Cewki indukcyjne

Induktory umożliwiają magazynowanie energii elektrycznej w polu magnetycznym. Typowe zastosowania to filtry wygładzające i różne obwody selektywne.

Charakterystyki elektryczne cewek indukcyjnych są określone przez ich konstrukcję, właściwości materiału rdzenia magnetycznego i jego konfigurację, liczbę zwojów cewki.

Poniżej znajdują się główne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze induktora:

a) wymagana wartość indukcyjności (H, mH, mkГ-n. nHn),

b) maksymalny prąd cewki. Wysoki prąd jest bardzo niebezpieczny ze względu na nadmierne nagrzewanie, które uszkadza izolację uzwojeń. Dodatkowo przy zbyt dużym prądzie może dojść do nasycenia obwodu magnetycznego strumieniem magnetycznym, co doprowadzi do znacznego zmniejszenia indukcyjności,

(c) dokładność indukcyjności,

d) współczynnik temperaturowy indukcyjności,

e) stabilność określona przez zależność indukcyjności od czynników zewnętrznych,

f) rezystancja czynna drutu nawojowego,

g) Współczynnik Q cewki. Zwykle definiuje się ją przy częstotliwości roboczej jako stosunek rezystancji indukcyjnej i czynnej,

h) zakres częstotliwości cewki.

Induktory RF są obecnie produkowane dla stałych wartości częstotliwości z indukcyjnościami od 1 μH do 10 mH. Do strojenia obwodów rezonansowych pożądane jest posiadanie cewek z regulowaną indukcyjnością.

Jednowarstwowe cewki indukcyjne z otwartym obwodem magnetycznym są stosowane w obwodach strojenia instrumentów.

Wielowarstwowe otwarte uzwojenia obwodu magnetycznego są stosowane w filtrach i transformatorach wysokiej częstotliwości. Wielowarstwowe dławiki zbrojone z rdzeniem ferrytowym stosowane są w filtrach dolno- i średnioprzepustowych oraz transformatorach, a podobne uzwojenia, ale z rdzeniem stalowym, stosowane są w dławikach wygładzających i filtrach dolnoprzepustowych.

Formuły induktora

Główne zależności aproksymacyjne stosowane w projektowaniu cewek indukcyjnych są następujące.

1. Parametry cewek jednowarstwowych, w których stosunek długości do średnicy jest większy niż 5, definiuje się jako

gdzie L — indukcyjność, μH, M — liczba zwojów, d — średnica cewki, cm, l — długość uzwojenia, zob.

2. Parametry cewek wielowarstwowych, w których stosunek średnicy do długości jest większy od 1, definiuje się jako

gdzie L — indukcyjność, μH, n — liczba zwojów, dm — średnia średnica cewki, cm, e — grubość cewki, zob.

Jedno- i wielowarstwowe cewki z otwartym ferrytowym obwodem magnetycznym będą miały indukcyjność od 1,5 do 3 razy większą, w zależności od właściwości i konfiguracji rdzenia. Rdzeń mosiężny umieszczony zamiast rdzenia ferrytowego. zmniejszy indukcyjność nawet o 60-90% w porównaniu do jego wartości bezrdzeniowej.

Rdzeń ferrytowy może być użyty do zmniejszenia liczby zwojów przy zachowaniu tej samej indukcyjności.

Przy produkcji cewek o indukcyjności od 100 μH do 100 mH dla niskich i średnich częstotliwości zaleca się stosowanie rdzeniowych ferrytowych rdzeni pancernych serii KM. W tym przypadku obwód magnetyczny składa się z dwóch ustawionych obok siebie kubków, do których przymocowana jest jednosekcyjna cewka, dwa wsporniki mocujące oraz drążek regulacyjny.

Wymaganą indukcyjność i liczbę zwojów można obliczyć ze wzorów

gdzie N to liczba zwojów, L — indukcyjność, nH, Al — współczynnik indukcyjności, nH/wit.

Należy zawsze pamiętać, że przed obliczeniem indukcyjności należy określić liczbę zwojów, które mogą zmieścić się na danej cewce.

Im mniejsza średnica drutu, tym większa liczba zwojów, ale tym większa rezystancja drutu i oczywiście jego nagrzewanie z powodu uwolnionej mocy równej Az2R... Wartość skuteczna prądu cewki nie powinna przekraczać 100 mA dla drutu o średnicy 0,2 mm. 750 mA — dla 0,5 mm i 4 A — dla 1 mm.

Małe notatki i wskazówki

Indukcyjność uzwojeń z rdzeniem stalowym maleje bardzo szybko wraz ze wzrostem prądu stałego w uzwojeniu. Należy to wziąć pod uwagę zwłaszcza przy projektowaniu filtrów wygładzających zasilanie.

Maksymalny prąd induktora zależy od temperatury otoczenia i pozwala żonom zmniejszać się wraz ze wzrostem. Dlatego, aby zapewnić niezawodną pracę urządzenia, należy zapewnić dużą rezerwę prądu.

Ferrytowe rdzenie toroidalne są skuteczne do produkcji filtrów i transformatorów powyżej 30 MHz. W tym przypadku uzwojenia składają się tylko z kilku zwojów.

Gdy używany jest dowolny rodzaj drutu, część linii pola magnetycznego jest zamknięta nie wzdłuż obwodu magnetycznego, ale przez przestrzeń wokół niego. Efekt ten jest szczególnie wyraźny w przypadku otwartych obwodów magnetycznych. Należy pamiętać, że te rozproszone pola magnetyczne są źródłem zakłóceń, dlatego rdzenie należy umieścić w sprzęcie w taki sposób, aby w jak największym stopniu zredukować te zakłócenia.

Cewki indukcyjne mają pewną pasożytniczą pojemność, która tworzy obwód oscylacyjny w połączeniu z indukcyjnością cewki. Częstotliwość rezonansowa takiego obwodu dla różnych typów cewek indukcyjnych może wynosić od 20 kHz do 100 MHz.