Материалы и элементы электронной техники

Катушка индуктивности: описание, характеристики, формула расчета

Начинающие электрики и радиотехники часто задаются вопросом: «Что называют индуктивностью проводника?». Индуктивность – коэф. пропорциональности между током, проходящем в замкнутом контуре, и магнитным полем. Простыми словами — некий элемент (чаще всего катушка) может накапливать это самое магнитное поле.

Электрическая цепь и индуктивность

В физике индуктивность показывает реальные электромагнитные характеристики цепи. У узком смысле, определяется единый элемент, который обладает высокой самоиндукцией. Обычно – это катушка индуктивности. Ей может считаться любой элемент с сердечником, имеющий более 1 витка проволоки.

Измерительная система

В чем измеряется индуктивность? Международная система стандарта обозначает единицу измерения индуктивности как Гн (сокращение от физика из США — Генри). Катушка имеет 1 Гн, если при изменении значения тока на 1 А в 1 сек., напряжение на выходе составит 1В.

А вот расчет отличается, в зависимости от системы стандартизирования. В гауссовской системе и СГС в измерения происходят в сантиметрах из пропорции: 1Гн = 109 см.

Вместо сантиметровой системы иногда используется термин «адгенри».

В СГСЭ единица указывается не всегда. А как измерить индуктивность, если необходимы точные показания? В редких случаях вводятся «статгенри» (1 статгенри ≈ 8,987552⋅1011).

Способы соединения

Как и в случае с другими компонентами, элементы самоиндукции могут соединяться разными способами. Индуктивность катушек зависит от типа подключения.

В расчетах используется буквенное обозначение L, т.е. Ленц. Понимать их нужно, как энергию магнитного поля конкретной катушки.

Параллельное соединение

Для множества элементов формула индуктивности выглядит так:

Для двух она значительно упрощается:

При параллельном соединений плюс соединяется с плюсом, а минус с минусом. При этом:

Напряжение у всех элементов одинаковое. Сила тока равна в месте контакта равна силе тока отдельных элементов.

Последовательное соединение

Суть последовательного соединения – подключение плюса к минусу. Формула расчета намного проще: достаточно сложить показатели все элементов цепи:

Показатель добротности

Добротность – это отношение между реактивным и индуктивным (активным) сопротивлением.

Активное – это показатель естественного сопротивления материала. Реактивное возникает, если изменения действующего значения напряжения, тока или емкости.

Для измерения используется следующее уравнение:

Q=2∙π∙f∙L/R,

Где:

  • π– число Пи, равное 3,14;
  • F – частотность;
  • R – сопротивление.

Проблема может возникать с понятием «частота», т.к. многие не знают, что представляет собой колебательный контур. Это некоторая цепь, в которой присутствует катушка.

Как правило, колебательный контур состоит из источника питания, индукционного элемента и конденсатора. Определяется частота по формуле Томсона (она же формула резонансной частоты).

Чем выше показатель частотности, тем «добротнее» считается катушка.

Многовитковые и одновитковые катушки

От чего зависит индуктивность катушки? Во многом она связана с кол-вом витков вокруг сердечника.

В одновитковом контуре используется формула, которая определяет характеристику через ампераж и электромагнитный поток.

Выглядит она так:

Ф/I

В многовитковых катушках этот же параметр равен квадрату каждого витка, т.к. увеличивается потокосцепление:

L1 х N2.

Для правильного расчета многовитковых катушек учитывается так же геометрические параметры и намоточный тип.

Соленоидные катушки

В соленоиде кол-во витков увеличено, а сечение намоточного провода меньше. Узнать характеристики соленоида можно из следующего уравнения:

Здесь:

0 – магнитная константа, которая равна 1.25663706 × 10-6 м кг с-2 А-2; N – число витков провода, вокруг сердечника; S – площадь сечения обмотки; I – длина.

Кольцевая

Формула тора схода соленоидом с одним исключением – предполагается, что он бесконечный. Поэтому используется такая формула:

Где R – радиус кольца.

Продолговатые катушки

Разновидность катушки, при котором проволока накручивается на шест. Для ее измерения применяют следующее уравнение:

Где:

  • µe – показатель магнитной проницаемости среды;
  • µi – показатель магнитной проницаемости материала;
  • i – длина проводника;
  • r – радиус.

Показатели проницаемости вы можете найти в таблице ниже:

Сферы применения

Что такое индуктивность – ясно, но где ее можно использовать? Вообще, найти их можно практически в каждом электроприборе. Например, они повсеместно встречаются в блоках питания.

В источниках тока в процессе работы происходит понижение/повышение напряжения, за что отвечает трансформатор – по сути, 2 или более катушки, которые объединённые последовательно. Причем с увеличением циклической частоты повышается эффективность.

Например, в самолетах используются 400-герцовые трансформаторы, вместо бытовых и промышленных 60 Гц.

Также их можно встретить в:

  • электрические фильтры;
  • зарядные устройства;
  • нагреватели;
  • электрические магниты;
  • крупная бытовая техника.
Adblock
detector