Внимание! В середине-конце октября запланирован запуск нового курса, посвящённого поверхностному монтажу печатных узлов. Поддержать новый курс можно на странице «О сайте» (в конце). Ознакомиться с предыдущим курсом можно тут (Visual Analyser — Измерительный комплекс на базе ПК).

Индуктивность. Катушки индуктивности

Индуктивностью (применительно к компонентам электрической цепи) называется идеализированный элемент электрической цепи, приближающийся по свойствам к катушке индуктивности, в которой накапливается энергия магнитного поля.

Катушка индуктивности представляет собой проводник, намотанный на сердечник. Сердечник может быть магнитным, либо немагнитным. Схематическое изображение катушки индуктивности показано на рис 1. При работе в электрической цепи катушка индуктивности препятствует изменению протекающего через нее тока. Иными словами, если ток, подаваемый в схему, которая содержит катушку, резко увеличить, то ток в схеме будет нарастать плавно до достижения своего максимального значения.

На рисунке 1 показаны условно-графические изображения катушек индуктивности различных типов [3].

Способность катушки индуктивности препятствовать изменению силы тока, протекающего через нее, носит название индуктивности этой катушки. Индуктивность обозначается буквой L, единицей ее измерения является Генри (Гн). Генри — большая единица индуктивности, значительно чаще используются миллигенри (мГн) = 10-3 Гн и микрогенри (мкГн) = 10-6 Гн.

Катушки могут иметь как постоянную, так и изменяемую индуктивность. На рисунке 1 показано схематическое изображение катушки с переменной индуктивностью (рисунки 1в и 1г). Катушки с переменной индуктивностью содержат подстроечный сердечник. Сердечник может изготавливаться из материала, который при введении внутрь катушки как увеличивает индуктивность (например, феррит), так и уменьшает (например, латунь).

Катушки индуктивности с воздушным сердечником, или катушки без сердечника, используются в тех случаях, когда индуктивность не превышает 5 мГн. Они наматываются на керамические или композитные сердечники. Сердечники из феррита или порошкообразного железа обычно используются для индуктивности до 200 мГн.

Тороидальные сердечники имеют кольцеобразную форму и позволяют получить высокую индуктивность при малых размерах. Их магнитное поле сосредоточено внутри сердечника.

Многослойные катушки индуктивности с железным сердечником используются для получения большой индуктивности от 0,1 до 100 Гн. Эта индуктивность зависит от величины тока, протекающего через катушку. Эти катушки иногда называют дросселями. Они используются в цепях фильтрации источников питания для удаления переменных составляющих выпрямленного постоянного тока.

Если постоянное напряжение приложено к катушке индуктивности L через резистор (рис.2) то, для того чтобы в цепи установился максимальный ток требуется время, прямо пропорциональное величине сопротивления и индуктивности. Постоянная времени цепи определяет время, требуемое для увеличения тока в проводнике от нуля до 63,2% или уменьшения до 36,8% от максимального значения. Постоянная времени определяется следующей формулой: t= L/R, где t — время в секундах, R — сопротивление в омах, L — индуктивность в Генри.

Для того, чтобы создать максимальное магнитное поле в катушке индуктивности требуется примерно пять постоянных времени цепи L/R. Такое же время требуется для того, чтобы магнитное поле исчезло.

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока имеет очень малое сопротивление (с учетом сопротивления проводника) и не препятствует прохождению постоянного тока. Если к катушке индуктивности приложено переменное напряжение, оно создает магнитное поле. Магнитное поле в свою очередь индуцирует напряжение в витках катушки, которое называется электродвижущей силой (э.д.с) самоиндукции. Э.д.с. самоиндукции сдвинута по фазе на 180° относительно приложенного напряжения и противодействует приложенному напряжению.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности вычисляется по формуле: XL = j*2*π*f*L, где j — означает поворот вектора по часовой стрелке на 90°, L — индуктивность (Гн), f — частота (Гц).

Индуктивное сопротивление является функцией частоты приложенного переменного напряжения и индуктивности. Рост частоты увеличивает индуктивное сопротивление и вызывает увеличение противодействия току. Уменьшение частоты уменьшает индуктивное сопротивление и снижает противодействие току. Данное свойство катушек индуктивности используетя при построении различных электрических фильтров.

Список использованной литературы

1. Атабеков Г. И. Основы теории цепей: Учебник. 2-е изд.,испр.–СПб.: Издательство «Лань», 2006.–432 с.

2. Эрл Д.Гейтс. Введение в электронику: Учебник. — Ростов-на-Дону.: Издательство «Феникс», 1998 год, 640 стр.

3. ГОСТ 2.723-68. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители.