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.

Схематическое изображение катушки индуктивности.

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 рис 2 показано схематическое изображение катушки с переменной индуктивностью. 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).

Схематическое изображение катушки с переменной индуктивностью.

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 используются для индуктивности до 200 мГн. Схематическое изображение катушки с железным сердечником показано на рис 3.

Схематическое изображение катушки с железным сердечником.

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.

Цепь для определенияпостоянной времени.

Если постоянное напряжение приложено к катушке индуктивности L через резистор (рис.4) 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.

Постоянная времени.

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*П*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.

Поиск по сайту