напряжению. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигать тех значений, которые она приобрела бы при постоянном напряжении. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока ограничивается индуктивностью цепи и его частотой колебаний.

    Величину ХL, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

    Если частота равна нулю, то индуктивное сопротивление тоже равно нулю. Поэтому постоянный ток как бы не «замечает» катушку индуктивности в цепи.

    Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на 90º.

    Сдвиг фазы колебаний приводит к тому, что средняя мощность за период колебаний равна нулю.

    Генератор на транзисторе используется для создания высокочастотных электромагнитных колебаний.

    Для потребления электрической энергии нужно доставить его от источника к потребителю. Для этого строят линии электропередачи. При передаче электроэнергии на расстояние возникают потери энергии вследствие нагревания проводов. Тепловые потери можно определить используя закон Джоуля – Ленца:

    Из этой формулы следует, что для уменьшения потерь энергиинужно уменьшить сопротивление или повысить напряжение. Уменьшения сопротивления проводов ЛЭП требует увеличения их площади поперечного сечения, что приведет к увеличению массы проводов. Увеличение массы проводов связано с большими расходами на укрепление столбов линии электропередачи, для их удержания и на производство металла для них. Наиболее эффективным является увеличение напряжения.

    Для изменения напряжения в сети используют трансформаторы. Трансформатор был изобретен в 1876 году Яблочковым и в 1882 году усовершенствован Усагиным. Простейший трансформатор состоит из двух катушек, надетых на общий замкнутый стальной сердечник. Эти катушки называются обмотками трансформатора. Обмотка трансформатора, подключаемая к источнику переменного напряжения, называют первичной, а другая к которой присоединяют нагрузку – вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в трансформаторе возникает переменное магнитное поле. Это поле пронизывает обе обмотки и в них возникает вихревое электрическое поле, которое действуя на заряженные частицы во вторичной обмотке способствует возникновению в ней переменного напряжения.

    Величина равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора называют коэффициентом трансформации. Его обозначают буквой «k».

    k– коэффициент трансформации.

    U1 иU2 – напряжения на первичной и на вторичной обмотке.

    N1 и N2— число витков на первичной и на вторичной обмотке.

    Если k < 1 — трансформатор повышающий,

    k > 1 — трансформатор понижающий.

    КПД трансформатора равен отношению мощности в нагрузке к мощности, подаваемой из сети на первичную обмотку:

    Для передачи электроэнергии на расстояние напряжение повышают с помощью трансформатора, а для потребления — понижают. В массивных проводниках при изменении магнитного поля возникают индукционные токи (токи Фуко), которые нагревают проводник. Чтобы эти индукционные токи не нагревали сердечник трансформатора его делают не сплошным, а из отдельных пластин, скрепленных вместе.

    Закон Ома гласит: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

    Из формулы закона Ома для переменного тока мы видим, что при постоянной амплитуде напряжения, амплитуда силы тока зависит от частоты. Амплитуда силы тока будет максимальной, если полное сопротивление минимально. Полное сопротивление цепи минимально при равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивления. В этом заключается условие возникновения резонанса в электрической цепи.

    Резонанс в электрической цепи – это явление резкого возрастания амплитуды колебаний силы тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний контура.

     Явление резонанса широко используется в радиотехнике, в схемах настройки радиоприемников. Меняя электроемкость конденсатора в колебательном контуре можно настроить его на нужную волну, т.е. выделить частоту на которой работает передающая станция

    Разбор тренировочных заданий

    1. Каково амплитудное значение ЭДС, возникающей в рамке из 50 витков, если она вращается с циклической частотой 180 рад/с в магнитном поле индукцией 0,4 Тл? Площадь рамки 0,02 м2.

    Дано:

    N=50

    ω=180 рад/с

    B=0,4 Тл

    S=0,02 м2

    _________

    Ԑm=?

    Решение:

    Ответ: 72 В.

    2. Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи. Ответ округлить до десятых.

    Дано:

    L=0,08 Гн

    ν= 1000 Гц

    U=100 В

    __________

    Im=?

    Решение:

    Напишем закон Ома для переменного тока

    Т.к. ХC и R равны нулю, то

    Учитывая, что , получаем:

    Найдем амплитудное значение напряжения:

    Подставим числовые данные в формулу для расчета амплитуды силы тока:

    Ответ: Im = 0,3 А.

    Как заколебать ток. Конденсаторы и катушки

    РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

    Как заколебать ток. Конденсаторы и катушки

    Начинаем с первого и самого главного блока — ГВЧ (Генератор Высокой частоты).

    Как вы помните, генератор обязан преобразовать постоянный ток батарейки в переменный ток ВЧ. Для этого обычно используют транзистор и еще две детали, с которыми мы пока что не знакомы: конденсатор и катушку индуктивности.

    Конденсатор — это элемент, способный накапливать в себе электрическую энергию. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, изолированных между собой непроводящим материалом (диэлектриком). Эти пластины называют обкладками конденсатора.

    Обозначение конденсатора на схеме полностью объясняет его конструкцию:

    Конденсатор можно сравнить с батарейкой. Вот только, в нем нет той силы, которая перекидывает заряд в обратную сторону.
    Если вспомнить нашу научно-экспериментальную установку с бутылками, то сначала (пока мы не стали вычерпывать воду из в одной бутылки в другую) ее можно было сравнить именно с конденсатором. То есть: наливаем воду в одну бутылку, вторая пуста. Пускаем воду по шлангу. Вторая бутылка — заполняется, первая — опустошается. Это происходит до тех пор, пока уровни в двух бутылках не сравняются, и ток не прекратится.

    Так же и в конденсаторе. Когда он заряжен — на одной обкладке электронов больше, чем на другой. То есть, у них разные заряды, а значит — есть разность потенциалов (напряжение). Если к заряженному конденсатору подключить нагрузку, скажем, резистор — потечет ток, и через определенное время заряды двух обкладок сравняются, ток прекратится. То есть — конденсатор разрядится. Чтобы ток пошел снова, нужно опять создать разность потенциалов — то есть, зарядить конденсатор.

    Вот так, в общем, все несложно.

    Катушка индуктивности — это такая обычная катушка из металлической проволоки.

    Можно на что угодно намотать кусок проволоки — это уже будет катушка индуктивности.
    На схеме она изображается так:

    Катушка обладает некоторыми полезными электрическими свойствами. Какими? Сейчас разберемся.

    Итак, коль уж вспомнилась нам лабораторная установка из бутылок — давайте ее апгрейдить.
    На сей раз нам понадобится водяная турбина. Честно говоря, я не пробовал ее делать, поэтому — не скажу рецепт приготовления =). Однако, если кто-то решится, и у него получится — можете поделиться с народом своим счастьем… и технологией.
    Водяная турбина состоит из лопастей, сидящих на оси. Все это находится внутри герметичного кожуха, но ось выводится наружу. При протекании воды, лопасти начинают вращаться. Такие турбины используют, например, на гидроэлектростанциях. На их оси сидят электрогенераторы.

    У нас же все проще и меньше. И на ось мы посадим не мощный генератор, а просто какое-нибудь тяжелое круглое колесико, чтобы воде было трудно его вращать.

    Кстати! Протекающая вода вращает турбину. Но возможно и обратное: вращающаяся турбина может вызывать ток воды. Помним об этом…

    Ну, в общем, всобачим эту турбину между двумя бутылками, и нальем в левую бутылку воды. Смотрим, что происходит.
    А вот что происходит. Поскольку есть разность потенциалов (то есть, давлений) — вода хочет течь из левой бутылки в правую. Но на пути — турбина! Ничего не остается, как ее крутить. Хочешь жить — умей вертеться. =)

    Однако, турбина начинает крутиться не сразу, а постепенно, потому что на ее оси — тяжелое колесо, которое создает инерцию. Поэтому, сначала вода течет медленно, и постепенно, своим током разгоняет турбину. Чем быстрее крутится турбина — тем быстрее перетекает вода в правую бутылку. Перетекает, перетекает… И вот — уровни сравнялись! Казалось бы, пора остановиться. Куда там! Турбина раскрутилась до таких оборотов, что и не думает остановиться, и продолжает по инерции гнать воду из левой бутылки в правую. Однако, постепенно ее скорость снижается, и через некоторое время, она, все же, останавливается.

    Но теперь уже в правой бутылке воды больше, чем в левой. И она хочет течь обратно. Турбина начинает крутиться в обратную сторону. Сначала — нехотя, потом — все быстрее и быстрее. В момент, когда уровни равны, турбина опять несется на полных оборотах, и продолжает гнать. Останавливается она, когда в левой бутылке уровень снова больше, чем в правой. Все повторяется заново.

    То, что мы видим, называется простым и знакомым нам словом — «колебания».

    В идеальных условиях (отсутствие трения и т.п.), этот колебательный процесс длится бесконечно. В реальности — через несколько циклов (периодов), он затухнет. То есть, уровни таки сравняются. Но не в этом суть. Главное, что мы только что познакомились с принципом работы самого распространенной в радиотехнике схемы — колебательного контура. На водяной его модели. =)

    Так вот, турбина в нашей научно-экспериментальной мегаустановке — это и есть катушка индуктивности.

    У катушки индуктивности, надо сказать, весьма скверный характер. Она, по русски выражаясь, «тормозит». То есть, когда ток, текущий через нее начинает увеличиваться — она всячески препятствует его увеличению. А когда ток уменьшается — она наоборот, «подгоняет» его, не давая уменьшаться. Ну чем не турбина?!

    Однако, в счастливом союзе с конденсатором, катушка образует тот самый колебательный контур, без которого не смог бы работать ни один радиоприемник и передатчик.

    Вот как выглядит колебательный контур:

    Если зарядить конденсатор, а потом подключить к нему катушку — ток в катушке начнет мотаться туда-сюда точно так же, как вода — в турбине.

    Как вы, может быть, уже догадались — именно колебательный контур мы будем использовать для преобразования постоянного тока в переменный в нашем генераторе. Однако, прежде чем преступить к преобразованию, познакомимся еще с одним элементом. Без него ничего не получится.

    <<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>


    Как вам эта статья?

    Заработало ли это устройство у вас?

    \ circ $ и гальванометр используется для измерения чистого тока. \ circ $.2} NB}} {R} {\ text {или}} \ dfrac {{2NBA}} {R} $;
    Вариант D правильный. Заряд, проходящий через катушку, равен $ {Q_ {net}} = \ dfrac {{2NBA}} {R} $.

    Примечание: Процесс длительный, и многие параметры, например, время и т. Д., Отсутствуют, так что переходите шаг за шагом. Сначала найдите изменение магнитного потока, затем поместите значение изменения магнитного потока в среднюю наведенную ЭДС, после чего найдите значение наведенного тока, поместив значение наведенной ЭДС в уравнение наведенного тока.Сеть определяет общую чистую плату по формуле $ {Q_ {net}} = {I_ {avg}} \ Delta t $.

    Индукционная катушка — Энциклопедия



    ИНДУКЦИОННАЯ Катушка, электрический прибор, состоящий из двух катушек с проволокой, намотанных одна на другую на сердечнике, состоящем из пучка железных проводов. Одна из этих цепей называется первичной цепью, а другая — вторичной. Если через первичную цепь пропускается переменный или прерывистый непрерывный ток, он создает переменную или прерывистую намагниченность в железном сердечнике, а это, в свою очередь, создает во вторичной цепи вторичный ток, который называется индуцированным током.Для большинства целей требуется индукционная катушка, которая способна подавать во вторичную цепь прерывистые токи очень высокой электродвижущей силы, и для достижения этого результата вторичная цепь должна, как правило, состоять из очень большого количества витков провода. Индукционные катушки используются в физиологических целях, а также в связи с телефонами, но в настоящее время они широко используются в связи с производством высокочастотных электрических токов, для работы с рентгеновскими лучами и беспроводного телеграфирования.

    Прибор начали разрабатывать вскоре после открытия Фарадеем индуцированных токов в 1831 году и последующих исследований Джозефа Генри, К. Г. Пейджа и У. Стерджена по индукции тока. Н. Дж. Каллан описал в 1836 году конструкцию электромагнита с двумя отдельными изолированными проводами, одним толстым и другим тонким, намотанными на железном сердечнике вместе. Он снабдил первичную цепь этого прибора прерывателем и обнаружил, что, когда первичный ток быстро прерывается, в тонком проводе индуцируется серия вторичных токов с высокой электродвижущей силой и значительной силой.Осетр в 1837 году построил аналогичную катушку и снабдил первичную цепь ртутным прерывателем, управляемым вручную. Различные другие экспериментаторы взялись за конструкцию индукционной катушки, и Г. Х. Баххоффнер сделал предложение использовать железный сердечник, сделанный из пучка тонких железных проводов. Несколько позже Каллан построил очень большую индукционную катушку, содержащую вторичную цепь из очень большой длины провода. К. Г. Пейдж и Дж. Х. Эббот в Соединенных Штатах между 1838 и 1840 годами также построили несколько больших индукционных катушек.Во всех этих случаях первичная цепь была прервана механически сработавшим прерывателем. На европейском континенте изобретение автоматического прерывателя первичной цепи обычно приписывают К. Э. Неффу и П. Вагнеру, но вполне вероятно, что Дж. У. М’Голи из Дублина независимо изобрел форму молоткового прерывателя, используемую сейчас. В этом разрыве намагничивание железного сердечника первичным током заставляется притягивать железный блок, прикрепленный к концу пружины, таким образом, что две платиновые точки разделены и первичная цепь, таким образом, прервана.Лишь в 1853 году Х. Л. Физо добавил к разрыву конденсатор, который значительно улучшил работу змеевика. В 1851 году Х.Д. Рюмкорф (1803-1877), приборостроитель из Парижа, опираясь на весь предыдущий опыт, обратился к проблеме увеличения электродвижущей силы во вторичной цепи, и индукционные катушки с вторичной цепью из длинного тонкого провода имеют обычно, но без необходимости, их называют катушками Рюмкорфа. Рюмкорф, однако, значительно удлинил вторичный контур, использовав в некоторых катушках 5 или 6 м.проволоки. Вторичный провод был изолирован шелком и лаком шеллак, и каждый слой провода отделялся от следующего с помощью лакированного шелка или шеллаковой бумаги; вторичный контур также был тщательно изолирован от первичного контура стеклянной трубкой.

    (примечание: Ранняя история Полную историю раннего развития индукционной катушки см. JA Fleming, The Alternate Current Transformer, vol. Ii., Chap. I.)

    Rühmkorff, предоставив свои катушка автоматического выключателя молоткового типа и оснащение ее конденсатором, как было предложено Физо, привело к созданию современной формы индукционной катушки.JN Hearder в Англии и ES Ritchie в Соединенных Штатах начали строительство больших катушек, последний назвал строительство особенно большой катушки по заказу JP Gassiot в 1858 году. В следующем десятилетии A. Apps уделял большое внимание производству больших катушек. индукционные катушки, построившие одни из самых мощных существующих катушек, и представили важное усовершенствование, заключающееся в создании вторичной цепи из множества плоских катушек провода, изолированных лакированной или парафинированной бумагой. В 1869 году он построил для старого Политехнического института в Лондоне змеевик с вторичным контуром 150 м.в длину. Диаметр проволоки составлял 0,014 дюйма, а вторичная бобина в собранном виде имела внешний диаметр 2 фута и длину 4 фута 10 дюймов. Основная бобина весила 145 фунтов и состояла из 6000 витков медной проволоки 3770 ярдов. длина проволоки составляет 095 дюйма в диаметре. Возбужденная током от 40 больших ячеек Бунзена, эта катушка могла давать вторичные искры длиной 30 дюймов. Впоследствии, в 1876 году, Аппс построил для Уильяма Споттисвуда еще большую катушку, которая сейчас находится во владении Королевского института.Вторичный контур — 280 м. из медной проволоки диаметром около 0,01 дюйма, образующей цилиндр длиной 3,7 дюйма и внешним диаметром 20 дюймов; он был намотан на плоских дисках в большом количестве отдельных секций, общее количество витков составило 341 850 витков. С этой катушкой использовались различные первичные цепи, которые в лучшем случае могли дать искру длиной 42 дюйма.

    Общее описание способа создания современной индукционной катушки, например, используемой для беспроводного телеграфирования или рентгеновского аппарата, следующее: Железный сердечник состоит из пучка мягких железных проводов, вставленных во внутреннюю часть эбонитовой трубки. .На внешней стороне этой трубки намотана первичная цепь, которая обычно состоит из нескольких отдельных проводов, которые можно соединять последовательно или параллельно, если требуется. Над первичной цепью помещена еще одна толстая эбонитовая трубка, толщина стенок которой пропорциональна искрообразовательной мощности вторичной цепи. Первичная катушка должна быть полностью заключена в эбонит, а содержащая ее трубка обычно длиннее вторичной бобины. Второй контур состоит из множества плоских катушек, намотанных между парафинированной или шелушащейся бумагой, как моряк наматывает веревку.Важно, чтобы в этом проводе не было стыков в труднодоступных местах внутри. Лесли Миллер разработал машину для намотки вторичных цепей плоскими секциями без каких-либо соединений в проводе (патент Великобритании № 5811, 1903 г.). Катушка, предназначенная для создания искры 10 или 12 дюймов, обычно наматывается таким образом на несколько сотен секций, цель этого режима деления состоит в том, чтобы предотвратить близкое расположение любых двух частей вторичной цепи с большой разницей потенциалов. друг к другу, если только они эффективно не изолированы слоистой или парафинированной бумагой достаточной толщины.Прибытие. Катушка, размер которой очень часто используется для рентгеновских лучей или беспроводного телеграфирования, имеет железный сердечник, сделанный из пучка мягких железных проводов № 22 S.W.G., диаметром 2 дюйма и длиной 18 дюймов. Первичная обмотка, намотанная на этот сердечник, состоит из № 14 S.W.G. медный провод, изолированный белым шелком, уложенный в три слоя и имеющий сопротивление около половины Ом. Изолирующая эбонитовая трубка для такой катушки не должна быть менее t дюйма в толщину, и на ней должны быть две эбонитовые щеки, расположенные на 14 дюймов.отдельно. Эта трубка поддерживается на двух полых опорах, к которым подводятся концы первичного провода. Вторичная обмотка состоит из покрытой шелком медной проволоки № 36 или № 32, и каждая из секций подготавливается путем намотки в подходящей намоточной машине плоской витой проволоки таким образом, чтобы два конца обмотки были на внешней стороне. Катушку не следует наматывать менее чем на сотню секций, и все же лучше будет большее количество. Смежные концы последовательных секций спаяны и изолированы, а вся вторичная обмотка должна быть погружена в парафин.Готовый змеевик (рис. 1) покрыт листом эбонита и установлен на опорной плите, которая в некоторых случаях содержит внутри себя первичный конденсатор и имеет на своей верхней поверхности отбойный молоток. Однако для многих целей лучше отделить конденсатор и разрыв от змеевика. Если предположить, что используется отбойный молоток, он обычно имеет форму приложений. Разрыв первичной цепи осуществляется между двумя контактными штифтами, которые должны быть из массивной платины, и через точки разрыва присоединяется к первичному конденсатору.Он состоит из нескольких листов парафинированной бумаги, помещенных между листами оловянной фольги, причем чередующиеся листы оловянной фольги соединяются вместе (см. Leyden Jab). Этот конденсатор служит для гашения искры разрыва. Если первичный конденсатор не вставлен, дуга или искра, возникающие в точках контакта, продлевают падение магнетизма в сердечнике, а поскольку вторичная электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения этого магнетизма, вторичная электродвижущая сила равна значительно уменьшается из-за наличия дуговых искр в точках контакта.Таким образом, первичный конденсатор служит для увеличения внезапности прерывания первичного тока и, таким образом, значительно увеличивает электродвижущую силу во вторичной цепи. Лорд Рэлей показал ( Phil. Mag., 1901, 581), что если первичный контур прерывается с достаточной внезапностью, например, если он разрывается пулей из ружья, то конденсатор не требуется. Во вторичной цепи не течет ток, пока через первичную обмотку проходит постоянный постоянный ток, но в моменты, когда первичная цепь замыкается и размыкается, во вторичной цепи возникают две электродвижущие силы; они противоположны по направлению, причем напряжение, вызванное разрывом первичной цепи, намного сильнее.Отсюда необходимость в каком-либо автоматическом выключателе, непрерывное действие которого приводит к серии разрядов от одной вторичной клеммы к другой в виде искр.

    Молоток работает несколько неравномерно и доставляет немало хлопот при длительном использовании; поэтому были разработаны многие другие формы прерывателей первичной цепи. Они могут быть классифицированы как (1) погружные прерыватели с ручным или моторным приводом, использующие ртутные или платиновые контакты; (2) ртутные прерыватели турбин; (3) электролитические прерыватели.В первом классе стальной или платиновый наконечник, управляемый вручную или с помощью двигателя, периодически погружается в ртуть и таким образом служит для замыкания первичного контура. Для предотвращения окисления ртути искрой и поломки ее необходимо покрыть маслом или спиртом. В некоторых случаях прерывание вызвано непрерывным вращением двигателя, который либо работает с эксцентриком, который приводит в действие плунжер, либо, как в случае с разрывом Маккензи-Дэвидсона, вращением сланцевого диска с металлической шпилькой на поверхности, который, таким образом, периодически погружается в воду. в ртути в сосуде.Лучшим классом прерывателя является ртутный прерыватель турбины. В этом виде вращающегося турбинного насоса ртуть перекачивается из сосуда и разбрызгивается струей на медную пластину. Либо медная пластина, либо струя приводятся в движение двигателем, так что струя по очереди ударяется о пластину и выходит из нее; ртуть и пластина покрыты глубоким слоем спирта или парафинового масла, так что струя погружается в изолирующую жидкость. В недавнем варианте камера, в которой работает струя, заполнена угольным газом.Ток, подаваемый в первичный контур катушки, проходит от ртути в сосуде через струю к медной пластине и, следовательно, периодически прерывается, когда струя не сталкивается с пластиной. Ртутные прерыватели турбин широко используются в связи с большими индукционными катушками, используемыми для беспроводного телеграфирования, из-за их регулярного действия и того факта, что количество прерываний в секунду можно легко контролировать, регулируя скорость двигателя, который вращает струю.Но все ртутные перемычки, в которых в качестве изолирующей среды используется парафин или спирт, несколько проблематичны в использовании из-за необходимости периодической очистки от ртути. Впервые на электролитические прерыватели обратил внимание доктор А. Р. Б. Венельт в 1898 г. ( Elektrotechnische Zeitsckrift, 10 января 1899 г.). Он показал, что если большая свинцовая пластина помещается в разбавленную серную кислоту в качестве катода, а толстая платиновая проволока, выступающая на расстояние около одного миллиметра за пределы стеклянной или фарфоровой трубки, в которую она плотно вставлена, используется в качестве анода, например, расположение при включении в цепь первичной обмотки привело к быстрой перемежаемости первичного тока.Важно, чтобы платиновый провод был анодом или положительным полюсом. Частоту обрыва Венельта можно регулировать, регулируя степень, до которой платиновая проволока выступает через фарфоровую трубку, а в современных электролитических перерывах используются несколько платиновых анодов. Этот прерыватель может использоваться при любом напряжении от 30 до 250. Прерыватель Колдвелла, модификация прерывателя Венельта, состоит из двух электродов, погруженных в разбавленную серную кислоту, один из которых заключен в стеклянный сосуд с небольшим отверстием. возможность более или менее закрываться конической стеклянной пробкой.Он отличается от разрыва Wehnelt тем, что в нем нет платины, которую нужно изнашивать, и он требует меньшего тока; следовательно, можно получить более точное регулирование катушки по току. Он также может работать как с постоянным, так и с переменным током. Отбойники молота и ртутной турбины могут быть устроены так, чтобы давать прерывания от примерно 10 до примерно 50 или 60 в секунду. Электролитические прерыватели могут работать с более высокой скоростью, а при некоторых условиях могут давать прерывания до тысячи в секунду.Если вторичные выводы индукционных катушек соединить с искровыми шарами, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга, то при электролитическом перерыве разряд имеет пламенеподобный характер, напоминающий дугу переменного тока. Таким образом, этот тип прерывания является предпочтительным для работы с рентгеновскими лучами, поскольку он уменьшает мерцание на экране, но его преимущества в случае беспроводного телеграфирования не так заметны. В прерывателе Гриссона первичная цепь индукционной катушки разделена на две части средним выводом, так что ток, протекающий в этой точке и делящийся поровну между двумя половинами, не намагничивает железо.Эта клемма подключается к одному полюсу батареи, а две другие клеммы поочередно подключаются к противоположному полюсу с помощью вращающегося коммутатора, который (1) пропускает ток через одну половину первичной обмотки, таким образом намагничивая сердечник; (2) пропускает ток через обе половины в противоположных направлениях, аннулируя намагниченность; (3) пропускает ток через вторую половину первичной обмотки, тем самым меняя намагниченность сердечника; и (4) пропускает ток в обеих половинах в противоположных направлениях, таким образом снова аннулируя намагниченность.Поскольку эту серию операций можно выполнять, не прерывая большой ток через индуктивную цепь, на коммутаторе не так много искры, и скорость коммутации можно регулировать, чтобы получить наилучшие результаты из-за резонанса между первичной и вторичной обмотками. схемы. Еще одно устройство, созданное Гриссоном, — это прерыватель электролитического конденсатора. Если пластину из алюминия и пластину из углерода или железа поместить в электролит, дающий кислород, этот элемент алюминий-углерод или алюминий-железо может пропускать ток в одном направлении, но не в другом.Ток, протекающий от алюминия к железу, испытывает гораздо большее сопротивление, чем в противоположном направлении, из-за образования пленки гидроксида алюминия на алюминии. Если затем элемент, состоящий из нескольких алюминиевых пластин, чередующихся с железными пластинами или углеродом в щелочном растворе, вставлен в первичный контур индукционной катушки, приложение электродвижущей силы в правильном направлении вызовет переходный ток, протекающий через катушки до тех пор, пока не будет заряжен электролитический конденсатор.С помощью соответствующего коммутатора положение электролитической ячейки может быть изменено на противоположное и создан другой переходный первичный ток. Этот прерывистый поток электричества через первичный контур обеспечивает прерывистое намагничивание сердечника, необходимое для создания вторичной электродвижущей силы. Эта операция коммутации может выполняться без особой искры на коммутаторе, потому что цепь прерывается в то время, когда в ней нет тока. В случае электролитического конденсатора не требуется дополнительный конденсатор из парафинированной бумаги, как в случае молоткового или ртутного прерывателя.

    Индукционная катушка для преобразования переменного тока называется трансформатором (q.v.). Один тип высокочастотного трансформатора тока называется колебательным трансформатором или иногда катушкой Тесла. Конструкция такой катушки основана на принципах, отличных от принципов только что описанной катушки.

    (РИС. 2. — Устройства для создания высокочастотных токов. T, трансформатор или индукционная катушка. L, индуктивность. Q, Q, дроссельные катушки. P, первичный контур высокочастотной катушки.D, Искровые шары. C, конденсатор. S, вторичная цепь.)

    Если вторичные выводы обычной индукционной катушки или трансформатора подключены к паре искровых шариков (рис.2), и если они также подключены к стеклянному пластинчатому конденсатору или лейденской банке обычного типа соединенных последовательно с катушкой из проволоки с низким сопротивлением и несколькими витками, то при каждом разрыве первичной цепи обычной индукционной катушки создается вторичная электродвижущая сила, которая заряжает лейденскую банку, и если искровые шары установлены на На надлежащем расстоянии за этим зарядом следует разряд, состоящий из движения электричества вперед и назад через искровой промежуток, образующий колебательный электрический разряд (см. Электрокинетика).Каждый заряд банки может производить от дюжины до сотни электрических колебаний, которые на самом деле являются кратковременными электрическими токами постепенно уменьшающейся силы. Если цепь из нескольких витков и низкого сопротивления, через которую происходит этот разряд, перекрывается другой цепью, хорошо изолированной от нее, состоящей из большого количества витков более тонкой проволоки, индуктивное действие между двумя цепями создает во вторичной обмотке меньшую серию электрические колебания более высокого потенциала. Между выводами этой последней названной катушки мы можем затем произвести серию разрядов, каждый из которых состоит в чрезвычайно быстром движении электричества туда-сюда, причем группы колебаний разделены интервалами времени, соответствующими частоте разрыва цепи. первичный контур обычной индукционной катушки, заряжающей лейденскую банку или конденсатор.Эти высокочастотные разряды полностью отличаются по характеру от вторичных разрядов обычной индукционной катушки. Теория показывает, что для получения наилучших результатов первичная цепь колебательного трансформатора должна состоять только из одного толстого витка провода или, самое большее, из нескольких витков. Также необходимо, чтобы две цепи, первичная и вторичная, были хорошо изолированы друг от друга, и для этого трансформатор колебаний погружается в ящик или сосуд, наполненный маслом с высокой изоляцией.Полную информацию можно найти в оригинальных статьях Н. Теслы (см. Journ. Inst. Elect. Eng. 21, 62).

    Задача 6.3 Катушка состоит из 100 витков проволоки, намотанной … 6.3 Катушка состоит из 100 витков проволоки, намотанной вокруг квадратной рамки … ее стороны параллельны … P6.6 копланарна

  • Проблема 6.3 Катушка состоит из 100 витков провода, намотанного на квадратную рамку со сторонами 0,25 м. Катушка центрируется в начале координат, каждая из ее сторон параллельна оси x или y.Найдите наведенную ЭДС на разомкнутых концах катушки, если магнитное поле задается формулой

    (a) B = z20e3t (T)

    (b) B = z20cosx cos103t (T)

    (c) B = z20cosx sin2y cos103t (T)

    Решение: поскольку катушка не движется и не меняет форму, V memf = 0 В и Vemf = V tremf. Из уравнения. (6.6),

    Vemf = Nddt

    SB ds = N d

    dt

    0,125

    0,125

    0,125

    0,125B (z dx dy),

    где N = 100 и была выбрана нормаль к поверхности быть в направлении + z.(а) Для B = z20e3t (T)

    Vemf = 100ddt

    (20e3t (0,25) 2) = 375e3t (В).

    (b) Для B = z20cosxcos103t (T),

    Vemf = 100ddt

    (20cos103t

    0,125

    x = 0,125

    0,125

    y = 0,125cosx dx dy

    03) = 124,6 ksin .

    (c) Для B = z20cosxsin2ycos103t (T)

    Vemf = 100ddt

    (20cos103t

    0,125

    x = 0,125

    0,125

    y = 0,125cosxsin2y dx4 dy

    .

  • Задача 6.6 Квадратная петля, показанная на рис. P6.6, копланарна с длинным прямым проводом, по которому проходит ток

    I (t) = 5cos (2 104t) (A).

    (a) Определите ЭДС, индуцированную через небольшой зазор в петле.

    (b) Определите направление и величину тока, который будет протекать через 4-резистор, подключенный через зазор. Петля имеет внутреннее сопротивление 1.

    y

    x

    z

    5 см

    I (t)

    10 см

    10 см

    Рисунок P6.6. Копланарная петля с длинным проводом (задача 6.6).

    Решение: (a) Магнитное поле, создаваемое проводом, равно

    B = 0I2r

    = x 0I2y

    ,

    , где в плоскости петли = x и r = y. Поток, проходящий через петлю, равен

    =

    SB ds =

    15 см

    5 см

    (x 0I

    2y

    ) [x10 (см)] dy

    = 0I 101

    2ln

    155

    = 4 107 5cos (2 104 т) 101

    21.1

    = 1,1107 cos (2 104t) (Вт).

  • Vemf = ddt

    = 1,12 104 sin (2 104t) 107

    = 6,9103 sin (2 104t) (V).

    (b)

    Iind = Vemf4 + 1

    = 6,9 · 103

    5sin (2 104t) = 1,38sin (2 104t) (мА).

    При t = 0 B является максимумом, он указывает в направлении x, и, поскольку он изменяется ascos (2 104t), он уменьшается. Следовательно, наведенный ток должен быть направлен против часовой стрелки, если смотреть на петлю сверху вниз, как показано на рисунке.

  • Задача 6.7 Прямоугольная проводящая петля, показанная на рис. P6.7, вращается со скоростью 6000 оборотов в минуту при однородной плотности магнитного потока, равной

    B = y50 (мТл).

    Определите ток, индуцированный в контуре, если его внутреннее сопротивление составляет 0,5.

    y

    x

    z

    B

    B

    (t)

    3 см

    2 см

    Рисунок P6.7: Вращающаяся петля в магнитном поле (задача 6.7).

    Решение:

    =

    SB dS = y50103 y (23104) cos (t) = 3105 cos (t),

    (t) = t = 2 6103

    60t = 200t (рад / с),

    = 3105 cos (200t) (Wb),

    Vemf = ddt

    = 3105 200 sin (200t) = 18.85103 sin (200t) (В),

    Iind = Vemf0,5

    = 37,7sin (200t) (мА).

    Направление тока — CW (если смотреть по оси x), когда петля находится в первом квадранте (0/2). Ток меняет направление во втором квадранте и снова меняет направление в каждом квадранте.

    6.3.pdf6.6.pdf6.7.pdf

  • Беспроводное электричество? Как работает катушка Тесла

    Среди своих многочисленных инноваций Никола Тесла мечтал создать способ подачи энергии в мир, не протягивая провода по всему миру.Изобретатель был близок к этому, когда его эксперименты «безумного ученого» с электричеством привели к созданию катушки Тесла.

    Катушка Тесла, первая система, которая могла передавать электричество без проводов, была поистине революционным изобретением. Ранние радиоантенны и телеграфия использовали изобретение, но вариации катушки также могут делать вещи, которые просто классные — например, стрелять молниями, посылать электрические токи через тело и создавать электронные ветры.

    Тесла разработал катушку в 1891 году, до того, как обычные трансформаторы с железным сердечником стали использоваться для питания таких вещей, как системы освещения и телефонные цепи.Эти обычные трансформаторы не выдерживают высоких частот и высокого напряжения, которые могут выдерживать более свободные катушки в изобретении Теслы. Концепция катушки на самом деле довольно проста и использует электромагнитную силу и резонанс. Используя медную проволоку и стеклянные бутылки, электрик-любитель может построить катушку Тесла, которая может вырабатывать четверть миллиона вольт. [Инфографика: Как работает катушка Тесла]

    Установка

    Катушка Тесла состоит из двух частей: первичной катушки и вторичной катушки, каждая со своим собственным конденсатором.(Конденсаторы хранят электрическую энергию так же, как батареи.) Две катушки и конденсаторы соединены искровым разрядником — воздушным зазором между двумя электродами, который генерирует электрическую искру. Внешний источник, подключенный к трансформатору, питает всю систему. По сути, катушка Тесла — это две разомкнутые электрические цепи, подключенные к искровому разряднику.

    Катушка Тесла требует источника питания высокого напряжения. Обычный источник питания, питаемый через трансформатор, может производить ток необходимой мощности (не менее тысячи вольт).

    В этом случае трансформатор может преобразовывать низкое напряжение основной мощности в высокое напряжение.

    Как катушки Тесла генерируют электрические поля высокого напряжения. (Изображение предоставлено Россом Торо, художником по инфографике)

    Как это работает

    Источник питания подключен к первичной катушке. Конденсатор первичной катушки действует как губка и впитывает заряд. Сама первичная обмотка должна выдерживать большие заряды и сильные скачки тока, поэтому обмотка обычно изготавливается из меди, которая является хорошим проводником электричества.В конце концов, конденсатор накапливает такой заряд, что нарушает сопротивление воздуха в искровом промежутке. Затем, подобно выдавливанию намокшей губки, ток течет из конденсатора по первичной катушке и создает магнитное поле.

    Огромное количество энергии заставляет магнитное поле быстро разрушаться и генерировать электрический ток во вторичной катушке. Напряжение, пронизывающее воздух между двумя катушками, создает искры в искровом промежутке. Энергия колеблется между двумя катушками несколько сотен раз в секунду и накапливается во вторичной катушке и конденсаторе.В конце концов, заряд вторичного конденсатора становится настолько высоким, что он вырывается в результате впечатляющего всплеска электрического тока.

    Результирующее высокочастотное напряжение может осветить люминесцентные лампы на расстоянии нескольких футов без подключения электрического провода. [Фото: Историческая лаборатория Николы Теслы в Уорденклиффе]

    В идеально спроектированной катушке Тесла, когда вторичная катушка достигает своего максимального заряда, весь процесс должен начаться заново, и устройство должно стать самоподдерживающимся.Однако на практике этого не происходит. Нагретый воздух в искровом промежутке отводит часть электричества от вторичной катушки обратно в промежуток, так что в конечном итоге в катушке Тесла закончится энергия. Вот почему катушку необходимо подключить к внешнему источнику питания.

    Принцип, лежащий в основе катушки Тесла, заключается в достижении явления, называемого резонансом. Это происходит, когда первичная обмотка направляет ток во вторичную обмотку как раз в нужное время, чтобы максимизировать энергию, передаваемую вторичной обмотке.Думайте об этом как о времени, когда нужно подтолкнуть кого-то на качели, чтобы заставить их взлететь как можно выше.

    Установка катушки Тесла с регулируемым поворотным искровым разрядником дает оператору больше контроля над напряжением производимого ею тока. Вот как катушки могут создавать сумасшедшие молнии и даже могут быть настроены для воспроизведения музыки, приуроченной к всплескам тока.

    В то время как катушка Тесла больше не имеет практического применения, изобретение Тесла полностью произвело революцию в понимании и использовании электричества.Радиоприемники и телевизоры до сих пор используют вариации катушки Тесла.

    Следуйте за Келли Дикерсон в Twitter . Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья на Live Science .

    Модель эквивалентной схемы

    — документация SEMFEM 3.8.1

    В этом разделе подробно описывается эквивалентная схема модели SEMFEM со ссылкой на пример, изображенный на рисунке 1.Станок представляет собой станок PM с 4 полюсами и 12 пазами. Серые области представляют собой многослойные стальные сердечники, красные и синие области представляют собой магниты с чередующейся полярностью, а различные оттенки коричневого, зеленого и желтого цветов представляют собой проводники разных фаз и ориентаций. Машина имеет двухслойную намотку, в которой разные слои расположены рядом друг с другом. Таким образом, обмотка машины состоит из 12 витков. Отдельные катушки отображаются при наведении курсора на изображение.Как видно на анимации, каждая катушка состоит из двух сторон катушки.

    Рисунок 1: Полная модель машины PM.

    Катушки в 2D-моделях

    Ток без расхождения. Это значит, что ток должен идти куда-то . Значение для 2D-моделей состоит в том, что все катушки должны состоять из двух сторон катушки, чтобы сформировать полный замкнутый контур с концами, соединенными на бесконечности.

    В качестве первого шага рассмотрим модель только с одной полной катушкой, как показано на рисунке 2.Поперечное сечение 2D-модели содержит светло-коричневые и темно-коричневые области, представляющие две стороны катушки с противоположными направлениями тока. Эта модель подразумевает, что две стороны катушки соединены на бесконечности, даже если это условие не выполняется. В этом случае токи на двух сторонах катушки должны быть уравновешены, чтобы гарантировать отсутствие расхождения тока.

    На рис. 3 показана модель, у которой только одна сторона катушки. Хотя такие модели могут быть созданы, моделируемый сценарий неточно представлен на Рисунке 3, где ток не следует по замкнутому пути.Вместо этого такие модели представляют сценарий, изображенный на рисунке 4, где текущий обратный путь либо достаточно далеко от проблемной области, так что он не имеет никакого влияния, либо подразумевается условиями симметрии.

    Рис. 2: 2D-модель с двухсторонним змеевиком. Рисунок 3: Недопустимое предположение в 2D-модели. Рис. 4: 2D-модель с предполагаемым обратным током.

    Одна катушка показана на рисунке 5. Катушка обычно состоит из нескольких витков. Еще одна характеристика катушек — коэффициент заполнения . Коэффициент заполнения определяется как отношение площади проводящего материала (например, меди или алюминия) к общей площади поперечного сечения.

    В SEMFEM два массива используются для определения количества витков и коэффициента заполнения катушек. Это semfem_coil_turns и semfem_ff_vec. Используя массивы, можно присвоить различные значения катушкам, принадлежащим к разным фазовым группам.

    Рисунок 5: Катушка, состоящая из нескольких витков.

    Пример: сторона с одним змеевиком

    Давайте рассмотрим, как сценарий, изображенный на рисунке 4, реализуется в SEMFEM. Двухмерная модель показана на рисунке 6, а эквивалентная схема — на рисунке 7. В эквивалентной схеме это относится к собственной индуктивности катушки и является потокосцеплением катушки за счет постоянных магнитов. Обратите внимание, что сопротивление катушки не включено в модель эквивалентной схемы.Хотя SEMFEM выполняет простой расчет сопротивления для каждой группы фаз (см. Матрицу rcoil), на потокосцепление, рассчитываемое SEMFEM, сопротивление не влияет. Напряжение получается простым дифференцированием потокосцепления.

    Если катушка, которая принадлежит к фазовой группе 1 (фаза A), состоит из 100 витков и имеет коэффициент заполнения 0,4, для описания катушки используется следующий код:

     sf.semfem_coil_turns [0] = 100
    sf.semfem_ff_vec [0] = 0,4
     

    Обратите внимание, что индексы массива, соответствующие фазовой группе 1, равны 0.Номера фазовых групп соответствуют константам типа материала. Для правильной обработки катушки SEMFEM требуется одна дополнительная настройка. Необходимо указать количество сторон катушки в модели , принадлежащих к каждой фазовой группе. Это позволяет SEMFEM рассчитать площадь поперечного сечения стороны катушки. В этом случае используется следующий код:

     sf.semfem_coil_sides [0] = 1
     

    В модели присутствует только одна сторона катушки.

    Рисунок 6: 2D-модель с одной стороной змеевика. Рис. 7: Эквивалентная схема модели с постоянными магнитами и одной катушкой.

    Пример: одна целая катушка

    Далее мы рассмотрим пример с одной полной катушкой, как показано на рисунке 2. Модель поперечного сечения показана на рисунке 8, а эквивалентная схема — на рисунке 9. Эквивалентная схема такая же, как и в предыдущем примере. . Поскольку в модели теперь две стороны катушки, код, используемый для описания этой катушки:

     SF.semfem_coil_turns [0] = 100
    sf.semfem_ff_vec [0] = 0,4
    sf.semfem_coil_sides [0] = 2
     
    Рис. 8: 2D-модель с одной полной катушкой. Рис. 9: Модель эквивалентной схемы.

    Пример: полная фазовая группа

    Теперь рассмотрим модель с полной фазовой группой, как показано на рисунке 10. Эквивалентная схема показана на рисунке 11. Фазовая группа состоит из 4 катушек, соединенных последовательно, как показано на рисунке 11.Каждая катушка состоит из 100 витков. Данная модель настроена следующим образом:

     sf.semfem_coil_turns [0] = 100
    sf.semfem_ff_vec [0] = 0,4
    sf.semfem_coil_sides [0] = 8 # 4 катушки в модели, 2 стороны катушки на катушку
     

    Если не все катушки соединены последовательно, количество параллельных цепей для каждой группы фаз может быть установлено с помощью массива semfem_parallel_circuits. Например, чтобы реализовать схему на Рисунке 12, установите:

     sf.semfem_parallel_circuits [0] = 2
     

    Невозможно построить машину с произвольным количеством параллельных цепей.Например, фазовая группа, состоящая из двух катушек, не может быть разделена на три параллельные цепи. Пользователь должен убедиться, что указанное количество параллельных цепей возможно.

    Рис. 10: 2D-модель с полной фазовой группой. Рисунок 11: Эквивалентная модель схемы для катушек, соединенных последовательно. Рисунок 12: Модель эквивалентной схемы с двумя параллельными цепями.

    Пример: периодическая модель

    Часто бывает удобно использовать периодичность в машинах, чтобы уменьшить размер моделей. Модель, изображенная на рисунке 10, может быть уменьшена до четверти модели с нечетными периодическими граничными условиями. Эта модель показана на рисунке 13 и имеет следующую конфигурацию:

     sf.semfem_set_symmetry_multiplier (4)
    sf.semfem_coil_turns [0] = 100
    sf.semfem_ff_vec [0] = 0,4
    sf.semfem_coil_sides [0] = 2 # Подсчитывать только количество сторон катушки в модели, а не всей машине
     

    Множитель симметрии используется, чтобы указать, сколько раз модель должна быть повторена, чтобы получить полную машину.Ни количество витков, ни коэффициент заполнения не изменились. Это характеристики физических катушек машины и не зависят от количества катушек в модели. Однако теперь в модели присутствуют только две стороны катушки, и эта настройка была изменена. При этих настройках не должно быть разницы между входными и выходными величинами периодической и полной модели. Если используются параллельные цепи, они указываются таким же образом и применяются ко всей машине, а не только к модели.Таким образом можно указать:

     sf.semfem_parallel_circuits [0] = 2
     

    для этой модели, несмотря на то, что в модели всего одна катушка . Полная машина по-прежнему состоит из 4 катушек, и эквивалентная принципиальная схема, показанная на рисунке 15, такая же, как и при моделировании полной модели.

    Рис. 13: Квартальная модель с полной фазовой группой. Рисунок 14: Эквивалентная модель схемы для катушек, соединенных последовательно. Рисунок 15: Модель эквивалентной схемы с двумя параллельными цепями.

    Пример: трехфазная машина с постоянным током

    Наконец, мы рассмотрим четвертную модель машины на Рисунке 1 со всеми тремя фазовыми группами. Модель эквивалентной схемы показана на рисунке 17. Индуктивности фаз были сосредоточены вместе таким образом, что.

    Рис. 16. Квартальная модель трехфазной машины с постоянным магнитом. Рисунок 17: Модель эквивалентной схемы трехфазной машины с постоянными магнитами.
    Пакет катушек

    — признаки неисправности катушки зажигания и способы их проверки

    Блок катушек в вашем автомобиле — важная часть системы зажигания. Без должной работы блока катушек система зажигания не будет работать, и ваш автомобиль не заведется. Несмотря на то, что многочисленные части вашего автомобиля являются обязательными и должны работать вместе, чтобы функционировать на оптимальном уровне, пакет катушек может быть одним из наиболее важных компонентов при запуске вашего автомобиля и двигателя . Замена блока катушек заключается в установке катушки зажигания. Средняя цена ремонта катушки зажигания составляет 264–376 долларов.

    Авторемонт стоит ДОРОГОЙ


    Что такое катушка?

    Блок катушек — это электронное оборудование в системе зажигания. Этот комплект с электронным управлением состоит из катушек зажигания, которыми управляет главный компьютер автомобиля.Основная задача блока катушек — увеличивать и накапливать необходимую энергию, а затем снимать напряжение через кабели свечей зажигания. Когда энергия достигает свечей зажигания, начинается процесс сгорания.

    В более современных автомобилях сегодня распределитель заменен на пакет катушек. Обычно это связано с тем, что пакет змеевиков более надежен и согласован, чем распределитель. Кроме того, змеевик обеспечивает лучшую искру, что приводит к более эффективному и более быстрому сгоранию, а также к более высокой мощности.

    Что такое катушка зажигания?

    Как мы уже говорили, катушки зажигания составляют большую катушку. Катушка зажигания — это индукционная катушка в системе зажигания автомобиля. Индукционная катушка — это искровая катушка, вырабатывающая высокое напряжение из источника низкого напряжения. Работа катушки зажигания заключается в преобразовании более низкого напряжения батареи в гораздо более высокое напряжение, необходимое для создания электрической искры в свечах зажигания. Образовавшаяся искра, в свою очередь, воспламенит топливо.

    Электрическая искра, возникающая из-за высокого напряжения, представляет собой быстрый электрический разряд, который возникает в результате ионизированного и электропроводящего канала. Электрическая искра возникает в свечах зажигания. Свечи зажигания — это устройства для подачи электрического тока от системы зажигания в камеру сгорания двигателя. Тогда они смогут зажечь сжатую топливно-воздушную смесь с помощью созданной электрической искры, одновременно поддерживая правильный уровень давления сгорания в двигателе.Распространенная причина выхода из строя катушки зажигания — зазор свечи зажигания.

    Энергетический процесс катушки зажигания

    Катушка зажигания состоит из железного сердечника, окруженного двумя витками медной проволоки. Катушка зажигания содержит магнитную цепь, что означает, что железный сердечник не образует замкнутый контур. Энергия, удерживаемая в магнитном поле сердечника, — это энергия, передаваемая вилке.

    В автомобилях используются катушки меньшего размера с одной катушкой на каждую свечу зажигания.Катушка зажигания большего размера может производить около 40 кВ. Эти катушки могут быть установлены сверху свечи зажигания и называются свечой прямого зажигания. Катушки также могут обслуживать две свечи зажигания и называются системой отработанного искра.

    Система с отработанной искрой состоит из одной катушки, генерирующей две искры за цикл для каждого цилиндра. После этого топливо в цилиндре может воспламениться. Система с расходом искры более надежна, чем система с одной катушкой, а также дешевле, чем вариант с катушкой на свече.

    Как определить, что катушка зажигания неисправна — симптомы неисправной катушки

    Если у вас возникла проблема с катушками, вы обычно можете сказать по нескольким признакам и симптомам, что что-то не так. Есть несколько ключевых шагов, которые вы должны предпринять, чтобы определить, связана ли проблема с вашей катушкой зажигания, блоком катушек или другой частью вашего автомобиля.

    Сначала следует проверить катушки мультиметром. Катушки зажигания получают энергию от батареи, которая обычно составляет не менее 12 вольт.Затем катушки преобразуют энергию в более высокое напряжение, по крайней мере, 50 000 вольт, чтобы создать искру. Затем эта энергия проходит через распределитель к свечам зажигания и воспламеняет топливо. У некоторых автомобилей есть только пара катушек зажигания, которые могут приводить в действие различные свечи зажигания — не забывайте о потраченной впустую системе зажигания, которую мы обсуждали ранее. В других моделях используется одна катушка зажигания на свечу.

    Количество катушек не имеет отношения к следующему шагу — вам нужно удалить все катушки, независимо от их количества.Перед тем как начать, убедитесь, что у вас есть мультиметр и набор инструментов. Вот симптомы, которые следует искать как признаки неисправной катушки зажигания.

    Возгорание

    Если у вашего автомобиля возникает обратный огонь, вы почти наверняка это заметите. Громкий шум и тряска укажут вам, что с вашей машиной что-то не так. Сильный взрыв, ваша машина кренится вперед и выходит черный дым — это сложно не заметить. Также может загореться индикатор проверки двигателя, и вы можете почувствовать запах бензина, выходящего из машины.

    Иногда причиной может быть низкое давление топлива. Однако чаще всего эта проблема связана с системой зажигания. Неисправные катушки зажигания могут повлиять на время зажигания свечей зажигания, что приводит к пропускам зажигания и неправильному выбору времени. Возгорание двигателя является признаком неисправного блока катушек.

    Остановка двигателя

    Автомобиль, который глохнет, будет резко останавливаться и трогаться с места, что делает его невероятно трудным и утомительным для вождения, не говоря уже о довольно опасном.Если одна или несколько катушек зажигания под капотом начинают выходить из строя, это может привести к остановке автомобиля. Катушки будут посылать искры неправильной формы на свечи зажигания. Обеспечиваемый электрический заряд будет неравномерным и не позволит двигателю работать с постоянной и плавной скоростью. Заглох двигателя является признаком неисправности или неисправности блока катушек.

    Пониженная экономия топлива

    Если ваша катушка зажигания не передает достаточно энергии свечам зажигания в вашем автомобиле, ваш автомобиль должен будет сжечь и использовать дополнительное топливо.Это единственный способ, которым автомобиль может продолжать движение — за счет сжигания лишнего и остаточного топлива. Если у вашего автомобиля очень низкий расход бензина и он намного ниже нормы, возможно, у вас неисправна катушка зажигания.

    Убедитесь, что вы знаете, какое количество миль на галлон обычно может проезжать ваш автомобиль, а затем отправляйтесь на короткий тест-драйв. Если вы не уверены в типичных милях на галлон, проверьте свою приборную панель на наличие одометра и подсчитайте пройденные мили и среднее количество миль на галлон, которое вы обычно получаете.

    Проблемы с запуском двигателя

    Если у вас возникли проблемы с запуском двигателя, вы можете автоматически решить, что проблема в аккумуляторе. Однако иногда катушки зажигания являются настоящим виновником. Они могут вызвать серьезные проблемы, если в вашем автомобиле установлена ​​система с одной свечой вместо отработанной системы зажигания. Автомобиль может двигаться, если несколько катушек зажигания повреждены или неисправны, но он не сможет запуститься так легко или плавно.

    Периодический холостой ход

    Если ваш автомобиль неожиданно работает на холостом ходу, возможно, виноваты неисправные катушки или катушки зажигания.Кроме того, ваша машина будет работать с меньшей мощностью, что является верным признаком того, что с вашей системой зажигания что-то не так.

    Если вы обнаружите, что ваш автомобиль испытывает одну или несколько из этих проблем, то пора проверить катушки зажигания. Найдите мультиметр и свой набор инструментов и выполните следующие простые шаги, чтобы проверить катушки зажигания.

    Как проверить катушки зажигания

    Перед тем, как приступить к каким-либо внутренним работам в автомобиле, необходимо убедиться, что он остыл после движения или холостого хода.После того, как он остынет, включите аварийный тормоз. Откройте капот и отсоедините отрицательный кабель аккумулятора, прикрепленный к концевому выводу аккумулятора. При необходимости вам может потребоваться инструмент, например гаечный ключ, для отсоединения кабеля.

    • Снимите катушки зажигания

    Во-первых, вам нужно найти катушки зажигания. Найдите катушку рядом с двигателем или на нем. Отсоедините крепежные болты, которые стабилизируют катушки зажигания, а затем удалите каждую катушку из области двигателя.

    Каждая катушка зажигания состоит из двух отдельных катушек, намотанных друг на друга — это первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка обычно выполняется из толстой проволоки. Этот провод получает энергию напрямую от аккумулятора. Обязательно сначала проверьте эту тяжелую проволочную часть катушки.

    Подключите положительный и отрицательный выводы мультиметра к правильным клеммам на катушке зажигания, обязательно считывая, какой провод идет к какому концу.Каждая клемма будет отмечена символами, соответствующими положительным и отрицательным выводам, например знаком плюс и минус. Обязательно ознакомьтесь с руководством пользователя, чтобы увидеть, как выглядят конечные символы, прежде чем подключать провода.

    Запишите показания мультиметра и сравните это число с сопротивлением, необходимым для первичной обмотки. Посмотрите, соответствует ли показание техническим характеристикам или нет. Если показание выходит за пределы нормального диапазона, вам необходимо заменить катушку сопротивления.Если показание оказывается равным нулю, возможно, в вашей катушке произошло внутреннее короткое замыкание. Если показание вашей катушки очень высокое, это означает, что катушка разомкнута. Открытые показания означают, что катушка все еще находится в рабочем состоянии — в этом случае вы можете переходить к следующему шагу.

    • Проверка вторичной обмотки

    Вторичная обмотка — это провод, который тоньше первичной обмотки и многократно наматывается на катушку.Он получает энергию от первичной обмотки, а затем передает энергию свечам зажигания. Процесс проверки вторичной обмотки аналогичен проверке первичной обмотки.

    Во-первых, необходимо подключить правильные выводы мультиметра к положительной клемме и центральному полюсу. Центральный полюс — это область, в которой главный провод присоединяется к распределителю. Обратите внимание на показания мультиметра и сравните его с показаниями, соответствующими характеристикам вторичной обмотки.Если показание выходит за пределы допустимого диапазона для оптимальной работы, вам необходимо заменить катушку зажигания.

    Если в вашем автомобиле несколько катушек зажигания, вам необходимо снять и проверить каждую катушку зажигания отдельно. Обратите внимание на показания мультиметра, а затем переустановите или замените каждый из них в зависимости от показаний.

    Проверьте свечи зажигания тоже

    Во время проверки генератора следует также проверить состояние свечей зажигания.Катушки зажигания могут выйти из строя из-за неисправных свечей зажигания — на самом деле это наиболее частая проблема и причина выхода из строя катушек зажигания. Плохие свечи зажигания могут перегрузить катушки зажигания и перегрузить их. Если не решить проблему со свечой зажигания, масло снова выйдет из строя.

    Сколько стоит починка катушки зажигания?

    Средняя стоимость ремонта катушки зажигания составляет около 264–376 долларов. В эту среднюю цену входят трудозатраты и стоимость запчастей.Затраты на рабочую силу составляют от 99 до 126 долларов на выполнение услуги. Детали в среднем стоят от 165 до 250 долларов.

    Что делать, если я не хочу тестировать и ремонтировать катушки зажигания или комплект катушек?

    Если вы не хотите тратить силы на тестирование, диагностику и оплату ремонта катушек зажигания и комплекта катушек, вы можете продать свой автомобиль компании по производству старых автомобилей за дополнительные деньги. Удалите все неметаллические компоненты и продайте их за дополнительные деньги.Если вы проверили катушку зажигания, и она работает правильно, но вы все равно хотите продать свой автомобиль, вы можете продать катушку зажигания за немного денег — это одна из самых востребованных запчастей на сегодняшний день.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *