Катушки индуктивности и дроссели (типы, характеристики, расчет и намотка)
Современное определение катушки индуктивности характеризует ее как элемент электрической цепи (двухполюсник), обеспечивающий заданную в ней индуктивность. Катушки индуктивности применяются в самой разнообразной радиоэлектронной аппаратуре. Их качество и параметры оказывают большое влияние на работу радиоэлектронных устройств. Катушки индуктивности применяются для настройки колебательных контуров на данную частоту (катушки настройки, рис. 1.5), для передачи электрических колебаний из одного контура в другой (катушка связи), для разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты (дроссели) и т.д. В детекторных, ультра- и коротковолновых радиоприемниках довольно часто используют для настройки на радиостанции вариометры. Вариометр представляет собой устройство плавного механического изменения индуктивности катушки. В катушке, состоящей из двух соединенных последовательно катушек, изменение индуктивности производится изменением их положения относительно друг друга. Если катушка имеет магнитный сердечник, то ее индуктивность изменяется его перемещением. Известны различные конструкции вариометров. В наиболее известной конструкции вариометра одна катушка вращается внутри другой.
Рис. 1.5. Конструкции контурных катушек индуктивности, выполненные на ферритовых стержнях: а — СВ и ДВ; 6 — КВ
Дроссель от немецкого слова — «сокращать» является разновидностью катушки индуктивности. Свойства такой катушки зависят от того, какой частоты электрический ток нужно «сокращать» или «задерживать». Дроссель включают в электрическую цепь для подавления переменной составляющей тока в цепи, либо для разделения или ограничения сигналов различных частот. В зависимости от назначения дроссели делятся на высокочастотные и низкочастотные. Это различие относится и к конструктивному их исполнению. Дроссели высокой частоты изготовляют в виде однослойных или многослойных катушек без сердечников или с сердечниками. Для дросселей длинных и средних волн применяют секционную намотку. Дроссели на коротких и метровых волнах имеют однослойную намотку, сплошную или с принудительным шагом.
Для уменьшения габаритов дросселей применяют магнитные сердечники. Дроссели высокой частоты с сердечниками из магнитодиэ-лектриков и ферритов имеют меньшую собственную емкость и могут работать в более широком диапазоне частот. Низкочастотный дроссель подобен электрическому трансформатору с одной обмоткой.
Катушка индуктивности характеризуется номинальным значением индуктивности. Основной единицей в системе СИ является генри (Гн). На практике пользуются производными от генри единицами — миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн) и наногенри (нГн), которые связаны с основной единицей следующим образом:
В литературе прошлых лет встречается единица измерения индуктивности — сантиметр:
1см = 10^-9 Гн = 10^-6 мГн = 10^-3 мкГн.
Сердечники катушек индуктивности
Для уменьшения потерь в сердечниках катушек используются маг-нитодиэлектрики — материалы, у которых частицы размельченного фер-ритового вещества разделены между собой диэлектриком. К числу таких материалов относятся известные альсифер и карбонильное железо. В последнее время в качестве материала для сердечников широко применяют ферриты: никель-цинковые, марганец-никелевые, литий-цинко-вые. Условное обозначение ферритов: НН — никель-цинковые низкочастотные ферриты, НМ — марганец-цинковые, ВТ — ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Цифры, стоящие перед буквенными обозначениями, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости материала сердечника. Достоинства ферритов — стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи и простота изготовления ферритовых деталей. Ферриты почти не поддаются механической обработке, они обрабатываются только абразивами, такими как, например, корунд. Изделия из ферритов нельзя обрабатывать на станках, так как это может привести к утрате магнитных свойств — резкому увеличению потерь, снижению проницаемости. Благодаря высокому удельному сопротивлению, катушки с сердечниками из ферритов могут иметь очень большую добротность, на низких частотах свыше 500, а на частотах 500… 1000 кГц — 300.
Основной характеристикой магнитного материала сердечника является магнитная проницаемость. На практике она оценивается относительной величиной (по отношению к магнитной проницаемости вакуума) и является безразмерной. Магнитную проницаемость ферритов можно считать постоянной лишь при первом, грубом приближении.
Если к температурной стабильности начальной магнитной проницаемости ферритов не предъявляются повышенные требования, то применяют марганец-цинковые ферриты марок 6000НМ, 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ, 1500НМ и 1000НМ. Эти ферриты используются в диапазоне частот до нескольких сотен килогерц как в слабых, так и в сильных полях. Ферриты марок 2000НМ1, 1500НМ1, 1500НМ2, 1500НМЗ, 1000НМЗ и 700НМ предназначены для частот до 3 МГц в слабых и средних полях. Им свойственны малые потери и малый температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости в широком интервале температур. Для магнитных антенн приемников выпускаются фер-ритовые стержни марок 700НМ (до 3 МГц), 150ВЧ (до 12 МГц), 100ВЧ (до 18 МГц), 50ВЧ2 (до 30 МГц) и 30ВЧ2 (до 100 МГц). Стержни изготовляются круглого и прямоугольного сечения. Ферритовые детали можно склеивать полистироловым, эпоксидным и другими клеями.
Стабильность катушек индуктивности с сердечниками из никель-цинковых ферритов с начальной магнитной проницаемостью 10…50 (ферриты марок ВЧ) составляет 1 год, при этом индуктивность изменяется не более ±5%, а катушки с сердечниками из того же материала, но марок НН — до ±2%. Индуктивность катушек с сердечниками из марга-нец-цинковых ферритов (марки НМ) за год изменяется до 5% и является менее стабильной, чем предыдущие. Катушки на альсиферовых кольцах изменяют свою индуктивность в течении года не более чем на ±1%.
Конструкция каркасов катушек индуктивности
Конструкции катушек индуктивности очень разнообразны. Основными конструктивными элементами катушек являются каркас, обмотка, а вспомогательными — сердечник, экран и т.д. Намотка катушек производится проводом на специальных каркасах, которые придают обмотке механическую прочность. По форме каркасы бывают трубчатые (с фланцами и без них), шпули, ребристые, плоские, тороидальные и другие. Каркасы в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения изготавливаются из различных материалов: кабельной бумаги, электрокартона, текстолита, гетинакоа, пресспорошка, керамики, слюды, полистирола, органического стекла, эскапона и других. Выбор материала для каркаса зависит от предъявляемых к нему требований по электрической прочности, допустимой величины диэлектрических потерь, термостойкости, влагостойкости и т. д. Наибольшую стабильность имеют катушки на керамических каркасах, а наименьшую — многослойные катушки, намотанные на каркасах из гетинакса и пресспорошка. Иногда катушки УКВ и КВ диапазонов делают бескаркасными. При их изготовлении, например, для контуров маломощных коротковолновых передатчиков, витки для жесткости скрепляют планками из органического стекла толщиной З…4мм. Концы обмоток катушек на каркасе закрепляют нитками или вплавляют паяльником в каркас, если он сделан из полистирола или органического стекла. Иногда плоские каркасы после намотки провода сгибают в кольцо.
Намотка катушек индуктивности
Обмотки катушек могут быть однослойными или многослойными (рис. 1.6). Обмотка характеризуется количеством витков, шагом намотки t и рядом. Под витком катушки понимают отрезок провода, охватывающий всю окружность каркаса. Шаг — расстояние между соседними витками.
Рис. 1.6. Конструкции катушек индуктивности с различным типом намотки: а — с шагом t, б — виток к витку, в — тип «универсаль»
Ряд — количество витков провода, которое укладывается на всю ширину обмотки. Наиболее простые по конструкции однослойные рядовые обмотки катушек. Они имеют малую величину собственной емкости и высокую добротность. Однако получающиеся при изготовлении большие габариты ограничивают их применение. Чаще всего применяют многослойные обмотки: рядовая многослойная, секционированная индукционная и безиндукционная, галетная, универсальная и тороидальная. Укладка многослойной секционированной индукционной обмотки производится на каркасы-шпули с промежуточными щеками. Количество секций может быть любым, а число рядов в секциях должно быть четным. Секционирование индукционной обмотки используется для высоковольтных и высокочастотных трансформаторов, дросселей высокой частоты. Для получения катушек индуктивности малых размеров и с малой собственной емкостью при большой величине индуктивности пользуются способом универсальной намотки. В этом случае провод укладывается под углом к плоскости вращения и перегибается на торцах. Наибольший угол укладки можно получить при намотке катушки проводом в шелковой изоляции.
Условные обозначения марок ферритов и магнитодиэлектриков
Условное обозначение ферритового стержня состоит из четырех элементов:
1. Буква М указывает, что изделие сделано из феррита.
2. Цифра — начальное значение магнитной проницаемости.
3. Буквы и несколько цифр — марка феррита (В — феррит для работы на частотах выше 5 МГц, Н — для работы на низких частотах).
4. Сокращенное обозначение конструктивного вида сердечника и его размеров в миллиметрах.
В дополнение к названным буквам третьего элемента иногда добавляется еще одна буква с указанием характеристики магнитного поля, в котором может работать этот феррит: С ^ феррит для работы в сильных магнитных полях, И — специальный феррит для работы в импульсных магнитных полях, если этой буквы нет, то феррит предназначен для работы в слабых магнитных полях. После четвертого элемента иногда может стоять цифра, характеризующая различие свойств феррита. После указанных элементов следует черта, которая выделяет наименование изделия изготовленного из феррита (обозначается буквой) и его конструктивные размеры (обозначаются цифрами):
- Б – броневой сердечник, состоящий из двух чашек с цилиндрическим подстроечным стержнем (число после буквы указывает внешний диаметр чашки);
- Г -Г-образный для телеаппаратуры, числа последовательно соответствуют длине, ширине и толщине изделия;
- К – кольцевой сердечник, числа соответствуют внешнему диаметру, внутреннему диаметру и высоте кольца;
- ОС – кольцевой сердечник для отклоняющей системы кинескопа, числа обозначают типоразмер сердечника;
- ПК – П-образный, круглого сечения сердечник для трансформатора строчной развертки, числа указывают расстояние между диаметрами и их диаметр;
- ПП – П-образный, прямоугольного сечения сердечник, числа указывают расстояние между стержнями, ширину стержня, высоту стержня (только для ТВС кинескопа с отклонением луча 70е первое число 53 указывает ширину сердечника);
- СС – для цилиндрических стержней не более 3,5 мм, числа указывают диаметр и длину сердечника (цилиндрические стержни диаметром 8 мм и 10 мм в обозначении не содержат букв СС, в стержнях прямоугольного сечения числа указывают ширину, толщину и длину сердечника);
- Ш – Ш-образный сердечник, числа обозначают ширину и толщину среднего выступа;
- 3 — замкнутый
- О-образный сердечник, числа обозначают высоту изделия, высоту окна, ширину изделия и ширину окна.
М100НН-2-СС 2,8×12: М — феррит; 100 —100; Н — низкочастотный; Н — никель-цинковый; 2 — различные свойства; СС — стержень; 2,8 мм — диаметр; 12 мм — длина.
М700НМ-Б9: М — феррит; 700 — ц = 700; Н — низкочастотный; М — марганец-цинковый; Б — броневой; 9 мм — диаметр.
Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.
Источник
Катушка индуктивности способы намотки
Основные вопросы интересующие форумчан:
В: Как сделать катушку самостоятельно?
Участник форума 1: Делаем сердечник- 8мм в диаметре, диаметр шляпы 10 мм. Высота катушки в общем 33 или 25 мм, из нее шляпа 1 мм. Вытачиваются шайбы из любого НЕ проводящего тока материала, например текстолита (жесткий пластик, оргстекло не вариант)
На катушку 2 шайбы.
Размер шайбы рассчитывается следующим образом: к толщине сердечника плюсуем толщину проволоки умноженную на количество витков умноженное на 2 +запас какой либо(2мм к примеру) Т.е если у тебя проволока 0.5 мм, сердечник 8, мотаем 10 слоев, то выходит…
8 + 0.5*(10*2)+2=20 мм шайба
Далее дырявим шайбу по центру, одну загоняем под шляпу сердечника, садим на супер клей (главное чтобы клей не застыл на том месте где будешь мотать)
Потом отмеряем расстояние для намотки, как стандарт берем проволоку 0.5 и сердечник 33 мм в высоту
(мы уже приклеили верхнюю шайбу на сердечнике (под шляпу сердечника)
Теперь необходимо отмерить на нашем (33мм) сердечнике необходимое расстояние для намотки, то есть длинна должна быть кратная 0.5мм.
Суммируя в голове, что сердечник все же и 33мм, но 1 мм уже занимает шляпа, ещё пару мм занимает
для наглядности это будет 2мм
ну так. 3 мм мы уже «съели», осталось 30.
Берем 22мм например
Делаем риску.
Плотно изолируем чем угодно то место от первой шайбы до риски.
Берем 6мм термоусадки, отрезаем примерно 30мм, надеваем на ножницы, где над керосиновой лампой, и постепенно ножницы раздвигаем, так мы делаем слой весьма тонким, потом одеваем на сердечник, обсаживаем все дела эти.
Вспоминаем про 22 мм или заранее отрезаем термоусадку. (можно прямо на сердечнике лишнее отрезать (на сердечнике термоусадки должно быть 22 мм)
Делаем в нижней шайбе отверстия (чтоб проволока в термоусадке пролезла да и только) Одну делаем прямо возле сердечника, а вторую не далеко от края шайбы (от туда будут выходить проволока). Потом вторую шайбу на клей .
Одеваем эту конструкцию на намоточник (за конструкцией намоточника не комне-сами догадайтесь)
Просовываем один конец проволоки в отверстие в шайбе, которое возле сердечника, просовываем примерно 6см ( запас никому не помешает — можно и 10см) и начинаем медленно и нудно мотать, но при этом очень ровно и аккуратно, чтобы виток к витку без просветов. На первый взгляд это будет казаться нереальным, но потом «поймутся» некоторые хитрости и особенности
P.s: Я для уверенности что не будет КЗ покрываю каждый слой цапонлаком….
И так мы дошли до 10го слоя. пока мы не домотали до конца (а то отверстие ещё нафиг закроем) отрезаем необходимую длину до так сказать домотки + 6-10см запаса, доматываем и на последнем витке вставляем этот конец проволоки в отверстие. Все лачим несколько раз, покрываем необходимой защитой для термоусадка, лакоткань, просто лак. и т.д.
Концы при сборке машинки прячутся в термоусадку или шелковые кембрики…
Участник форума 2: Главное в первый раз наматывать катушку без вспомогательных средств будь то дрель, шуруповерт, а так сказать ручками, тогда сразу куча вопросов отпадет.
В: Если сердечник обернуть слоем бумаги+скотчем не будет ли это перебором?
Участник форума: Одного скотча вполне достаточно, чем ближе провод к сердечнику тем выше намагничиваемость.
В: Может ли проволока примыкать к сердечнику или должна быть полная изоляция?
Участник форума: Провод должен быть в лаковой изоляции. НО! При намотке на сердечник малого диаметра лак может повредиться и тогда вероятность брака довольно велика, так что рекомендую для надежности обмотать сердечник одним слоем скотча.
В: а что если после намотки покрить провод не лаком, а эпоксидкой? Не растрескается потом? Или лучше не эксперементировать?
Участник форума 1: Лучше будет если будешь наматывать и промазывать эпоксидкой
Участник форума 2: вообще компаундом заливают электронные сборки в радиоприборах, магнето видел от мотоцикла, бронь, крепко и влага пох. вот и автолак похоже так же ложится. можно его попробовать подкрасить.
Участник форума 3: эпоксидка текучая больно,и долго стынет,шайбу нижнюю,ею норм крепить,но витки-придется проявить терпение или изобретательность,что бы катушка все время вращалась равномерно распределяя слой клея.Лично я когда лаком крыл,хоть и быстросохнущим,в шуруповерт ставил,регулировал малые обороты,что бы тока еле вращалось ,фиксировал кнопку ,выставлял горизонталь,и на время забывал,о катушке.
В: Блин у меня беда! Одна катушка где-то на сердечник пробивает. Буду перематывать. В с вязи с этим вопрос- можно-ли использовать БУ провод от советских трансформаторов? Может ему хана просто?
И насколько критично, если я перемотаю заднюю катушку проводом 0.6 ,а передняя останется 0.5?
Участник форума 1: такое впечатление что вы собираете конструктор лего)) машинка должна быть сделана качественно!!
Участник форума 2: В общем и целом согласен,но бывают ситуации когда приходиться выкручиваться.
Б\У провод можно использовать,но желательно промазывать слои лаком или изолировать их друг от друга бумагой,типа пергамента,дабы исключить возможные пробои изоляции.
а вот по диаметру провода интересный вопрос,Ведь на самом деле есть машинки на которых задняя катушка имеет меньшую высоту намотки,чем передняя,значит и сопротивление провода совсем другое..так что исходя из этого можно просто поэкспериментировать для удовлетворения собственного любопытства. ну и нашего
Участник форума 3: Короче может кому будет полезно в будущем — сейчас размотал катушку, вроде все в порядке, но внимательно посмотрев на сердечник , обнаружил микроскопический задир после токарки.Его практически не заметно было. Он-то и проткнул пергамент и лак. Вывод проходиться шкуркой или натфилем перед намоткой, что бы исключить подобные эксцессы в будущем:)
Участник форума 2: А вообще,на сам сердечник,лучше скотч наматывать,он эластичный и не так ,легко его пробить как бумагу.
Участник форума 1: сердечники заказываю на фирме,у них станки ловят 1 микрон!токарные ! так у меня все сердечники как шлифованые выходят! правда я их потом на шлифовку отношу торец! а по поводу скотча — неплохо! но лучше строительный скотч.
Участник форума 4: Парни, обычный, прозрачный, тонкий скотч.
В: я понимаю что тут всё просто и понятно везде ну у меня остаётся несколько вопросов непонятных 1 из каокй стали делать сердечник ? и обязательно лаком вскрывать после каждого витка проволоки?
Участник форума 1: Сердечники делаются от ст3,до ст20,это уже что имеется в наличии или доступно,а лаком каждый слой крыть не обязательно,это делается за редким исключением,теми,у кого свои тараканы в голове ,но лак,совершенно не лишний,он добавляет надежности,и делает катушку монолитной.
Эт уже тебе решать,что и как.
В: Доброго всем дня! а в какую сторону мотать, есть разница?
я делаю так, вопрос правильно ли??
Участник форума 1: мотать обе катушки нада в одну сторону.
В: решил ради интереса провести эксперимент. валялись сердечники 33мм, на которые я намотал медную проволоку, диаметром. 1мм
Намотал 4 слоя. Высота намотки получилась 24мм. Ставил кандёр на 50v 47mF — катухи грелись. Потом заменил кандёр на 25v 47mF.
Испытания Рабочее напряжение 3.5v с нагрузкой. Тачка работает стабильно. А вот катухи к моему удивлению не греются, хоть и жужжал я относительно долго.
Сейчас перечитал форум, и наткнулся на то, что есть шанс спалить блок. хотелось бы узнать, на самом ли деле такое возможно, с такими «чудо» катушками. Пока тьфу-тьфу ничего не спалил)
Участник форума 1: у меня есть часто используемая машина 10 вит 08 провод . блоку 100лет в обед и ни чего. есть 8 слойные 08 все норм.
Участник форума 2: охохоо. 10 витков 0.8 провод. там наверное моща дай бог. а кандёры какие стоят?
Участник форума 3:и зачем нужны эти извращения? 0.5-0.6 провод чем не устраивает диапазоном своих возможностей?
Участник форума 2: я повторюсь, что это был всего лишь эксперимент. судя по форуму провод 0,5 идет у всех как по госту. а мне захотелось выйти за эти рамки. да и мотать такой провод куда проще
Участник форума 1: на момент изготовления машины,другого провода небыло. кадер стоял 180, потом 100 теперь 47. она залита -моя первая машина.
В: Такой вопрос, кто чем пользуется для вытачивания шайб на катушки? Как это делать максимально качественно и быстро? Может есть насадки на дрель маленького радиуса, что бы в текстолите выпилить ровный кружок?
Участник форума 1: можно сделать приспособу для вырезания шайб из листа изолятора,но по любому после этого,необходима дополнительная чистовая обработка,на токарном станке например. сам делаю именно так.
Насчет поврежденного провода,не стоит оно того))))))
Участник форума 2: А можно поподробнее про такую приспособу, как её сделать? Если бы с простеньким чертежиком вообще было бы супер!
Участник форума 1: найди трубу соответствующего диаметра. желательно из упругово металла. обточи конец хорошенько, чтобы остренький был. получится своего вида пробойник. пару раз долбануть молотком и шайба готова дрелью делаешь центральное отверстие и усе. там обработать останется
Участник форума 3: вообще надо будет сфотать мою,но она как обычная коронка для вырезания отверстий в бетоне или гипсокартоне,тот же принцип,только размер шайбы выходит 22 мм,с отверстием по центру 8 мм,и с напаенными победитовыми пластинками для резцов.Уже в станке ,в пачке,вывожу нужный диаметр,,как бы ничего сложного,когда не было станка ,в сверлилке ,напильником выводил размер.
Участник форума 2: ну это должно подойти в случае с каким то более менее мягким материалом, а как быть например с текстолитом? он наверно либо сразу треснет, либо будет крошиться.
Тут мне кажется правда было бы идеально, что то вроде каронки на дрель! Вот только можно ли её найти в свободной продаже, такого диаметра?
Участник форума 4: есть корончатые сверла, правда минимальный диаметр вроде 12мм, но думаю есть и меньше.
Сразу и шайба и центральное отверстие
Участник форума 1: а меньше то зачем? 18-20мм самый сок! у меня самая маленькая на 24мм. поэтому приходится на станке обтачивать.
Источник
