Що таке котушка індуктивності і для чого вона потрібна

Котушки індуктивності знайшли широке застосування в електротехніці як накопичувач енергії, коливальних контурів, обмеження струму. Тому їх можна зустріти скрізь, починаючи з портативної електроніки, закінчуючи підстанціями як гігантських реакторів. У цій статті ми розповімо, що це така котушка індуктивності, а також який у неї принцип роботи та багато іншого.

Визначення та принцип дії

Котушка індуктивності - це котушка змотанного у спіраль або іншу форму ізольованого провідника. Основні особливості та властивості: висока індуктивність при низькій ємності та активному опорі.

Вона накопичує енергію у магнітному полі. На малюнку нижче ви бачите її умовне графічне позначення на схемі (УДО) у різних видах та функціональних призначеннях.

Вона може бути із сердечником і без нього. При цьому із сердечником індуктивність буде в рази більша, ніж якщо його немає. Від матеріалу, з якого виготовлено сердечник, також залежить величина індуктивності. Серце може бути суцільним або розімкненим (із зазором).

Нагадаємо один із законів комутації:

  • Струм в індуктивності не може змінитися миттєво.

Це означає, що котушка індуктивності - це свого роду інерційний елемент електричного ланцюга (реактивний опір).

Давайте поговоримо, як працює цей пристрій? Чим більша індуктивність, тим більше зміна струму відставатиме від зміни напруги, а в ланцюгах змінного струму - фаза струму відставатиме від фази напруги.

У цьому полягає принцип роботи котушок індуктивності – накопичення енергії та затримування фронту наростання струму в ланцюгу.

З цього ж випливає і наступний факт: при розриві в ланцюзі з високою індуктивністю напруга на ключі підвищується і утворюється дуга, якщо напівпровідниковий ключ - відбувається його пробою. Для боротьби з цим використовуються снабберні ланцюги, найчастіше з резистора та конденсатора, встановленого паралельно ключу.

Види та типи котушок

Залежно від сфери застосування та частоти ланцюга може відрізнятись конструкція котушки.

За частотою можна умовно поділити на:

  • Низькочастотні. Приклад - дросель люмінесцентної лампи, трансформатор (кожна обмотка є котушкою індуктивності), реактор, фільтри електромагнітних перешкод. Сердечники найчастіше виконуються з електротехнічної сталі, для ланцюгів змінного струму з листів (шихтований сердечник).

  • Високочастотні. Наприклад, контурні котушки радіоприймачів, котушки зв'язку підсилювачів сигналу, накопичувальні і дроселі, що згладжують імпульсних блоків живлення. Їх сердечник виготовляють зазвичай із фериту.

Конструкція відрізняється залежно від характеристик котушки, наприклад, намотування може бути одношаровим і багатошаровим, намотаним витоком до витка або з кроком. Крок між витками може бути постійним або прогресивним (що змінюється по довжині котушки). Спосіб намотування та конструкція впливають на кінцеві розміри виробу.

Окремо варто розповісти про те, як улаштована котушка зі змінною індуктивністю, їх ще називають варіометри. На практиці можна зустріти різні рішення:

  • Сердечник може рухатися щодо обмотки.
  • Дві обмотки розташовані на одному осерді і з'єднані послідовно, при їх переміщенні змінюється взаємоіндукція та індуктивний зв'язок.
  • Самі витки для налаштування контуру можуть розсуватися або звужуватися наближаючись один до одного (чим щільніше намотування – тим більша індуктивність).

І так далі. У цьому рухома частина називається ротором, а нерухома — статором.

За способом намотування бувають також різними, наприклад, фільтри з зустрічним намотуванням пригнічують перешкоди з мережі, а намотані в один бік (узгоджена намотування) пригнічують диференціальні перешкоди.

Навіщо потрібні і які бувають

Залежно від того, де застосовується котушка індуктивності та її функціональних особливостей, вона може називатися по-різному: дроселі, соленоїди та інше. Давайте розглянемо, які бувають котушки індуктивності та їх сферу застосування.

Дроселі. Зазвичай так називаються пристрої для обмеження струму, область застосування:

  • У пускорегулюючій апаратурі для розпалювання та живлення газорозрядних ламп.

  • Для фільтрації перешкод. У блоках живлення - фільтр електромагнітних перешкод із здвоєним дроселем на вході комп'ютерного БП, зображений на фото нижче. Також використовується в акустичній апаратурі та інше.

  • Для фільтрації певних частот або смуги частот, наприклад, акустичних системах (для поділу частот за відповідними динаміками).
  • Основа імпульсних перетворювачах — накопичувач енергії.
  • Струмообмежувальні реактори - використовуються для обмеження струмів короткого замикання на ЛЕП.

Примітка: у дроселів та реакторів має бути низький активний опір для зменшення їх нагріву та втрат.

Контурні котушки індуктивності. Використовуються в парі з конденсатором у коливальному контурі. Резонансна частота підбирається під частоту прийому або передачі радіозв'язку. У них має бути висока добротність.

Варіометри. Як було сказано — це настроювані або змінні котушки індуктивності. Найчастіше використовуються в тих же коливальних контурах для точного налаштування частоти резонансу.

Соленоїд - так називається котушка, довжина якої значно більша за діаметр. Таким чином, усередині соленоїда утворюється рівномірне магнітне поле. Найчастіше соленоїди використовують для здійснення механічної роботи — поступального руху. Такі вироби називають електромагнітами.

Розглянемо де використовуються соленоїди.

Це може бути активатор замку в автомобілі, шток якого втягується після подачі на напругу соленоїда, і дзвінок, і різні виконавчі електромеханічні пристрої типу клапанів, вантажопідйомні магніти на металургійних виробництвах.

У реле, контакторах та пускачах соленоїд також виконує функцію електромагніту для приводу силових контактів. Але в цьому випадку його частіше називають просто котушка або обмотка реле (пускача, контактора відповідно), як виглядає на прикладі малогабаритного реле ви бачите нижче.

Рамкові та кільцеві антени. Їхнє призначення — передача радіосигналу. Використовуються в іммобілайзерах автомобілів, металодетекторах та для бездротового зв'язку.

Індукційні нагрівачі, тоді вона називається індуктором, замість сердечника поміщають тіло, що нагрівається (зазвичай метал).

Основні параметри

До основних характеристик котушки індуктивності можна віднести:

  1. Індуктивність.
  2. Силу струму (для підбору відповідного елемента під час ремонту та проектування це потрібно враховувати).
  3. Опір втрат (у проводах, сердечнику, в діелектриці).
  4. Добротність – ставлення реактивного опору до активного.
  5. Паразитна ємність (ємність між витками, кажучи простою мовою).
  6. Температурний коефіцієнт індуктивності – зміна індуктивності при нагріванні чи охолодженні елемента.
  7. Температурний коефіцієнт добротності.

Маркування

Для позначення номіналу котушки індуктивності використовують буквене або кольорове маркування. Є два види буквеного маркування.

Позначення у мікрогенрі.

Набір літер і цифр. Літера r – використовується замість десяткової коми, літера в кінці позначення означає допуск: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М = ±20%.

Колірне маркування можна розпізнати аналогічно такою на резисторах. Скористайтеся таблицею, щоб розшифрувати кольорові смуги чи кільця на елементі. Перше кільце іноді роблять ширше за інших.

На це ми і закінчуємо розглядати, що являє собою котушка індуктивності, з чого вона складається і навіщо потрібна. Насамкінець рекомендуємо подивитися корисне відео на тему статті:

Матеріали на тему:

Ви не маєте права надсилати коментарі