Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности (L) обладают свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. В цепи переменного тока на индуктивном элементе напряжение опережает по фазе ток на 900 (рис.1) . При последовательном соединении катушек их индуктивность складывается (ф. на рис.11 А). При параллельном включении определяется формулой Б. При последовательном соединении катушки и резистора, их общий импеданс Z определяется ф. на рис.11. УГО катушек изображено на рис.13: без сердечника, без сердечника с отводами, с ферромагнитным сердечником, с сердечником, имеющим зазоры и с сердечником –подстроечником.

Маркировка L содержит номинал (мкГн- основная единица)и допуск (если его нет, то 20%). (рис.21).

Функционирование L основано на взаимодействии I и магнитного потока Ф(ф.6 и 7). Известно, что при изменении магнитного потока Ф в проводнике, находящемся в МП, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока dФ/dt (формула на рис.2). Поэтому при подключении к проводнику источник U= ток в нем устанавливается не сразу, т. к. в момент включения изменяется Ф и в проводе индуцируется ЭДС, препятствующая нарастанию I, а спустя некоторое t, когда Ф перестает изменяться. Если же к проводнику подключен ИП переменного U, то ток и Ф будут изменяться непрерывно и наводимая в проводнике ЭДС (рис.2 и 5) будет препятствовать протеканию I~, что эквивалентно увеличению R проводника. Чем выше ω изменения U, приложенного к проводнику, тем больше величина ЭДС, наводимая в нем, следовательно, тем больше сопротивление, оказываемое проводником протекающему I. Это сопротивление XL не связано с потерями энергии, поэтому является реактивнымLL рис.1). При изменении I по синусоидальному закону наводимая ЭДС будет опр. формулой на рис.5.

Энергия МП, запасаемая катушкой определяется ф.8. Индуктивность короткого проводника определяется его размерами (ф. 16), здесь l -длина провода в см, d - диаметр провода в см. Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. В этом случае магнитный поток концентрируется и величина индуктивности возрастает (ф.7(1) и 17). где w - число витков, D - диаметр катушки в см, L0 - коэффициент, зависящий от отношения длины катушки l к ее диаметру D.

Для увеличения L применяют магнитные сердечники. Помещенный внутрь катушки сердечник концентрирует МП и тем самым увеличивает ее индуктивность (ф.7(2)). ЭДС катушки с сердечником описывается ф.3. Применение сердечников из магнитных материалов позволяет уменьшить число витков L и соответственно ее габариты. Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменять индуктивность. На рис.12 представлены разновидности сердечников: кольцевой (тороидальный- индуктивность определяется ф.18) (А), стержневой (Б) , броневой (Г), Ш-образный (В). Броневые сердечники состоят из двух чашек, изготовленных из карбонильного железа или ферритов. На высоких частотах (десятки-сотни МГц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь), при их введении индуктивность уменьшается.

Для уменьшения влияния ЭМП катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на L, ее располагают внутри металлического экрана. При помещении катушки в экран индуктивность катушки уменьшается и тем больше, чем меньше диаметр экрана.

Влияние температуры оценивают температурным коэффициентом (ф.10). Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается l и D каркаса, в результате чего изменяются шаг и d витков; кроме того, при изменении t изменяются ε материала каркаса, что ведет к изменению собственной емкости катушки.

Наличие паразитных эффектов ведет к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь r , которое определяет добротность катушки Q индуктивности (от 30 до 200) (рис.9). Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране. Потери в проводах: т.к. они обладают омическим сопротивлением; rп обмотки I~ возрастает с ростом f, что обусловлено поверхностным эффектом, суть которого состоит в том, что I протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения; в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и МП к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает I, принимает серповидный характер, что ведет к дополнительному возрастанию rп провода. Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует емкость. Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые I, потерь на гистерезис и начальных потерь. Для ↓ потерь на вихревые токи стальные сердечники электрических машин выполняются не из массивной стали, а из стальныхлистов толщиной 0,35-0,5 мм, изолируемых друг от друга или слоем лака, или тонкими бумажными листами.. С целью↓потерь на гистерезис для изготовления сердечников электрических машин применяется специальная электротехническая сталь.Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Т.о. суммарное r в L, определяющее ее Q, равно r= rп+ rд +rc + rэ (рис.9). Повышение Q достигается оптимальным выбором d провода, увеличением размеров L и применением сердечников с высокой μ и малым r.

Контурные L- используются с C для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и Q (рис.20 и 26).

Катушки связи. (рис.28) Эти катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т.д. К таким катушкам не предъявляются жесткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи (ф.19), где L1 и L2 - индуктивность связанных катушек, М - взаимная индуктивность между ними. Величина коэффициента связи зависит от расстояния между катушками, чем оно меньше, тем больше k.

Вариометры. (рис.27) Это такие катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединенных последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра.

Дроссели(рис.25). Это L, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты ИП от попадания в них ВЧ-сигналов. На НЧ они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Трансформаторами называются электромагнитные устройства, имеющие 2 или более индуктивно-связанных обмоток и предназначенные для изменения величины переменного напряжения (тока)(рис.14 и15). Состоит из ферромагнитного магнитопровода (сердечника) (рис.14А) и расположенных на нем обмоток. Обмотка, подключаемая к источнику преобразуемого напряжения, называется первичной, а обмотки, к которым подключены потребители электрической энергии, - вторичными(рис.15). Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.(ф. 4) При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i 1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь на магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них э. д. с. При подключении нагрузки Z н к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием Э.Д.С. ξ2 в цепи этой обмотки создается ток i 2 , а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U 2. В повышающих трансформаторах U 2 > U 1, а в понижающих — U 1 < U 2.

Величина ЭДС (В) первичной и вторичной обмоток определяются выражением на рис.3. Они связаны соотношением на рис.15, где величина k называется коэффициентом трансформации.

По назначению подразделяются на трансформаторы питания, согласующие и импульсные. Тр-ры питания применяются в блоках питания радиоустройств и служат для получения переменных напряжений, необходимых для нормального функционирования аппаратуры. Согласующие тр-рыпредназначены для изменения уровня U (I) электрических сигналов, несущих полезную информацию. Они позволяют согласовать источник сигналов с нагрузкой при минимальном искажении сигнала. Различают входные, межкаскадные и выходные трансформаторы. Входные трансформаторы включаются на входе усилительного устройства и согласуют выходное сопротивление источника сигналов, например микрофона, с входным сопротивлением усилителя. Межкаскадные трансформаторы согласуют выходное сопротивление предыдущего каскада с входным сопротивлением последующего. Выходные трансформаторы согласуют выходное сопротивление усилителя с внешней нагрузкой. Эти трансформаторы должны обеспечивать передачу большой мощности от усилителя в нагрузку.

Импульсные тр-ры предназначены для формирования и трансформации импульсов малой длительности. Основное требование- малые искажения формы трансформируемого импульса.

Трансформаторы разделяют на следующие основные виды:

1) силовые, применяемые в системах передачи и распределения электроэнергии; для установок со статическими преобразователями (ионными или полупроводниковыми) при преобразовании I~ в I=(выпрямители) или постоянного в переменный (инверторы); для получения требуемых U в цепях управления электроприводами и в целях местного освещения;

2) силовые специального назначения — печные, сварочные т. п.;

3) измерительные — для включения электрических измерительных приборов в сети высокого U или сильного I;

4) испытательные — для получения высоких и сверхвысоких U, необходимых при испытаниях на Епр электроизоляционных изделий;

5) радио трансформаторы — применяемые в устройствах радио- и проводной связи, в системах автоматики и телемеханики для получения требуемых напряжений, согласования сопротивлений электрических цепей, гальванического разделения цепей и др.

Трансформаторы одного и того же назначения могут различаться: по виду охлаждения — с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением; по числу трансформируемых фаз — однофазные и многофазные; по форме магнитопровода — стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные; по числу обмоток — двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и две или более вторичных обмоток); по конструкции обмоток — с концентрическими и чередующимися обмотками.

Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы тока и напряжения. Используются для подключения измерительных приборов в цепи высокого напряжения и больших токов. Выполняются двухобмоточными. Трансформатор напряжения – понижающий.К нему подключают вольтметры, цепи напряжения счетчиков и ваттметры, защитную аппаратуру, сопротивление которых во много раз превышает R обмоток трансформатора. Работает в режиме, близком ХХ.(рис. 23 б). Трансформатор тока –повышающий (рис.23а).Сопротивление амперметра мало, трансформатор работает в режиме КЗ. Размыкание цепи вторичной обмотки не допустимо, т.к. резко увеличивается магнитный поток в сердечнике, возрастают потери в нем, трансформатор может выйти из строя.

Трансформатор гальванической развязки (рис.24)пропускает сигнал неизменным. Используется для предотвращения поражения электрическим I. Без трансформатора один вывод источника тока соединяется с шасси прибора. Когда шасси удаляется из корпуса, появляется опасность поражения I. Трансформатор предотвращает эл. контакт с землей.

Автотрансформатор (рис.22)не обеспечивает гальванической развязки, используется для повышения и понижения напряжения. Недостаток – вторичная обмотка не изолирована от первичной (имеет лишь одну обмотку – обмотку высшего напряжения, а обмоткой низшего напряжения служит часть обмотки высшего напряжения), преимущество – дешевле и проще в изготовлении, выгодно использовать в тех случаях, когда k ≈ 1. При одной и той же полной мощности в сопротивлении нагрузки получается следующее соотношение между расчетными полными мощностями автотрансформатора РАТ и электротрансформатора РЭТ(см. ф. на рис.22) , то есть чем меньше различаются числа витков,тем выгоднее применять автотрансформатор.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.