Котушка індуктивності: пристрій, принцип роботи, призначення

Котушки індуктивності знайшли широке застосування в електротехніці в якості накопичувачів енергії, коливальних контурів, обмеження струму. Тому їх можна зустріти всюди, починаючи від портативної електроніки, закінчуючи підстанціями у вигляді гігантських реакторів. У цій статті ми розповімо, що це таке котушка індуктивності, а також який у неї принцип роботи і багато іншого.

Визначення та принцип дії

Котушка індуктивності – це котушка змотаного в спіраль або іншу форму ізольованого провідника. Основні особливості і властивості: висока індуктивність при низькій ємності і активному опорі.

Вона накопичує енергію в магнітному полі. На малюнку нижче ви бачите її умовне графічне позначення на схемі (УДО) в різних видах і функціональних призначеннях.

Вона може бути з сердечником і без нього. При цьому з сердечником індуктивність буде в рази більше, ніж якщо його немає. Від матеріалу, з якого виготовлений сердечник, також залежить величина індуктивності. Сердечник може бути суцільним або розімкненим (з зазором).

Нагадаємо один із законів комутації:

Струм в індуктивності не може змінитися миттєво.

Це означає, що котушка індуктивності – це свого роду інерційний елемент в електричному ланцюзі (реактивний опір).

Давайте поговоримо, як працює цей пристрій? Чим більше індуктивність, тим більше зміна струму буде відставати від зміни напруги, а в ланцюгах змінного струму – фаза струму відставати від фази напруги.

В цьому і полягає принцип роботи котушок індуктивності – накопичення енергії і затримування фронту наростання струму в ланцюзі.

З цього ж випливає і наступний факт: при розриві в ланцюзі з високою індуктивністю напруга на ключі підвищується і утворюється дуга, якщо ключ напівпровідниковий – відбувається його пробою. Для боротьби з цим використовуються снабберние ланцюга, найчастіше з резистора і конденсатора, встановленого паралельно ключу.

Види і типи котушок

Залежно від сфери застосування і частоти ланцюга може відрізнятися конструкція котушки.

За частотою можна умовно розділити на:

  • Низькочастотні. Приклад – дросель люмінесцентної лампи, трансформатор (кожна обмотка являє собою котушку індуктивності), реактор, фільтри електромагнітних завад. Сердечники найчастіше виконуються з електротехнічної сталі, для ланцюгів змінного струму з листів (шихтованний сердечник).
  • Високочастотні. Наприклад, контурні котушки радіоприймачів, котушки зв’язку підсилювачів сигналу, накопичувальні і згладжують дроселі імпульсних блоків живлення. Їх сердечник виготовляють зазвичай з фериту.

Конструкція відрізняється в залежності від характеристик котушки, наприклад, намотування може бути одношарової і багатошарової, намотаною виток до витка або з кроком. Крок між витками може бути постійним або прогресивним (що змінюються по довжині котушки). Спосіб намотування і конструкція впливають на кінцеві розміри вироби.

Окремо варто розповісти про те, як влаштована котушка зі змінною індуктивністю, їх ще називають варіометри. На практиці можна зустріти різні рішення:

  • Сердечник може рухатися щодо обмотки.
  • Дві обмотки розташовані на одному сердечнику і з’єднані послідовно, при їх переміщенні змінюється взаємоіндукція і індуктивний зв’язок.
  • Самі витки для настройки контуру можуть розсуватися або звужуватися наближаючись один до одного (чим щільніше намотування – тим більше індуктивність).

І так далі. При цьому рухома частина називається ротором, а нерухома – статором.

За способом намотування бувають також різними, наприклад, фільтри із зустрічною намоткой пригнічують перешкоди з мережі, а намотані в одну сторону (узгоджена намотування) пригнічують диференціальні перешкоди.

Для чого потрібні і які бувають

Залежно від того, де застосовується котушка індуктивності і її функціональних особливостей, вона може називатися по-різному: дроселі, соленоїди та інше. Давайте розглянемо, які бувають котушки індуктивності і їх сферу застосування.

Дроселі. Зазвичай так називаються пристрої для обмеження струму, область застосування:

  • У пускорегулирующей апаратурі для розпалу й харчування газорозрядних ламп.
  • Для фільтрації перешкод. У блоках харчування – фільтр електромагнітних завад зі здвоєним дроселем на вході комп’ютерного БП, зображений на фото нижче. Також використовується в акустичної апаратури та інше.
  • Для фільтрації певних частот або смуги частот, наприклад, в акустичних системах (для поділу частот по відповідним динаміків).
  • Основа в імпульсних перетворювачах – накопичувач енергії.

Струмообмежувальним реактори – використовуються для обмеження струмів короткого замикання на ЛЕП.

Примітка: у дроселів і реакторів повинно бути низький активний опір для зменшення їх нагрівання і втрат.

Контурні котушки індуктивності. Використовуються в парі з конденсатором в коливальному контурі. Резонансна частота підбирається під частоту прийому або передачі в радіозв’язку. У них повинна бути висока добротність.

Варіометри. Як було сказано – це настроюються або змінні котушки індуктивності. Найчастіше використовуються в тих же коливальних контурах для точної настройки частоти резонансу.

Соленоїд – так називається котушка, довжина якої значно більше діаметра. Таким чином всередині соленоїда утворюється рівномірний магнітне поле. Найчастіше соленоїди використовуються для здійснення механічної роботи – поступального руху. Такі вироби називають ще електромагнітами.

Розглянемо, де використовуються соленоїди.

Це може бути активатор замку в автомобілі, шток якого втягується після подачі на соленоїд напруги, і дзвінок, і різні виконавчі електромеханічні пристрої типу клапанів, вантажопідйомні магніти на металургійних виробництвах.

В реле, контакторах і пускателях соленоїд також виконує функцію електромагніта для приводу силових контактів. Але в цьому випадку його частіше називають просто котушка або обмотка реле (пускача, контактора відповідно), як виглядає, на прикладі малогабаритного реле ви бачите нижче.

Рамкові і кільцеві антени. Їх призначення – передача радіосигналу. Використовуються в іммобілайзера автомобілів, металодетектори і для бездротового зв’язку.

Індукційні нагрівачі, тоді вона називається індуктором, замість сердечника поміщають нагрівається тіло (зазвичай метал).

Основні параметри

До основних характеристик котушки індуктивності можна віднести:

  1. Індуктивність.
  2. Силу струму (для підбору відповідного елемента при ремонті і проектуванні це потрібно враховувати).
  3. Опір втрат (в проводах, в осерді, в діелектрику).
  4. Добротність – відношення реактивного опору до активної.
  5. Паразитна ємність (ємність між витками, кажучи простою мовою).
  6. Температурний коефіцієнт індуктивності – зміна індуктивності при нагріванні або охолодженні елемента.
  7. Температурний коефіцієнт добротності.

маркування

Для позначення номіналу котушки індуктивності використовують буквену або кольорове маркування. Є два види буквеної маркування.

  1. Позначення в мікрогенрі.
  2. Позначення набором літер і цифр. Буква r – використовується замість коми, буква в кінці позначення означає допуск: D = ± 0.3 нГн; J = ± 5%; К = ± 10%; М = ± 20%.

Кольорове маркування можна розпізнати аналогічно такої на резисторах. Скористайтеся таблицею, щоб розшифрувати кольорові смуги або кільця на елементі. Перше кільці іноді роблять ширше інших.

На це ми і закінчуємо розглядати, що собою являє котушка індуктивності, з чого вона складається і навіщо потрібна. Наостанок рекомендуємо подивитися корисне відео по темі статті:

Автор: Олексій Бартош

Ссылка на основную публикацию