Какими способами можно изменить индуктивность катушки

Какими способами можно изменить индуктивность катушки

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки оказывают влияние следующие основные факторы:

Число витков провода в катушке: При прочих равных условиях, увеличение числа витков приводит к увеличению индуктивности ; уменьшение числа витков приводит к уменьшению индуктивности.

Пояснение: чем больше количество витков, тем больше будет магнитодвижущая сила для заданной величины тока.

Площадь поперечного сечения катушки: При прочих равных условиях , катушка с большей площадью поперечного сечения будет иметь большую индуктивность ; а катушка с меньшей площадью поперечного сечения — меньшую индуктивность.

Пояснение: Катушка с б ольшей площадью поперечного сечения оказывает меньшее сопротивление формированию магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы .

Длина катушки: При прочих равных условиях, чем больше длина катушки, тем меньше ее индуктивность; чем меньше длина катушки, тем больше ее индуктивность.

Пояснение: Чем больше длина катушки, тем большее сопротивление она оказывает формированию магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Материал сердечника: При прочих равных условиях, чем больше магнитная проницаемость сердечника, вокруг которого намотана катушка, тем больше индуктивность; чем меньше магнитная проницаемость сердечника — тем меньше индуктивность.

Пояснение: Материал сердечника с большей магнитной проницаемостью способствует формированию большего магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Приблизительное значение индуктивности любой катушки можно найти по следующей формуле:

Следует понимать , что данная формула дает только приблизительные цифры . Одной из причин такого положения дел является изменение величины магнитной проницаемости при изменении напряженности магнитного поля (вспомните нелинейность кривой В/Н для разных материалов). Очевидно, если проницаемость (µ) в уравнении будет непостоянна, то и индуктивность (L) также будет в некоторой степени непостоянна. Если гистерезис материала сердечника будет существенным, то это непременно отразится на индуктивности катушки. Разработчики катушек индуктивности пытаются минимизировать эти эффекты, проектируя сердечник таким образом, чтобы его намагниченность никогда не приближалась к уровням насыщения, и катушка работала в более линейной части кривой B/H.

Если катушку сделать таким образом, что любой из вышеперечисленных факторов у нее можно механически изменить, то получится катушка с регулируемой величиной индуктивности или вариометр. Наиболее часто встречаются вариометры, индуктивность которых регулируется количеством витков или положением сердечника (который перемещается внутри катушки). Пример вариометра с изменяемым количеством витков можно увидеть на следующей фотографии:

Это устройство использует подвижные медные контакты , которые подключаются к катушке в различных точках ее длины. Подобные катушки, имеющие воздушный сердечник, применялись в разработке самых первых радиоприемных устройств.

Катушка с фиксированными значениями индуктивности, показанная на следующей фотографии, представляет собой еще одно раритетное устройство, использовавшееся в первых радиостанциях. Здесь вы можете увидеть несколько витков относительно толстого провода, а так же соединительные выводы:

А это еще одна катушка индуктивности, так же предназначенная для радиостанций. Для большей жесткости ее провод намотан на керамический каркас:

Многие катушки индуктивности обладают небольшими размерами, что позволяет монтировать их непосредственно на печатные платы. Посмотрев внимательно на следующую фотографию, можно увидеть две расположенные рядом катушки:

Две катушки индуктивности расположены справа в центре этой платы и имеют обозначения L₁ и L₂. В непосредственной близости от них находятся резистор R₃ и конденсатор С₁₆. Показанные на плате катушки называются «торроидальными», так как их провод намотан вокруг сердечника, имеющего форму тора.

Как резисторы и конденсаторы, катушки индуктивности могут выполняться в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). На следующей фотографии представлено несколько таких катушек:

Две индуктивности здесь расположены справа в центре платы. Они представляют собой маленькие черные чипы с номером «100», а над одной из них можно увидеть обозначение L₅.

Источник

Способы изменения индуктивности катушки

ИнструкцияДомотайте к катушке дополнительные витки. Это увеличит индуктивность

катушки

при неизменных параметрах ее остальных конструктивных элементов, а у вариометра (катушки с подвижным сердечником) – сместит оба предела изменения индуктивности (верхний и нижний) в сторону увеличения. При намотке дополнительных витков может оказаться, что они не помещаются на каркасе. Не поддавайтесь соблазну использовать более тонкий провод, чем тот, что использован в катушке первоначально, чтобы не вызвать нагрев обмотки протекающим по ней током.

К катушке, не имеющей сердечника, добавьте таковой. Но помните, что он должен быть выполнен из такого материала, в котором рабочей частоте катушки не возникает потерь на вихревые токи. Для электромагнита, работающего на постоянном токе, подойдет сплошной стальной сердечник, для 50-герцового трансформатора – сердечник, набранный из оксидированных листов стали, в более высокочастотных катушках придется использовать сердечники из ферритов различных марок.

Помните, что даже при одном и том же количестве витков и прочих равных параметрах катушка большего диаметра будет иметь и большую индуктивность. Понятно, однако, что провода для ее изготовления потребуется больше.

Феррит выпускается с различной магнитной проницаемостью. Замените один ферритовый сердечник в катушке на другой, у которого значение этого параметра выше, и ее индуктивность увеличится. Но при этом уменьшится граничная частота, на которой такая катушка сможет работать без возникновения заметных потерь в сердечнике.

Существуют катушки, снабженные специальными механизмами для перемещения сердечника. Для того чтобы увеличить индуктивность в этом случае, вдвиньте сердечник внутрь каркаса.

Замкнутый магнитопровод при прочих равных условиях обеспечивает большую индуктивность, чем разомкнутый. Но старайтесь не применять такое решение в трансформаторах и дросселях, работающих при наличии постоянной составляющей. Она способна подмагничивать и насыщать замкнутый сердечник, тем самым, наоборот, вызывая снижение индуктивности катушки.

Применяемые в настоящее время способы изменения резонансной частоты высокочастотных контуров радиоаппаратуры малоэффективны. Например, для перекрытия вещательного диапазона средних и длинных волн с помощью переменного конденсатора, вариометра или железного сердечника из карбонильного железа необходимо делить этот диапазон с помощью псрсклеочятеля па два поддпапазон”,, Это обусловливается тем, ето макси.чальное изменение емкости или индуктивности, которое дают современные конструкции конденсаторов, вариометров и переменных индуктивностсй с жслезньемее герде !никами, не превышает 9 — 10 раз. В пересчете на частоту это дает изменение всего в 3 раза, в то время, как для перекрытия диапазона волн от 200 до 2000 л необходи»о изменение в 10 раз. Сложность конструкции оре апов настройки в современном приемнике сильно удорожает сго стоимость и усложняет эксплуатацию, требуя дополнительной рукоятки для переключения диапазонов. Предлагаемый спосоо изменения индуKTHBHocTH позво,75!ет измсееять частоты контура в 10 и более раз без какого-либо деления на поддиапазоны, т. с. без переключений. Это достигается благодаря тому, ето согласно предлагаемому способу, для плавного изменения пндукпевпости нли коэффициента связи катушек, имсюецих обе!ее!ее ссрдечнеек, постоянньп”, магнит Hли его почюсныс наконечники перемсщаеотсее относительно упомянутого ссрдс шика с катуц ками, В основу;ерсдлагаемого способа поло>кееео применение в качестве сердечника для контурной катушки ш*,дуктивности ферромагнетиков с высоким удельным сопротивлением и высокой прони пяемостью, дающих резкое изменение проницае IocTH при подлха гнеечивя нети. К таким ферромагнетикам относится группа химических соединений, носящих общее название «фсрритов». Из известных в настоящее время материалов для указанной цели наиболее подходящими являются «ферроскуб 3» и «Оксифер». Путе» прессовки из этих материалов изготовляются магнитные сердечIIHKH раз,fIIiIHQII коеефиг1 рации, ¹ 96003 и р Предмe ã изобретенияКомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРОтв. редактор В. А,. ИваиоеПодн. к печ. 1() 1 1-195У г. Тираж Ä60. Ясна 25 коп.

Гор. Алатырь, типография №2 Министерства культуры Чувашской ACCP. Предлагаемый- способ изменения инду ст Ьр44пФ может быть применен для различных целей и с. испольвеВЖгием сйециального постоянного м@ф ита.

1. Способ плавного изменения индуктивности или коэффициента связи катушек с ферромагнитным сердечником, основанный на изменении проницаемости сердечников катушек под влиянием подмагниЯнформациоино;издательский отдел. Оогьем 0,125 и. л. 3d,g, 241)2. чивания их постоянным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью плавного изменения индуктивности или коэффициента связи катушек, имеющих общий сердечник, постоянный магнит или его полюсные наконечники перемешаются относительно упомянутого сердечника с катушками. 2. Применение в способе по п. 1 сердечников высокочастотных катушек из ферромагнитных материалов — оксидных ферромагпетиков типа «Оксифер».

При прохождении тока по проводнику, вокруг него образуется магнитное поле. В свою очередь, образовавшееся вокруг проводника, магнитное поле начинает взаимодействовать с током протекающим по проводнику. Эти взаимодействия выражаются в законах о самоиндукции, взаимоиндукции и индуктивности.

Чем длиннее провод, тем больше его индуктивность. Если свернуть этот провод в катушку, то магнитное поле каждого витка складывается в общее магнитное поле катушки.
Чем больше витков в катушке, тем больше магнитный поток Ф проходящий через нее, тем больше ее индуктивность.
Индуктивность (коэффициент самоиндукции) – физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи ( проводящего контура).
Коэффициент пропорциональности между силой электрического тока I в контуре и создаваемым им магнитным потоком Ф через контур.

L = Ф / I. где: L — индуктивность в генри, Гн. Ф — магнитный поток проходящий через катушку.

I — ток в витках катушки, в амперах. Индуктивность катушки зависит от количества витков, формы каркаса, магнитной проницаемости среды, где установлена катушка. Для увеличения индуктивности катушки в нее вставляют сердечник из ферромагнитного материала (сталь, феррит, альсифер и др.

Изменять индуктивность катушки можно разными способами:

• изменяя количество витков;
• раздвигая или сжимая витки;
• вводя в катушку ферромагнитный или диамагнитный сердечник;
• разбивая катушку на секции а затем включая их встречно,параллельно или последовательно;
• вводя подмагничивание постоянным током;
• подводя или отводя короткозамкнутый выток к торцу катушки.

Катушка индуктивности, при прохождении через нее переменного тока, оказывает ему индуктивное сопротивление. Объясняется это тем, что проходящий по ней переменный ток создает ток самоиндукции, который направлен навстречу основному току.
Величина индуктивного (реактивного) сопротивления зависит от частоты переменного тока и от индуктивности катушки (дросселя).

X = 2 · π f L.
где: Х – индуктивное сопротивление Ом;
f — частота переменного тока Гц;
π — 3,14
L — индуктивность Гн.

Индуктивное сопротивление катушки во много раз больше ее активного сопротивления.
Активное сопротивление R катушки равно ее омическому сопротивлению при постоянном токе и составляет от долей Ома до единиц Ом (зависит от диаметра провода).
Индуктивное (реактивное) сопротивление катушки велико и составляет от 100 до 10000 Ом и более и не зависит от диаметра провода.
Если включить индуктивность к источнику напряжения, то ток в цепи вследствие возникновения ЭДС самоиндукции будет медленно возрастать от нуля до максимума.
Ток в цепи индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов.

Таковы основные свойства индуктивности.

Способность катушки индуктировать на себе э. д. с.

самоиндукции называется индуктивностью катушки. Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн)Индуктивностью в 1 Гн обладает такая катушка, изменения тока в которой на 1 А в секунду создает э. д.

с. самоиндукции равной 1 В.

10 Гн миллигенри мГн10-6 Гн микрогенри мкГн Величина индуктивности прямо пропорциональна размерам катушки и числу витков. Кроме того, индуктивность зависит также от материала введенного в катушку сердечника и наличия экрана. Качество работы катушки индуктивности в цепях переменного тока характеризуется добротностью. Добротность Q катушки определяют как отношение ее индуктивного сопротивления ХL= ωL=2пfL к активному R, при рабочей частоте f:Q=ωL/R=2пfL/R. Активное сопротивление включает сопротивление провода обмотки катушки и сопротивление, обусловленное потерями электрической энергии в каркасе, сердечнике, экране и изоляции. Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество. Витки катушки, разделенные слоем изоляции, образуют элементарный конденсатор. В многослойных катушках емкость возникает между отделными слоями. Таким образом, катушка обладает не только индуктивными, но и емкостными свойствами. В большинстве случаев собственная емкость катушки является вредной, и ее стремятся уменьшить. Для этого применяются специальные формы каркаса катушки и способы намотки провода.

Назначение сердечников в катушках индуктивности

Сердечник увеличивает индуктивность катушки. Действительно катушка с сердечником обладает большим магнитным полем а значит на ней будет индуктироваться большая э. д.

с. самоиндукции. Если положение сердечника в катушке можно изменять, значит можно изменять индуктивность катушки.

Изображение сердечников на схемах

Взаимоиндукция

Явление взаимоиндукции наблюдается между близко расположенными катушками. Сущность взаимоиндукции заключается в переносе электрической энергии из одной цепи в другую посредством общего магнитного поля: в одном из контуров электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля, в другом контуре происходит обратный переход энергии магнитного поля в электрическую энергию. Из сказанного следует, что магнитное поле является переносчиком электрической энергии из одной цепи в другую.

Взаимная индуктивность между двумя катушками зависит от их размеров, числа витков, взаимного расположения и магнитной проницаемости среды. N18Электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин (заряда, силы тока, напряжения, напряженности, магнитной индукции и др.) в электрической цепи.

Для возбуждения и поддержания электромагнитных колебаний требуются определенные системы, простейшей из которых является колебательный контур — цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R (это может быть сопротивление провода катушки и проводов, соединяющих катушку с конденсатором) (рис. 1). Идеальный контур Томсона — колебательный контур без активного сопротивления (R = 0).

Рис. 1 Рассмотрим свободные электромагнитные колебания — колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется. Рисунок 2 иллюстрирует характерные стадии колебаний в контуре за один период.

Отсчет времени t мы начинаем с момента подключения к контуру заряженного конденсатора. В этот момент (рис. 2, а) напряженность электрического поля E⃗ в конденсаторе (направленная сверху вниз), а также напряжение U на обкладках конденсатора максимальны, а тока в контуре еще нет, следовательно, отсутствует и магнитное поле.

При этом вся энергия W колебательного контура заключена в электрическом поле конденсатора, т.е.

В промежутке времени от 0 до T4 (рис. 2, б) конденсатор, разряжаясь, создает через контур ток I, идущий по часовой стрелке. При этом согласно правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию этого тока. При разряде конденсатора уменьшаются напряженность электрического поля E⃗ (сохраняя прежнее направление) и напряжение U между его обкладками, следовательно, уменьшается энергия электрического поля в конденсаторе. Сила тока I и индукция B⃗ магнитного поля, создаваемого этим током, увеличиваются, т.е. возрастает энергия магнитного поля в катушке индуктивности. Следовательно, энергия электростатического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки.

К моменту времени t=T4 (рис. 2, в) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками становится равным нулю, и электрическое поле в нем отсутствует E⃗ =0. К этому времени ток 1 в контуре и индукция B⃗ магнитного поля этого тока достигают максимальных значений. Следовательно, вся энергия контура заключена в этот момент в его магнитном поле, т.е.

При этом вся энергия W колебательного контура заключена в электрическом поле конденсатора, т.е. W=We0=CU202=q202C.

В промежутке времени от 0 до T4 (рис. 2, б) конденсатор, разряжаясь, создает через контур ток I, идущий по часовой стрелке. При этом согласно правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию этого тока.

При разряде конденсатора уменьшаются напряженность электрического поля E⃗ (сохраняя прежнее направление) и напряжение U между его обкладками, следовательно, уменьшается энергия электрического поля в конденсаторе. Сила тока I и индукция B⃗ магнитного поля, создаваемого этим током, увеличиваются, т. е.

возрастает энергия магнитного поля в катушке индуктивности. Следовательно, энергия электростатического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки.

К моменту времени t=T4 (рис. 2, в) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками становится равным нулю, и электрическое поле в нем отсутствует E⃗ =0. К этому времени ток 1 в контуре и индукция B⃗ магнитного поля этого тока достигают максимальных значений.

Следовательно, вся энергия контура заключена в этот момент в его магнитном поле, т. е.

Источник