Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника > Флэтора
Золотая квартира    

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника

cdcaed2a

Содержание

Катушку индуктивности применяют в колебательном контуре радиоприемника для обеспечения селективного приема сигналов с ограничением по частотному диапазону. Аналогичные по конструкции устройства (соленоиды) обеспечивают достаточные усилия для перемещения сердечника с подсоединенным приводом. На основе единых базовых принципов создают иные электронные схемы, датчики, преобразователи энергии. Выяснив, от чего зависит индуктивность, можно использовать полученные знания для успешного решения разных пpaктических задач.

Различные модификации катушки индуктивности

Что такое индуктивность

Этим термином обозначают зависимость, которая устанавливается между силой тока в проводнике (I) и созданным магнитным потоком (Ф):

L = Ф/ I.

С учетом базового определения несложно понять зависимость индуктивности от свойств окружающей среды, оказывающей влияние на распределение силовых линий. Определенное значение имеют размеры и конфигурация проводящего элемента.

Индуктивность подобна механической инерции. Только в данном случае речь идет о действиях с электрическими величинами. Этим коэффициентом хаpaктеризуют способность рассматриваемого компонента противодействовать изменению проходящего через него тока.

Самоиндукция

Индуктивность проводника

Если через замкнутый контур пропускать переменный ток, можно зарегистрировать с помощью простых экспериментов магнитное поле в окружающей среде. Изменение силовых параметров сопровождается появлением в цепи наведенной электродвижущей силы. Данное явление называют самоиндукцией.

Величину ЭДС можно вычислить по формуле:

Е = -L * (Δi/Δt).

Это выражение показывает зависимость напряжения от изменения тока за единицу времени. Поправочный коэффициент (L) обозначает особенности проводника (индукционной катушки). Знак «-» хаpaктеризует инерционные свойства явления.

При пропускании синусоидального сигнала следует учитывать отставание напряжения (векторное выражение) от тока на 90 градусов. Амплитуда будет прямо пропорциональна частоте (w):

E = L * I * w.

Влияние числа витков и способа намотки

Что такое дроссель

Катушка индуктивности – это спираль, созданная из проводящего материала. Рабочие параметры изделий будут зависеть от особенностей конструкции. Индуктивность увеличивают:

  • большим количеством витков на единицу длины;
  • укрупнением поперечного сечения;
  • установкой в центральной части сердечника с ферромагнитными хаpaктеристиками.
От чего зависит индуктивность катушки, примеры типовых решений

Индуктивность одновиткового контура и индуктивность катушки

Для расчета элементарной конструкции подойдет преобразованная первая формула:

Ф = L * I.

Если рассматривается катушка, это выражение трaнcформируют в суммарное выражение магнитных потоков (Ψ), образованных отдельными витками:

Ψ = n * Ф.

Аналогичным образом:

Ln = L1 * n.

В действительности для точных расчетов учитывают различия силовых линий в центральной части и на краях конструкции. Для коррекции применяют более сложные выражения.

Индуктивность соленоида

Достаточно длинная электрическая катушка формирует внутри параллельные силовые линии. Для создания равномерного распределения энергии необходимо применять проводник с толщиной намного меньше, по сравнению с диаметром поперечного сечения. Разумеется, необходимо установить одинаковое расстояние между отдельными витками.

Такую конструкцию называют соленоидом. Плотность магнитного потока (B) в центральной рабочей части будет зависеть прямо пропорционально от длины (l) и следующих параметров:

  • количества витков (N);
  • тока (i);
  • плотности намотки (n – число контуров на единицу длины);
  • площади поперечного сечения (S);
  • объема (V = S * l).

Ниже приведены основные формулы для вычислений при отсутствии сердечника с учетом магнитной постоянной (m0 ≈ 1,257 *10-6 Гн/ м):

  • В = m0 * N * (i/l) = m0 * n * I;
  • Ψ = m0 * N2 * (I * S/l) = m0 * n2 * i *V;
  • L = m0 * N2 * (S/l) = m0 * n2 * V.

Индуктивность тороидальной катушки (катушки с кольцевым сердечником)

Для вычисления индукции катушки с сердечником в представленные выше формулы добавляют корректирующий множитель «m». С учетом особой формы изделия необходимо сделать следующие изменения:

L = N2 * ((m0 * m * S)/2π * rL), либо L = N2 * ((m0 * m * h)/2π) * ln(R/r),

где:

  • 2π * rL – длина рабочего элемента со средним радиусом rL;
  • R (r) и h – наружный (внутренний) радиус и высота тора, соответственно.

Коэффициентом «m» учитывают относительный показатель магнитной проницаемости определенного материала к значению для нейтральной среды (вакуума). Если m намного больше единицы, допускается не учитывать искажения поля, которые создает толстый проводник.

Материал сердечника

Формула ЭДС индукции

Как и в предыдущем примере, для вычисления индукции катушки с сердечником в представленные выше формулы добавляют множитель относительной магнитной проницаемости «m»:

L = m0 * m * N2 * (S/l) = m0 * m * n2 * V.

С помощью этого коэффициента учитывают ферромагнитные свойства определенного материала.

Если для примера взять бесконечный (очень длинный) прямой провод с круглым сечением, то он будет обладать определенной индуктивностью:

L = (m0/2π) * l *(mc * ln(l/r) +1/4m,

где:

  • mc – магнитная проницаемость (относительная) среды;
  • r – радиус, который намного меньше длины (l) проводника.

Однако простые зависимости действуют только до определенной частоты. С определенного уровня волны малой длины начинают распространяться в поверхностной части проводников (скин-эффект). Дополнительно приходится учитывать влияние вихревых составляющих, экранирующих излучение и меняющих силовые параметры поля.

Современные магнитные материалы

Катушка будет работать в точном соответствии с расчетом, если правильно подобраны все функциональные компоненты конструкции. Как показано выше, существенное значение имеют параметры сердечника. Ниже отмечены важные особенности соответствующих материалов:

  • Сталь с низким содержанием примесей стоит недорого. Ее рекомендуется применять в цепях постоянного тока, так как при повышении частоты значительно увеличиваются потери.
  • В специальные сорта (трaнcформаторную сталь) добавляют кремний. Для уменьшения вредного влияния поверхностных эффектов сердечник собирают из пластин. Однако и такие решения не следует использовать при частоте более 1 кГц.
  • Сплавы из железа с никелем отличаются увеличенной магнитной проницаемостью. Рабочий диапазон – до 80-120 кГц.
  • Порошковые материалы создают со слоем диэлектрика на поверхностях отдельных микроскопических гранул. Они хорошо приспособлены для работы с высокочастотными сигналами, однако не обладают большой магнитной проницаемостью.
  • Ферриты – это материалы, созданные на основе керамических компонентов. Они отличаются хорошими техническими хаpaктеристиками, малыми потерями. Следует учитывать значительную зависимость от температуры, а также ухудшение рабочих параметров при длительной эксплуатации.
Измерение индуктивности катушки, созданной из медного провода на ферритовом сердечнике

Вариометр

Что такое катушка, показано выше на простых примерах. На пpaктике для обозначения однотипных групп применяют специфическую терминологию. Вариометром, например, называют деталь с переменной индуктивностью. В типовой конструкции применяют две катушки, установленные одна внутри другой. Необходимый результат получают регулировкой взаимного положения функциональных компонентов. Для перемещения применяют ручной привод или автоматизированный механизм с внешней схемой управления.

К сведению. Не следует путать определения. Мультипликаторная катушка, например, – это приспособление для рыбной ловли. Такое устройство будет обладать индуктивностью при наматывании лески из проводящего материала. Однако в радиотехнических схемах подобные устройства не используют.

Мультипликаторные катушки

Особенности других конструкций:

  • Дроссель обеспечивает высокое сопротивление цепи переменному току, поэтому такой пассивный индуктивный элемент часто применяют для создания фильтров. При подключении к сети питания 220В/ 50 Гц используют железные сердечники. При повышении частоты – ферритовые аналоги.
  • Контурные катушки магнитные устанавливают в комбинации с конденсаторами для создания схем с определенной полосой пропускания.
  • Электрическим реактором называют крупные конструкции, которые применяют в силовых сетях.
  • Сдвоенные катушки применяют для разделения цепей по постоянной составляющей.
Токовый реактор ограничивает сильный ток, предотвращает развитие аварийной ситуации при КЗ

Выше отмечены типовые области применения элементов с индуктивными хаpaктеристиками. Они пригодны для создания фильтров, ограничения тока и разделения цепи прохождения постоянных и переменных составляющих сигнала. Магнитное поле катушки с током распространяется в прострaнcтве. Чтобы предотвратить паразитное воздействие, отдельные компоненты размещают на достаточном расстоянии.

Видео




Сетевые шнуры для питания системного блока и монитора компьютера

Как правильно выбрать кабель питания для компьютера и монитора: критерии выбора и на что обратить внимание. Основные хаpaктеристики сетевых шнуров для системных блоков: длина, тип вилки, цвет. Что зависит от качества сетевого кабеля для ПК....

17 01 2022 9:24:26

Счетчик электроэнергии старого образца

Счетчик электроэнергии старого образца Счётчики старого и нового образца их отличие. Типы устаревших счётчиков. Для начала нужно разобраться какие, вообще, бывают счётчики....

16 01 2022 11:25:53

Расчет вектора магнитных индукций: связь магнитного потока и ВМИ

Расчет вектора магнитных индукций: связь магнитного потока и ВМИ Определение магнитного поля. Наглядное отображение линий (векторов) магнитной индукции. Магнитная индукция: определение вектора (направления) и сил взаимодействия катушек с электротоком по формуле. Определение магнитных потоков....

15 01 2022 7:55:44

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества

Светодиодные светильники потолочного типа встраиваемые, накладные и подвесные нашли применение для освещения площадей офисных помещений....

14 01 2022 12:56:11

Что такое аналоговые сигналы: чем отличаются от цифровых и общая информация

Определение аналогового сигнала. Аналоговый сигнал: достоинства и недостатки. Цифровой и декретный сигналы. Как хаpaктеризуется дискретная передача информации. Основные отличия аналоговых и цифровых методов передачи....

13 01 2022 12:53:19

О документе ПОТ РМ 016 2001: межотраслевые правила от 2001 года

О документе ПОТ РМ 016 2001: межотраслевые правила от 2001 года Межотраслевые правила охраны труда от 2001 года ( П О Т Р М 016 2001). Общие положения. Организационные и технические мероприятия. Отдельные виды работ. Испытательные и измерительные процедуры....

12 01 2022 12:16:59

Индукционный счетчик электроэнергии: принцип работы, конструкция

Индукционный счетчик электроэнергии: принцип работы, конструкция Индукционный счетчик это устройство для контроля потребления электроэнергии, мы расскажем о принципе его работы и основных плюсах и недостатках....

11 01 2022 9:57:47

Светильник-ночник: классификация, особенности для оформления детской

Светильник-ночник: классификация, особенности для оформления детской Ночник – источник света, который служит декором интерьера и применяется для освещения в ночное время гостиных, спален, детских комнат....

10 01 2022 19:14:17

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление Принцип действия терморезистора. Виды и особенности конструкции терморезисторов, технические характеристики. Отличие позисторов от термисторов. Терморезистор: области применения, преимущества и недостатки....

09 01 2022 0:48:43

О постоянных магнитах: назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов

О постоянных магнитах: назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов Природа магнетизма: демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов. Виды магнитов: естественные и искусственные. Применение постоянных магнитов....

08 01 2022 11:10:36

Как снять показания с электросчетчика Нева-МТ-324: особенности и техника безопасности

Как снять показания с электросчетчика Нева-МТ-324: особенности и техника безопасности Назначение и применение электрического счетчика Нева М Т 324. Технические характеристики электросчетчика Нева- М Т324. Снятие показаний со счетчиков Нева- М Т-324. Техника безопасности при работе с электросчетчиком Нева М Т324....

07 01 2022 5:12:59

Технические характеристики и разновидности стабилизаторов напряжения Ресанта

Технические характеристики и разновидности стабилизаторов напряжения Ресанта Стабилизатор бытовой: классификация. Электронные или цифровые устройства релейного типа. Маркировка стабилизаторов напряжения Ресанта. Технические характеристики моделей. Советы при выборе автоматического стабилизатора для дома....

06 01 2022 2:26:28

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Полезная мощность: какую энергию называют полезной, по какой формуле она высчитывается. Потери внутри источника питания и внутреннее сопротивление. Энергия Р и КПД. Коэффициент полезного действия нагрузки. Измерение мощности источника тока....

05 01 2022 7:15:22

Подключение выключателя с реостатом (плавной регулировкой яркости света)

Подключение выключателя с реостатом (плавной регулировкой яркости света) Методы регулировки освещенности: реостатный или симисторный. Две группы выключателей с регулировкой яркости по конструктивному исполнению. Разновидности комнатных светорегуляторов. Типы используемых в выключателях с регулятором яркости ламп....

04 01 2022 15:46:40

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....

03 01 2022 4:26:10

Все о генераторах: от первого электрического генератора до современных устройств

Все о генераторах: от первого электрического генератора до современных устройств Принцип работы электрогенератора. Классификация генераторов: стационарные и мобильные устройства. Что такое генератор. Сфера применения устройств. Виды бытовых генераторов переменного тока: газовые, бензиновые и дизельные....

02 01 2022 16:36:57

Светодиодное освещение дома: особенности, правила, фото

Светодиодное освещение дома: особенности, правила, фото Способы освещения светодиодными источниками света загородных домов, частных домов из дерева, придомовой территории, а также многоквартирных домов....

01 01 2022 16:53:40

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы Конструкция лампочек накаливания и светодиодных источников освещения. Методы отделения цоколей разных ламп. Дальнейшее применение колб и цоколей. Ремонт светодиодной лампы. Декоративное применение колбы лампы накаливания....

31 12 2021 13:34:30

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости

Виды электролитических конденсаторов: алюминиевые, танталовые, ниобиевые. Преимущества и недостатки конденсаторных установок использующих электролитические пусковые конденсаторы переменной емкости. Конструкция электролитического конденсатора переменной емкости....

30 12 2021 15:13:58

Схема лабораторного БП: от простейшего до мощного с легкой регулировкой

Изготовление лабораторного блока питания своими руками. Простое устройство и регулируемые БП. Схема двухполярного блока. Советы по оформлению корпуса блоков питания....

29 12 2021 8:10:50

Назначение приказов о созданиях комиссий для проверки знаний по электробезопасности

Организация комиссии по проверке знаний по электробезопасности. Типы и регулярность проверок. Главные требования и основные правила по созданию комиссий для проверки знаний по электробезопасности....

28 12 2021 6:55:56

Управление светодиодными лентами

Управление светодиодными лентами Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света....

27 12 2021 2:26:18

Резонансный трансформатор или трансформатор Тесла

Резонансный трансформатор или трансформатор Тесла Принцип действия трансформатора резонансного. Виды вырабатываемых разрядов. Простейшая схема м влияние данного устройства на здоровье человека....

26 12 2021 6:26:23

Виды кабельных стяжек для крепления проводов: преимущества и недостатки

Требования, предъявляемые к бандажам. Классификация кабельных стяжек: по материалу изготовления, по возможности многоразового использования. Кабельная стяжка: виды замковых систем для одноразовой стяжки....

25 12 2021 1:20:51

Неоновые лампы и источники света: подключение, преимущества, подсветка

Неоновые лампы и источники света: подключение, преимущества, подсветка Неоновая лампа – источник света, который применяют для подсветки помещений, создания рекламы, индикации вычислительной техники и т.д....

24 12 2021 17:56:13

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками Что такое флюс для пайки: его предназначение и способы использования. Разновидности паяльных флюсов: активные, бескислотные, активизированные и антикоррозийные. Правила применения флюса при пайки. Самостоятельное изготовление....

23 12 2021 13:24:39

Аварийное освещение - требования пожарной безопасности

Аварийное освещение - требования пожарной безопасности Аварийное освещение обязательная часть мер безопасности для снижения рисков в случаях нарушении рабочего цикла или возникновении пожара....

22 12 2021 0:49:52

О проходных выключателях: особенности квартирного проходного выключателя

О проходных выключателях: особенности квартирного проходного выключателя Устройство и разновидности проходных выключателей. Схемы подключения проходного выключателя в квартире и загородном доме. Проходной выключатель: монтаж своими силами....

21 12 2021 2:30:32

Кронштейн для спутниковой антенны на стену дома или для дачи

Внешний кронштейн для антенны на дачу или для стены дома. Крепеж для тв антенны на крышу...

20 12 2021 2:19:24

Установка многоклавишного выключателя с розеткой

Установка многоклавишного выключателя с розеткой: выключатель, без розетки или с ней, применяется в случае если нужно им включить одну группу освещения....

19 12 2021 18:13:31

Сенсорный выключатель: принцип действия, схема подключения

Принцип действия сенсорных выключателей, их применение и типы. Схемы на полупроводниковых приборах. Преимущество эксплуатации таких выключателей....

18 12 2021 4:30:28

Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды

Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды Определение положительно и отрицательно заряженного электрода. Применение катода и анода в теории и практике. Применение в электрохимии. Использование катодов и анодов в вакуумных электронных приборах. Маркировки....

17 12 2021 3:34:49

Качество электрической энергии дома - анализируем и изучаем показатели

Показатели качества электрической энергии, средства измерения и принцип их действия можно освоить самому! А так же понять зачем это нужно....

16 12 2021 14:49:33

Нормы освещенности уличного освещения: особенности, правила

Нормы освещенности уличного освещения: особенности, правила Освещение дорог позволяет обезопасить человека. Показатели зависят от категории объекта, яркости дорожного покрытия и количества движущего транспорта....

15 12 2021 8:37:50

Как использовать нагрузочную вилку для проверки аккумулятора

Как использовать нагрузочную вилку для проверки аккумулятора Зачем проверять А К Б. Что проверить перед оценкой состояния аккумулятора. Что такое нагрузочная вилка: особенности применения. Порядок проверки аккумулятора с помощью нагрузочной вилки. Параметры (таблица) для оценки годности батареи....

14 12 2021 0:44:51

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку Что такое дюбель-хомут: применение, разновидности и особенности монтажа электропроводки. Как крепить кабеля без сверления: классификация крепежа. Способы крепления кабеля к стене или потолку с помощью металлического хомута....

13 12 2021 13:34:13

Измерение удельного сопротивления проводника: от чего зависит и единицы измерения

Определение удельного и электрического сопротивлений. Об удельной проводимости и удельном сопротивлении. Удельное сопротивление в физике и электротехнике. Классификация материалов. Определение удельной проводимости: формула через площадь поперечного сечения....

12 12 2021 17:17:52

Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы

Разные виды мощности и единицы измерения мощностей. Механическая мощность: формула, мгновенный и средний расчет силы. Что называется механической мощностью. Приборы для измерения мощности....

11 12 2021 13:14:28

Индикатор короткозамкнутых витков своими руками: почему коротит

Индикатор короткозамкнутых витков своими руками: почему коротит Почему в проводах и контактах происходит короткое замыкание. Что такое короткозамкнутый виток. Причины и устранение коротких замыканий в кабелях и соединениях. В каких случаях коротит скрытая проводка. Короткие замыкания: как найти и внешние признаки....

10 12 2021 6:15:26

Назначение и классификация полупроводниковых диодов: технические хаpaктеристики

Электрическая структура и схема диода. Классификация и маркировка диодов. Полупроводниковые диоды: преимущества непосредственного включения в схему. Выпрямительный полупроводниковый диод: принцип работы выпрямителя....

09 12 2021 11:34:52

Использование тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

Использование тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство Определение и классификация тензометров: различие в тензометрах в зависимости от принципа действия. Тензометр: механическое оборудование и электрические приборы. Струнные и оптические тензометры....

08 12 2021 9:18:48

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Принцип работы электродвигателя. Электродвигатели постоянного и переменного тока. Линейный электродвигатель. Использование электромоторов переменных токов в однофазной сети. Упрощения запуска электрического двигателя. Формула мощности трехфазного двигателя....

07 12 2021 5:19:40

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель

Как подключить два телевизора к одной антенне: виды подключения к активной или пассивной антенне. Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне. Можно ли к активной антенне подключить усилитель....

06 12 2021 20:26:56

Программа СПЛАН: платные и бесплатные версии SPLANa, возможности, плюсы и минусы

Что такое SPLAN: назначение программы. Платные и бесплатные версии Сплана. Splan библиотеки: как пользоваться. Функции настройки библиотек в программе СПЛАН. Создание новой библиотеки....

05 12 2021 8:13:20

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий Какие требования должны быть учтены при оформлении и организации освещения подъездов, подвалов и придомовых территорий многоквартирных зданий....

04 12 2021 19:15:39

Определение и использование эффекта Холла: аномальный, квантовый и спиновый эффекты

Происхождение эффекта Холла, виды его проявления. Направление Лоренцовой силы. Определение напряжения Холла. Как можно использовать эффект Холла. Эдвин Герберт Холл: небольшая историческая справка....

03 12 2021 15:30:56

Об автоматическом пpeдoxpaнителе (автомате): замена пробочных пpeдoxpaнителей на автомат

Что представляет собой устройство автоматический пpeдoxpaнитель. Особенности выбора автоматического выключателя. Замена автомата в щите. Автоматический выключатель: преимущества перед пробковыми пpeдoxpaнителями....

02 12 2021 8:56:30

Таблица билетов с ответами по электробезопасности в зависимости от группы допуска

Таблица билетов с ответами по электробезопасности в зависимости от группы допуска Составление билетов с типовыми вопросами. Таблица билетов с ответами по электробезопасности. Порядок сдачи экзамена по электробезопасности в зависимости от группы....

01 12 2021 8:27:37

О счетчике двухтарифном: правила установки выгодного электросчетчика

Что такое счетчик двухтарифный: принцип работы прибора. Монтаж счетчика двухтарифного: уполномоченные организации. Преимущества и недостатки прибора. Разновидности конструкций. Подключение двухтарифных приборов учета....

30 11 2021 5:47:22

Рейтинг производителей автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ)

Особенности выбора автомобильной аккумуляторной батареи. Выбор АКБ по параметрам двигателя автомобиля. Параметры разрядки, габариты, дата выпуска аккумулятора. Производители аккумуляторных батарей. Рейтинг лучших автомобильных аккумуляторов....

29 11 2021 18:58:40

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::