Котушки індуктивності

Котушка індуктивності — гвинтова, спіральна або гвинтоспіральна котушка зі згорнутого ізольованого провідника, що має значну індуктивність при відносно малій ємності та малому активному опорі. Як наслідок при перебігу через котушку змінного електричного струму спостерігається її значна інерційність.

Пристрій зазвичай є гвинтовою, спіральною або гвинтоспіральною котушкою з одножильного або багатожильного ізольованого дроту, намотаного на циліндричний, тороїдальний або прямокутний каркас із діелектрика або плоску спіраль, хвилю або смужку друкованого чи іншого провідника. Також бувають і безкаркасні котушки. Намотка може бути як одношарова (рядова і з кроком), так і багатошарова (рядова, внавал, «універсал»). Намотування «універсал» має меншу паразитну ємність.

Для збільшення індуктивності застосовують сердечники з феромагнітних матеріалів: електротехнічної сталі, пермалою, флюкстролу, карбонільного заліза, феритів. Також осердя використовують для зміни індуктивності котушок у невеликих межах.

Існують також котушки, провідники яких реалізовані на друкованій платі.

Котушка індуктивності в електричному ланцюзі добре проводить постійний струм і в той же час чинить опір змінному струму, оскільки при зміні струму в котушці виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає цій зміні.

Основним параметром котушки індуктивності є її індуктивністьяка визначає, який потік магнітного поля створить котушка при протіканні через неї струму силою 1 ампер. Типові значення індуктивностей котушок від десятих часток мкГн до десятків Гн.

У котушках індуктивності крім основного ефекту взаємодії струму та магнітного поля спостерігаються паразитні ефекти, внаслідок яких опір котушки не є суто реактивним. Наявність паразитних ефектів веде до появи втрат у котушці.

Втрати у дротах викликані трьома причинами:

· Провід обмотки мають омічний (активний) опір.

· Опір проводу обмотки зростає із зростанням частоти, що зумовлено скін-ефектом. Суть ефекту полягає у витісненні струму в поверхневі шари дроту. Як наслідок зменшується корисний переріз провідника та зростає опір.

· У проводах обмотки, звитої в спіраль, проявляється ефект близькості, суть якого полягає у витісненні струму під впливом вихрових струмів та магнітного поля до периферії намотування. В результаті перетин, яким протікає струм, приймає серповидну форму, що веде до додаткового зростання опору проводу.

Втрати у діелектриці (ізоляції проводів та каркасі котушки) можна віднести до двох категорій:

· Втрати від діелектрика міжвиткового конденсатора (міжвиткові витоку та інші втрати характерні для діелектриків конденсаторів).

· Втрати від магнітних властивостей діелектрика (ці втрати аналогічні втрат у сердечнику).

У загальному випадку можна помітити, що для сучасних котушок загального застосування втрати в діелектриці найчастіше зневажливо малі.

Втрати у сердечнику складаються із втрат на вихрові струми, втрат на гістерезис та початкових втрат.

Втрати на вихрові струми . Струм, що протікає по провіднику, індукує ЕРС в навколишніх провідниках, наприклад у сердечнику, екрані та у проводах сусідніх витків. Вихрові струми, що виникають при цьому, стають джерелом втрат через опір провідників.

Різновиди котушок індуктивності

Контурні котушки індуктивності . Ці котушки використовуються разом із конденсаторами для отримання резонансних контурів. Вони повинні мати високу стабільність, точність та добротність.

Котушки зв'язку . Такі котушки застосовуються для забезпечення індуктивного зв'язку між окремими ланцюгами та каскадами. Такий зв'язок дозволяє розділити по постійному струму ланцюга бази та колектора тощо. буд. До таких котушок не висуваються жорсткі вимоги на добротність та точність, тому вони виконуються з тонкого дроту у вигляді двох обмоток невеликих габаритів. Основними параметрами цих котушок є індуктивність та коефіцієнт зв'язку.

Варіометри. Це котушки, індуктивність яких можна змінювати в процесі експлуатації для перебудови коливальних контурів. Вони складаються із двох котушок, з'єднаних послідовно. Одна з котушок нерухома (статор), інша розташовується усередині першої та обертається (ротор). При зміні положення ротора щодо статора змінюється величина взаємоіндукції, отже, індуктивність варіометра. Така система дозволяє змінювати індуктивність у 4-5 разів. У фероваріометрах індуктивність змінюється переміщенням феромагнітного осердя.

Дроселі . Це котушки індуктивності, що володіють високим опором змінного струму і малим постійного опору. Застосовуються в ланцюгах живлення радіотехнічних пристроїв як фільтруючий елемент. Для мереж живлення з частотами 50-60 Гц виконуються на сердечниках із трансформаторної сталі. На більш високих частотах також застосовуються осердя з пермалою або фериту. Особливий різновид дроселів - завадодавні феритові барила (бусини) на проводах.

Здвоєні дроселі дві намотані зустрічно котушки індуктивності, використовуються у фільтрах живлення.За рахунок зустрічного намотування та взаємної індукції більш ефективні для фільтрації синфазних перешкод при тих же габаритах. Здвоєні дроселі набули широкого поширення як вхідні фільтри блоків живлення; у диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також у звуковій техніці. Тобто. призначені як для захисту джерел живлення від попадання в них наведених високочастотних сигналів, так і щоб уникнути засмічення мережі живлення електромагнітними перешкодами. На низьких частотах використовується у фільтрах ланцюгів живлення і зазвичай має феромагнітний (з трансформаторної сталі) або феритовий сердечник.

Застосування котушок індуктивності

· Котушки індуктивності (спільно з конденсаторами та/або резисторами) використовуються для побудови різних ланцюгів з частотно-залежними властивостями, зокрема, фільтрів, ланцюгів зворотного зв'язку, коливальних контурів тощо.

· Котушки індуктивності використовуються в імпульсних стабілізаторах як елемент, що накопичує енергію та перетворює рівні напруги.

· Дві та більш індуктивно пов'язані котушки утворюють трансформатор.

· Котушка індуктивності, що живиться імпульсним струмом від транзисторного ключа, іноді застосовується як джерело високої напруги невеликої потужності в слаботочних схемах, коли створення окремої високої напруги живлення в блоці живлення неможливо або економічно недоцільно. У цьому випадку на котушці через самоіндукцію виникають викиди високої напруги, які можна використовувати у схемі, наприклад, випрямивши та згладив.

· Котушки використовуються також як електромагніти.

· Котушки застосовуються як джерело енергії для збудження індуктивно-зв'язаної плазми.

· Для радіозв'язку - випромінювання та прийом електромагнітних хвиль (магнітна антена, кільцева антена).

o Індукційна петля

· Для розігріву електропровідних матеріалів в індукційних печах.

· Як датчик переміщення: зміна індуктивності котушки може змінюватися в широких межах переміщенням (витягуванням) сердечника.

· Котушка індуктивності використовується в індукційних датчиках магнітного поля. Індукційні магнітометри були розроблені та широко використовувалися за часів Другої світової війни.

Дозволяють зняти обмеження на діапазони напруг, що застосовуються, струмів і температур. Знижують перетин дроту, вартість та масу котушок за тих же умов експлуатації. Або дозволяють підвищити напруги, струми та температуру експлуатації при тому ж перерізі дроту.

Наші багаторічні дослідження показали, що найбільш ефективним засобом охолодження є повітряний. Застосування додаткових видів ізоляції іноді буває небажаним і погіршує властивості обмоток. Замість ізоляції ми застосовуємо поділ обмотки на секції. Прагнемо збільшення площі контакту проводу з потужними потоками повітря.

Найкраща альтернатива додаткової ізоляції. Обмотка розділена будь-яку кількість секцій, з'єднаних послідовно. Потенціал між секціями поділяється на кількість секцій. Потенціал між шарами ділиться кількість секцій, помножене на кількість шарів. Потенціал між сусідніми витками в одному шарі ділиться на кількість секцій, помножену на кількість шарів та кількість витків у шарі. Таким чином будь-яка небезпечна пробивна напруга можна знизити до електрозахисних показників звичайного емальпроводу без застосування спеціальних електроізоляційних заходів. Чим більше окремих секцій, краще можна організувати охолодження.

Витки обмотки підвішені у повітрі на спеціальних розтяжках. Не мають механічного, електричного та теплового контакту ні з якими іншими матеріалами котушки, ні з каркасом, ні з корпусом, ні з електроізоляцією. Найефективніше повітряне охолодження, тепло- та електроізоляція.

Найбільш ефективним способом охолодження обмоток ми вважаємо повітряне. Застосування такого корпусу з вентиляторами та прорахунком аеродинамічних характеристик дає значні переваги.

Все нове – це добре забуте старе. Поділ обмотки на два плечі та включення через діодний міст дає поперемінне включення плечей із частотою мережі. В один півперіод одне плече працює, інше відпочиває. Це дозволяє застосовувати обмотки з меншим перетином. Особливо актуальна двополуперіодна обмотка там, де в невеликі габарити потрібно помістити дуже потужну обмотку з таким товстим дротом, який неможливо зігнути під кутами без пошкодження. Або промисловість не випускає настільки товсті шини і таким чином можна перейти на менший перетин.

Для роботи на високих температурних режимах. Як дроти застосовується мідна труба, циркулююча рідина, насоси, теплообмінники, холодогенератори, резервуари.

6. Заливання компаундами з домішками на основі нітриду бору та іншими для підвищення теплопровідності компаунду. Або вібростійка розтяжка із застосуванням спеціальних техпластин. Застосовується на складних віброударних режимах роботи.

Наші спеціалісти розроблять найефективніший спосіб вирішення Ваших завдань. Ми будемо раді співпрацювати з Вами.