Pro vytvoření magnetického pole a vyhlazení rušení a impulsů v něm se používají speciální akumulační prvky. Induktory ve střídavých a stejnosměrných obvodech se používají k uložení určitého množství energie a omezení elektřiny.
Design
Hlavním účelem induktorů GOST 20718-75 je akumulace elektrické energie v magnetickém poli pro akustiku, transformátory atd. Používají se pro vývoj a konstrukci různých selektivních obvodů a elektrických zařízení. Jejich funkčnost, velikost a oblast použití závisí na designu (materiálu, počtu otáček), přítomnosti rámu. Zařízení se vyrábí v továrnách, ale můžete si je vyrobit sami. Domácí prvky jsou ve spolehlivosti poněkud nižší než ty profesionální, ale jsou několikrát levnější.
Foto - schémaRám induktoru je vyroben z dielektrického materiálu. Kolem něj je navinutý izolovaný vodič, který může být buď jednožilový, nebo vícežilový. V závislosti na typu vinutí jsou to:
- Spirála (na feritovém prstenci);
- Šroub;
- Šroubová spirála nebo kombinovaná.
Pozoruhodný rys induktoru pro elektrická schémata spočívá v tom, že může být navíjen buď ve více vrstvách, nebo jednotně, tj. s odřezky.Pokud je použit silný vodič, lze prvek navinout bez rámu, pokud je tenký, tak pouze na rámu. Tyto rámy induktorů se dodávají v různých průřezech: čtvercové, kulaté, obdélníkové. Výsledné vinutí lze vložit do speciálního pouzdra jakéhokoli elektrického zařízení nebo použít otevřeně.
Foto - návrh domácího prvku Jádra se používají ke zvýšení indukčnosti. V závislosti na účelu prvku se použitý materiál tyče liší:
- S feromagnetickými a vzduchovými jádry se používají při vysokých proudových frekvencích;
- Ocelové se používají v prostředí s nízkým napětím.
Na základě principu činnosti existují následující typy:
- Obrys. Používají se hlavně v radiotechnice k vytváření oscilačních obvodů na deskách a spolupracují s kondenzátory. Připojení používá sériové připojení. Tento moderní verze plochá obrysová Tesla cívka;
- Variometry. Jedná se o vysokofrekvenčně laditelné cívky, jejichž indukčnost lze v případě potřeby řídit pomocí přídavných zařízení. Představují spojení dvou samostatných cívek, z nichž jedna je pohyblivá a druhá ne;
- Dvojité a ladící tlumivky. Hlavní charakteristiky těchto cívek: nízká odolnost proti stejnosměrnému proudu a vysoká odolnost proti střídavému proudu. Tlumivky jsou vyrobeny z několika cívek spojených vinutím. Často se používají jako filtr pro různá rádiová zařízení, instalované pro kontrolu rušení v anténách atd.;
- Komunikační transformátory. Jejich designový prvek je, že dvě nebo více cívek jsou instalovány na jedné tyči. Používají se v transformátorech k zajištění specifického spojení mezi jednotlivými součástmi zařízení.
Označení induktorů je určeno počtem závitů a barvou pouzdra.
Foto – značení Princip fungování
Schéma činnosti aktivních induktorů je založeno na skutečnosti, že každý jednotlivý závit vinutí se protíná s magnetickými siločárami. Tento elektrický prvek je nezbytný pro extrakci elektrická energie ze zdroje energie a její přeměna na její uložení ve formě elektrického pole. Pokud tedy obvodový proud vzroste, magnetické pole se rozšíří, ale pokud se sníží, pole se bude vždy smršťovat. Tyto parametry také závisí na frekvenci a napětí, ale obecně zůstává účinek nezměněn. Zapnutí prvku způsobí fázový posun proudu a napětí.
Foto - princip fungování Kromě toho mají indukční (rámové a bezrámové) cívky vlastnost samoindukce, její výpočet se provádí na základě údajů nominální sítě. Ve vícevrstvých a jednovrstvých vinutích vzniká napětí opačné k napětí elektrického proudu. Toto se nazývá EMF, určení elektromotorické magnetické síly závisí na hodnotách indukčnosti. Lze jej vypočítat pomocí Ohmova zákona. Stojí za zmínku, že bez ohledu na síťové napětí se odpor v induktoru nemění.
Foto - zapojení jednotlivých vývodů prvků Souvislost mezi indukčností a konceptem (změnou) emf lze nalézt pomocí vzorce ε c = – dФ/dt = – L*dI/dt, kde ε je hodnota samoindukce emf. A pokud je rychlost změny elektrické energie rovna dI/dt = 1 A/c, pak L = ε c.
Video: výpočet induktoru
Výpočet
Vzorec – vzorec oscilačního obvoduKde L je samotný prvek, který akumuluje magnetickou energii.
Současně se doba volných kmitů tohoto obvodu vypočítá jako:
Vzorec – perioda volných kmitů Kde C je kondenzátor, reaktivní prvek obvodu, který uchovává elektrickou energii v určitém obvodu. Velikost indukční reaktance v takovém obvodu se vypočítá jako X L = U/I. Zde X je kapacita. Při výpočtu rezistoru jsou do příkladu vloženy hlavní parametry tohoto prvku.
Indukčnost solenoidu je určena vzorcem:
Vzorec - indukčnost cívky elektromagnetuÚroveň indukčnosti má navíc určitou závislost na teplotě na desce. Paralelní spojení více dílů, změny hustoty a velikosti závitů vinutí a další parametry ovlivňují základní vlastnosti tohoto prvku.
Foto – teplotní závislost Chcete-li zjistit parametry induktoru, můžete použít různé metody: měřit multimetrem, testovat osciloskopy, kontrolovat samostatně ampérmetrem nebo voltmetrem. Tyto možnosti jsou velmi výhodné, protože jako reaktivní prvky používají kondenzátory, jejichž elektrické ztráty jsou velmi malé a nemusí být ve výpočtech zohledněny. Někdy se používá, aby se zjednodušil úkol speciální program výpočet a měření požadovaných parametrů. To umožňuje výrazně zjednodušit výběr potřebných prvků pro obvody.
Tlumivky (SMD 150 μH a další) a vodiče pro jejich vinutí zakoupíte v každém elektroprodejně, jejich cena se pohybuje od 2 USD do několika desítek.
Pokus o předělání regenerátoru baterie (regenerační rádiový přijímač) na lampě 2K2M pro krátkovlnný rozsah (HF, SW). Je popsán a znázorněn výpočet a výroba induktoru pro HF řadu. Krátce vám také řeknu, jak se přijímač chová s novou cívkou a co se změnilo.
Předmluva
Tento rádiový přijímač byl postaven na elektronce 2K2M a přijímal vysílací stanice v rozsahu CB (střední vlny), MW (střední vlny) a DV (dlouhé vlny), LW (dlouhé vlny). Později jsem dostal nápad zkusit to předělat na rozsah HF (krátké vlny), SW (krátké vlny).
Analýza a příprava
Po prohlédnutí několika schémat krátkovlnných regenerativních rádiových přijímačů, kde je také použita komunikační cívka, jsem došel k závěru, že pro experiment by stačilo vyrobit novou smyčkovou tlumivku.
Rádiová elektronka 2K2M může pracovat na frekvencích až 25 MHz, takže ji můžete klidně opustit, aniž byste ji měnili na vyšší frekvenci.
Co bylo trochu matoucí, byla kapacita obvodu CPE (variabilní kondenzátor), pohybuje se v rozmezí 20-400 pF, což je pro KV rozsah trochu moc jak pro minimální, tak pro maximální hodnoty. Nebylo v plánu měnit KPI, protože vše již dobře sedí na šasi, jediným nápadem bylo pokusit se mírně zúžit jeho kapacitu zapojením kondenzátoru o nějaké kapacitě do série.
Celkovou kapacitu dvou sériově zapojených kondenzátorů lze vypočítat pomocí vzorce:
C celkem = (C1*C2) / (C1+C2)
Při sériovém připojení kondenzátoru 50pF ke KPI (20-400pF) bude celková kapacita s nastavením 14-44pF. Špatný dobrá hodnota, i když to můžete zkusit.
Nyní musíme vypočítat induktor, abychom mohli přijímat rádiové stanice v rozsahu HF. Na jednom fóru jsem našel příspěvek, kde si člověk vyrobil regenerátor a použil následující údaje pro vf cívku (40-80m):
- Průměr rámu - 45mm;
- Obrysová cívka obsahuje 12 závitů smaltovaného drátu o průměru 0,8 mm;
- Komunikační cívka obsahuje 3 závity smaltovaného drátu o průměru 0,5 mm.
Důvěřuj, ale prověřuj! - nebuďme líní a spočítejme si, čeho můžeme z cívky s takovými parametry dosáhnout.
Výpočet indukčnosti jednovrstvé cívky
Vypočítejme indukčnost jednovrstvé smyčkové cívky pomocí vzorců s parametry vinutí uvedenými výše. Pro názornost jsem nakreslil obrázek:
Rýže. 1. Induktor, parametry.
Vzorec pro výpočet indukčnosti cívky:
L = D*D*n*n / (45*D + 100*l), kde:
- L - indukčnost cívky, μH;
- D - průměr cívky, cm;
- n je počet závitů cívky;
- l - délka vinutí cívky, cm.
L = 4,5 x 4,5 x 12 x 12 / (45 x 4,5 + 100 x 1,1) = 2916 / (202,5 + 110) = 9,3 μH (μH) = 0,0000093 Hn = 9,3 x 10-6 Hn.
Indukčnost cívky, která obsahuje 12 závitů drátu (přibližně 1,1 cm na délku s drátem 0,8 mm) a je navinutá na rámu o průměru 45 mm, je 9,3 μH (μH). Je to jednoduché!
Výpočet frekvence oscilačního obvodu
Když známe indukčnost cívky a kapacitu kondenzátoru v našem oscilačním obvodu, můžeme vypočítat jeho rezonanční frekvenci.
Rýže. 2. Schéma oscilačního obvodu.
Frekvenci oscilačního obvodu vypočítáme pomocí vzorce:
ƒ = 1 / (2 * π * √(LC)), kde:
- ƒ - rezonanční frekvence obvodu, Hz;
- π - číslo pí, 3,1415;
- L - indukčnost cívky, H;
- C je kapacita kondenzátoru, F.
Vypočítejme frekvenci oscilačního obvodu tak, že vezmeme nižší kapacitu kondenzátoru KPE, kterou mám: C = 20 pF = 0,00000000002 F = 20 * 10 −12 F.
ƒ1 = 1 / (2 * 3,14 * √ (0,00000000002*0,0000093)) = 11675725,7 Hz = 11,67 MHz.
Nyní to samé, ale vezmeme horní hranici kapacity KPI, vezměme více než polovinu: C = 300pF = 0,0000000003 F = 300 * 10 −12 F.
ƒ2 = 1 / (2 * 3,14 * √ (0,0000000003*0,0000093)) = 3014659,4 Hz = 3,01 MHz.
A s použitím induktoru s výše uvedenými parametry a mým KPI mohu pokrýt rozsah přibližně od 3 do 11 MHz.
Tabulka HF pásem
Krátké vlny odražené od zemského povrchu se mohou šířit na poměrně velké vzdálenosti. Jak dobře dokážeme přijímat vlny různé délky závisí na mnoha faktorech, jedním z nejvýraznějších je denní doba: den nebo noc.
Přes den se dobře pohybují kratší vlny, v noci zase delší vlny.
Níže je tabulka KV vysílacích pásem s poznámkou v závislosti na denní době:
- 11 metrů, 25,600 - 26,100 MHz (denní);
- 13 metrů, 21,450 - 21,850 MHz (denní);
- 15 metrů, 18,900 - 19,020 MHz (denní);
- 16 metrů, 17,480 - 17,900 MHz (denní);
- 19 metrů, 15,100 - 15,900 MHz (denní);
- 21 metrů, 13,500 - 13,870 MHz;
- 25 metrů 11.600 - 12.100 MHz;
- 31 metrů, 9,400 - 9,990 MHz;
- 41 metrů, 7.200 - 7.600 MHz;
- 49 metrů, 5,730 - 6,295 MHz;
- 60 metrů, 4,750 - 5,060 MHz (noc);
- 75 metrů, 3 900 - 4 000 MHz (noc);
- 90 metrů, 3.200 - 3.400 MHz (noc);
- 120 metrů, 2,300 - 2,495 MHz (noc).
Na základě mých výše provedených výpočtů budu schopen s rádiem pokrýt dosahy přibližně 41 - 25 metrů.
Výroba induktoru
Všechna data jsou k dispozici, můžete začít vyrábět induktor. Pro ilustraci zapojení cívek sem umístím část obvodu z mého rádiového přijímače.
Rýže. 3. Schéma zapojení induktorů v rádiovém přijímači (body vinutí jsou označeny tečkou).
Pokud se podíváte na schéma, pro jeden rozsah můžete na rám navinout pouze dvě cívky: obrysová cívka nahradí L1 a L2 a komunikační cívka nahradí L3 a L4, zatímco přepínač S1 lze odstranit.
Přesto jsem se rozhodl pro experiment vyrobit 4 cívky jako na schématu, zajímalo by mě, jak se takové řešení bude chovat ve KV oblasti, kromě toho je možné, že bude možné zachytit ještě nižší frekvenční rozsah kromě ten hlavní.
Prvním krokem je vyrobit rámeček, na který namotáme drát. Pod rám můžete použít kus polyetylenu popř plastové potrubí nebo jiný válec požadovaného průměru.
Budu potřebovat rám o průměru 45mm, jelikož jsem v harampádí našel trubku s o něco menším průměrem 40mm a abych to nezkazil, rozhodl jsem se kolem něj nalepit papírový rámeček.
Rýže. 4. Rám pro naviják je kus trubky.
Pro lepení jsem použil listy A4 - papír je poměrně silný a pro takové účely se dobře hodí. Nejprve na rám nabalíme 1-2 listy papíru, aniž bychom jej zakryli lepidlem, je to nutné, abychom pak mohli trubku odstranit.
Rýže. 5. Několik vrstev papíru slepených k sobě pro rám budoucí cívky.
Nyní na každý list papíru potřeme lepidlem a rámeček do něj zabalíme. Je vhodné nalepit 5 a více listů papíru - to pomůže dosáhnout dostatečné pevnosti rámu při zasychání. Schnutí stačí 12 hodin, pokud je lepené PVA lepidlem.
Po zaschnutí rámu se ukázalo, že je na trubce tak těsný, že již nejde sundat - rám jsem musel podélně rozříznout a po sejmutí řez slepit. Rám je hotový a je dostatečně pevný, aby se na něj dal pověsit tlustý drát.
Rýže. 6. Papírový rámeček pro induktor je připraven.
Pro vinutí jsem použil měděný vodič o průměru 0,8mm a 0,5mm - smyčku a komunikační cívku, resp.
Rýže. 7. Domácí naviják indukčnost pro HF řadu je připravena!
Rýže. 8. Domácí VF cívka - pohled ze svorek.
Pro pohodlí jsem označil počáteční body pro navíjení cívek - to vám pomůže vyhnout se zmatení při připojování k rádiu. Vodiče byly upevněny vytvořením otvorů v rámu pomocí jehly.
Rýže. 9. Závity vinutí upevníme voskem.
Aby závity vinutí cívky držely bezpečně pohromadě, můžete je slepit lepidlem nebo jednoduše kápnout pár kapek vosku.
Instalace HF cívky do rádiového přijímače
Nyní je VF cívka připravena k instalaci do rádiového přijímače. Při připojování vinutí ke komponentám rádiového přijímače byste se měli snažit použít co nejkratší přívody z vinutí.
Rýže. 10. Cívka HF pásma je instalována v rádiovém přijímači. (klikněte - zvětšete).
Rýže. 11. rádiový přijímač s instalovanou VF cívkou, pohled zezadu. (klikněte - zvětšete).
Rýže. 12. Připravený HF přijímač a stará cívka pro řady MF-LW.
Práce s přijímačem v rozsahu HF
Přijímač je připraven k použití, můžete začít experimentovat. Testy byly prováděny večer a v noci. Nejprve byla připojena dlouhá anténa - kus hrubého měděný drát asi 10 metrů dlouhý.
S takovou anténou jsem byl schopen zachytit několik stanic a knoflík pro nastavení zpětné vazby nijak neovlivnil činnost rádia, to mi přišlo divné - možná jsem si spletl začátky a konce při zapojování zpětných vinutí .
Připojení země také nezlepšilo výkon rádia. Jako anténu jsem se rozhodl vyzkoušet měděný kolík o průměru 1-1,2mm a délce cca 1-1,5m.
Po zapnutí rádia na sebe výsledek nenechal dlouho čekat - podařilo se zachytit několik stanic a regenerační knoflík nyní fungoval perfektně a bylo možné zachytit a zesílit docela slabé signály z vysílaných stanic.
Na KV bylo možné slyšet Radio Liberty, vysílání z jiných zemí, kódované signály a další stanice. Největší akumulace stanic byla pozorována na prahové hranici úpravy KPI (C = 20 pF), s největší pravděpodobností, pokud tuto hranici snížíte na 10 pF, budete schopni zachytit ještě více stanic, nebo budete muset přepočítat cívku a pak to převinout.
Přijímač se stal méně odolným vůči úpravám pod vlivem rukou a dotyků různé části systém. Někdy si dokonce můžete hrát s anténou přijímače jako s anténou thereminu (hudebního nástroje).
Co ještě můžete zkusit?
Po výpočtech okamžitě vznikl nápad: můžete vypočítat počet závitů a vytvořit několik cívek pro různé podrozsahy a pro jejich přepínání použijte přepínač pro několik poloh (například 5). V tomto případě bude jedna komunikační cívka (L3) a navíjíme obrysovou cívku (L1) a vytváříme závity z určitého počtu závitů.
Závěr
Experiment byl úspěšný! mám zajímavá zkušenost a bylo to vzrušující. Původně jsem neměl v plánu psát o výpočtech cívky a oscilačního obvodu, ale říkal jsem si, že by se to mohlo hodit těm, kteří si chtějí experiment zopakovat. Navíc jsem se v procesu přípravy materiálů a výpočtů dozvěděl některé věci, které jsem předtím ani netušil.
Induktor
- šroubová, spirálová nebo spirálová cívka vyrobená z válcovaného izolovaného vodiče, která má značnou indukčnost s relativně malou kapacitou a nízkým činným odporem. V důsledku toho, když cívkou protéká střídavý elektrický proud, je pozorována její významná setrvačnost.
Pro zvýšení indukčnosti se používají jádra z feromagnetických materiálů: elektroocel, permalloy, fluxtrol, karbonylové železo, ferity. Jádra se také používají ke změně indukčnosti cívek v malých mezích.
Existují také cívky, jejichž vodiče jsou implementovány na desce plošných spojů. 
Induktor v elektrickém obvodu dobře vede stejnosměrný proud a zároveň odolává proudu střídavému, jelikož při změně proudu v cívce vzniká samoindukční emf, bránící této změně.
Hlavním parametrem induktoru je jeho indukčnost, který určuje, jaký tok magnetického pole cívka vytvoří, když jí protéká proud 1 ampér. Typické hodnoty indukčnosti cívek se pohybují od desetin µH do desítek H.
Ztráty drátu způsobeno třemi důvody:
· Dráty vinutí mají ohmický (aktivní) odpor.
· Odpor drátu vinutí se zvyšuje se zvyšující se frekvencí, což je způsobeno kožním efektem. Podstatou efektu je posunutí proudu do povrchových vrstev drátu. V důsledku toho se zmenšuje užitečný průřez vodiče a zvyšuje se odpor.
· U drátů vinutí stočených do spirály se projevuje proximity efekt, jehož podstatou je vytlačení proudu vlivem vířivých proudů a magnetického pole na periferii vinutí. Výsledkem je, že průřez, kterým protéká proud, získá tvar půlměsíce, což vede k dodatečnému zvýšení odporu drátu.
Dielektrické ztráty (izolace vodičů a rám cívky) lze rozdělit do dvou kategorií:
· Ztráty z dielektrika mezizávitového kondenzátoru (závitový svod a další ztráty charakteristické pro dielektrika kondenzátorů).
· Ztráty z magnetických vlastností dielektrika (tyto ztráty jsou podobné ztrátám v jádře).
Obecně to můžete vidět u moderních cívek obecné použití ztráty v dielektriku jsou nejčastěji zanedbatelné.
Ztráta jádra sestávají ze ztrát vířivými proudy, ztrát hysterezí a počátečních ztrát.
Ztráty vířivými proudy . Proud procházející vodičem indukuje emf v okolních vodičích, jako je jádro, stínění a dráty sousedních závitů. Vzniklé vířivé proudy se stávají zdrojem ztrát vlivem odporu vodičů.
Typy induktorů
Smyčkové induktory . Tyto cívky se používají ve spojení s kondenzátory k výrobě rezonančních obvodů. Musí mít vysokou stabilitu, přesnost a jakostní faktor.
Cívky. Takové cívky se používají k zajištění indukční vazby mezi jednotlivými obvody a kaskádami. Toto zapojení umožňuje stejnosměrným proudem oddělit obvod báze a kolektoru apod. Na takové cívky nejsou kladeny přísné požadavky na jakost a přesnost, proto jsou vyrobeny z tenkého drátu ve formě dvou vinutí malých rozměrů . Hlavními parametry těchto cívek jsou indukčnost a vazební koeficient.
Variometry.Jedná se o cívky, jejichž indukčnost lze za provozu měnit pro přeuspořádání oscilačních obvodů. Skládají se ze dvou cívek zapojených do série. Jedna z cívek je stacionární (stator), druhá je umístěna uvnitř první a otáčí se (rotor). Při změně polohy rotoru vůči statoru se mění hodnota vzájemné indukčnosti a tím i indukčnosti variometru. Takový systém umožňuje změnit indukčnost 4–5krát. U ferovariometrů se indukčnost mění pohybem feromagnetického jádra.
Tlumivky
. Jedná se o induktory s vysokou odolností proti střídavému proudu a nízkou odolností proti stejnosměrnému proudu. Používají se v napájecích obvodech radiotechnických zařízení jako filtrační prvek. Pro napájecí sítě s frekvencemi 50-60 Hz jsou vyrobeny na transformátorových ocelových jádrech. Při vyšších frekvencích se také používají permalloy nebo feritová jádra. Speciálním typem tlumivek jsou feritové kuličky (perličky) na drátech potlačující hluk.
Dvojité škrticí klapky dva protilehlé induktory používané ve výkonových filtrech. Díky protivinutí a vzájemná indukce efektivnější pro filtrování rušení v běžném režimu se stejnými rozměry. Dvojité tlumivky jsou široce používány jako vstupní filtry pro napájecí zdroje; v diferenciálních signálových filtrech digitálních linek, stejně jako v audio technice. Tito. jsou určeny jak k ochraně napájecích zdrojů před indukovanými vysokofrekvenčními signály, tak k zamezení zanášení napájecí sítě elektromagnetickým rušením. Na nízké frekvence používá se ve filtrech napájecích zdrojů a má obvykle feromagnetické (transformátorová ocel) nebo feritové jádro.
Aplikace induktorů
· Induktory (spolu s kondenzátory a/nebo odpory) se používají ke konstrukci různých obvodů s frekvenčně závislými vlastnostmi, zejména filtrů, zpětnovazebních obvodů, oscilačních obvodů atd.
· Induktory se používají v pulzní stabilizátory jako prvek, který uchovává energii a přeměňuje napěťové úrovně.
· Dvě nebo více indukčně vázaných cívek tvoří transformátor.
· Induktor, napájený pulzním proudem z tranzistorového spínače, se někdy používá jako vysokonapěťový zdroj malého výkonu v nízkoproudých obvodech, kdy vytvoření samostatného vysokého napájecího napětí v napájecím zdroji je nemožné nebo ekonomicky nepraktické. V tomto případě vznikají na cívce vysokonapěťové rázy v důsledku samoindukce, čehož lze v obvodu využít např. usměrněním a vyhlazováním.
· Cívky se také používají jako elektromagnety.
· Cívky se používají jako zdroj energie k buzení indukčně vázaného plazmatu.
· Pro radiokomunikace - vysílání a příjem elektromagnetických vln (magnetická anténa, kruhová anténa).
Ó Smyčková anténa
oDDRR
Ó Indukční smyčka
· Pro ohřev elektricky vodivých materiálů v indukčních pecích.
· Jako snímač posunu: změna indukčnosti cívky se může měnit v širokém rozsahu pohybem (vytahováním) jádra.
· Induktor se používá v indukčních snímačích magnetického pole. Indukční magnetometry byly vyvinuty a široce používány během druhé světové války.
Efektivní metody navíjení vyvinuté v našem podniku:
Umožňuje odstranit omezení rozsahů použitých napětí, proudů a teplot. Snižte průřez vodiče, cenu a hmotnost cívek za stejných provozních podmínek. Nebo umožňují zvýšit napětí, proudy a provozní teploty se stejným průřezem vodičů.
Náš dlouholetý výzkum ukázal, že nejúčinnějším způsobem chlazení je vzduch. Použití dalších typů izolace je někdy nežádoucí a zhoršuje vlastnosti vinutí. Místo izolace používáme rozdělení vinutí na sekce. Snažíme se zvětšit kontaktní plochu drátu pomocí silných proudů vzduchu.
1. Dělené vinutí.
Nejlepší alternativa k dodatečné izolaci. Vinutí je rozděleno na libovolný počet sekcí zapojených do série. Potenciál mezi sekcemi se vydělí počtem sekcí. Potenciál mezi vrstvami se vydělí počtem sekcí vynásobeným počtem vrstev. Potenciál mezi sousedními závity v jedné vrstvě se vydělí počtem úseků vynásobeným počtem vrstev a počtem závitů ve vrstvě. Jakékoli nebezpečné průrazné napětí tak lze snížit na parametry elektrické ochrany běžného smaltovaného drátu bez použití speciálních elektrických izolačních opatření. Čím více samostatných sekcí, tím lépe lze chlazení organizovat.
2. Bezkontaktní vinutí.
Závity vinutí jsou zavěšeny ve vzduchu na speciálních kotevních drátech. Nemají mechanický, elektrický nebo tepelný kontakt s jinými materiály cívky, ani s rámem, ani s krytem, ani s elektrickou izolací. Nejúčinnější chlazení vzduchem, tepelná a elektrická izolace.
3. Tělo ve tvaru šneka.
Chlazení vzduchem považujeme za nejúčinnější způsob chlazení vinutí. Použití takové skříně s ventilátory a vypočtenými aerodynamickými charakteristikami poskytuje značné výhody.
4. Celovlnné vinutí.
Všechno nové je dobře zapomenuté staré. Rozdělením vinutí na dvě ramena a jeho propojením přes diodový můstek dochází ke střídavému spínání ramen na síťové frekvenci. Během jednoho půlcyklu jedno rameno pracuje, druhé odpočívá. To umožňuje použití vinutí s menším průřezem. Plnovlnné vinutí je aktuální zejména tam, kde je potřeba umístit velmi výkonné vinutí s tak tlustým drátem na malý prostor, že je nemožné bez poškození ohnout v požadovaných úhlech. Nebo průmysl nevyrábí pneumatiky tak tlusté, a tak můžete přejít na menší sekci.
5. Vinutí potrubí.
Pro provoz při zvláště vysokých teplotách. Použitým drátem je měděná trubka, cirkulační kapalina, čerpadla, výměníky tepla, chladicí generátory a nádrže.
6. Plnění sloučeninami s nečistotami na bázi nitridu boru a dalších pro zvýšení tepelné vodivosti sloučeniny. Nebo protahování odolné proti vibracím pomocí speciálních technických desek. Používá se ve složitých provozních režimech s vibracemi.
Nejvíce se rozvinou naši specialisté účinná metodařešení vašich problémů. Rádi s Vámi budeme spolupracovat.
Čekáme na vaše objednávky.
Co rozumíte slovem „naviják“? No... tohle je pravděpodobně nějaký „fík“, na kterém jsou nitě, vlasec, lano, cokoliv! Cívka induktoru je úplně to samé, ale místo nitě, vlasce nebo čehokoli jiného je tam namotaná obyčejná. měděný drát v izolaci.
Izolace může být vyrobena z bezbarvého laku, izolace z PVC nebo dokonce z tkaniny. Trik je v tom, že i když jsou dráty v induktoru velmi blízko u sebe, stále jsou navzájem izolované. Pokud cívky cívky navíjíte vlastníma rukama, v žádném případě ani neuvažujte o použití obyčejného holého měděného drátu!
Indukčnost
Každý induktor má indukčnost. Indukčnost cívky se měří v Jindřich(Gn), označeno písmenem L a měří se pomocí LC metru.
Co je indukčnost? Pokud drátem prochází elektrický proud, vytvoří kolem sebe magnetické pole:
Kde
B – magnetické pole, Wb
já –
Vezmeme tento drát a stočíme ho do spirály a na jeho konce přivedeme napětí
A dostaneme tento obrázek s magnetickými siločárami:
Zhruba řečeno, čím více magnetických siločar protíná oblast tohoto solenoidu, v našem případě oblast válce, tím větší bude magnetický tok (F). Protože cívkou protéká elektrický proud, znamená to, že jí prochází proud o intenzitě proudu (já), a koeficient mezi magnetickým tokem a proudovou silou se nazývá indukčnost a vypočítá se podle vzorce:
Z vědeckého hlediska je indukčnost schopnost odebírat energii ze zdroje elektrického proudu a ukládat ji ve formě magnetického pole. Zvyšuje-li se proud v cívce, magnetické pole kolem cívky se rozšiřuje, a pokud proud klesá, magnetické pole se smršťuje.
Samoindukce
Induktor má také velmi zajímavou vlastnost. Když je na cívku přivedeno konstantní napětí, objeví se v cívce na krátkou dobu opačné napětí.
Toto opačné napětí se nazývá Samoindukované emf. To závisí na hodnotě indukčnosti cívky. Proto v okamžiku přivedení napětí na cívku proud postupně mění svou hodnotu z 0 na určitou hodnotu během zlomku sekundy, protože napětí v okamžiku přivedení elektrického proudu také mění svou hodnotu z nula na ustálenou hodnotu. Podle Ohmova zákona:
Kde
já– síla proudu v cívce, A
U– napětí v cívce, V
R– odpor cívky, Ohm
Jak vidíme ze vzorce, napětí se mění z nuly na napětí přiváděné do cívky, proto se i proud změní z nuly na nějakou hodnotu. Odpor cívky pro DC je také konstantní.
A druhý jev v induktoru je ten, že pokud otevřeme obvod mezi induktorem a zdrojem proudu, pak se naše samoindukční emf přičte k napětí, které jsme již přivedli na cívku.
To znamená, že jakmile přerušíme obvod, napětí na cívce v tu chvíli může být mnohonásobně větší, než bylo před přerušením obvodu, a síla proudu v obvodu cívky tiše klesne, protože samoindukce emf bude udržovat klesající napětí.
Udělejme první závěry o činnosti induktoru, když je do něj dodáván stejnosměrný proud. Když je do cívky přiváděn elektrický proud, bude proudová síla postupně narůstat a když je elektrický proud z cívky odstraněn, proudová síla plynule klesá na nulu. Stručně řečeno, proudová síla v cívce se nemůže okamžitě změnit.
Typy induktorů
Induktory se dělí hlavně do dvou tříd: s magnetickým a nemagnetickým jádrem. Níže na fotce je cívka s nemagnetickým jádrem.
Ale kde je její jádro? Vzduch je nemagnetické jádro :-). Takové cívky lze také navinout na nějakou válcovou papírovou trubici. Indukční cívky s nemagnetickým jádrem se používají, když indukčnost nepřesahuje 5 milihenry.
A zde jsou induktory s jádrem:
Používají se hlavně jádra z feritových a železných plátů. Jádra výrazně zvyšují indukčnost cívek. Jádra ve formě prstence (toroidní) umožňují získat vyšší indukčnost než jen jádra válce.
Pro cívky se střední indukčností se používají feritová jádra:
Cívky s velkou indukčností jsou vyrobeny jako transformátor s železným jádrem, ale s jedním vinutím, na rozdíl od transformátoru.
Tlumivky
Existuje také speciální typ induktoru. Jedná se o tzv. Induktor je induktor, jehož úkolem je vytvořit v obvodu vysoký odpor proti střídavému proudu, aby se potlačily vysokofrekvenční proudy.
Stejnosměrný proud prochází induktorem bez problémů. Proč se tak děje, si můžete přečíst v tomto článku. Typicky jsou tlumivky zapojeny v napájecích obvodech zesilovacích zařízení. Tlumivky jsou určeny k ochraně napájecích zdrojů před vysokofrekvenčními signály (RF signály). Při nízkých frekvencích (LF) se používají v napájecích obvodech a obvykle mají kovová nebo feritová jádra. Níže na fotografii jsou výkonové tlumivky:
Existuje ještě další speciální typ tlumivek – tento. Skládá se ze dvou protilehlých induktorů. Díky protivinutí a vzájemné indukci je efektivnější. Dvojité tlumivky jsou široce používány jako vstupní filtry pro napájecí zdroje a také v audio technice.
Experimenty s cívkou
Na jakých faktorech závisí indukčnost cívky? Udělejme nějaké experimenty. Navinul jsem cívku s nemagnetickým jádrem. Jeho indukčnost je tak malá, že mi LC metr ukazuje nulu.
Má feritové jádro
Cívku začínám zasouvat do jádra až po samý okraj
LC metr ukazuje 21 mikrohenry.
Cívku vložím do středu feritu
35 mikrohenry. Už lepší.
Pokračuji v vkládání cívky na pravý okraj feritu
20 mikrohenry. uzavíráme Největší indukčnost na válcovém feritu se vyskytuje v jeho středu. Pokud tedy navíjíte na válec, snažte se navíjet uprostřed feritu. Tato vlastnost se používá k hladké změně indukčnosti v proměnných induktorech:
Kde
1 – toto je rám cívky
2 – to jsou závity cívky
3 – jádro, které má nahoře drážku pro malý šroubovák. Zašroubováním nebo vyšroubováním jádra tím změníme indukčnost cívky.
Indukčnost se stala téměř 50 mikrohenry!
Zkusme narovnat zatáčky po celém feritu
13 mikrohenry. Došli jsme k závěru: Pro maximální indukčnost musí být cívka navinuta „otočením k otočení“.
Zmenšíme otáčky cívky na polovinu. Bylo 24 oběžných drah, nyní je jich 12.
Velmi nízká indukčnost. Snížil jsem počet závitů 2krát, indukčnost se snížila 10krát. Závěr: čím nižší počet závitů, tím nižší indukčnost a naopak. Indukčnost se nemění lineárně napříč závity.
Pojďme experimentovat s feritovým kroužkem.
Měříme indukčnost
15 mikrohenry
Posuneme závity cívky směrem od sebe
Pojďme znovu měřit
Hmm, také 15 mikrohenry. Došli jsme k závěru: Vzdálenost od zatáčky k zatáčce nehraje u toroidního induktoru žádnou roli.
Udělejme více zatáček. Byly 3 otáčky, nyní je jich 9.
Měříme
Páni! Zvýšil se počet závitů 3krát a indukčnost se zvýšila 12krát! Závěr: Indukčnost se nemění lineárně napříč závity.
Pokud věříte vzorcům pro výpočet indukčností, indukčnost závisí na "závitech na druhou". Tyto vzorce zde nebudu zveřejňovat, protože nevidím potřebu. Řeknu pouze, že indukčnost závisí také na takových parametrech, jako je jádro (z jakého materiálu je vyrobeno), plocha průřezu jádra a délka cívky.
Označení na schématech
Sériové a paralelní zapojení cívek
Na sériové zapojení tlumivek jejich celková indukčnost se bude rovnat součtu indukčností.
A kdy paralelní připojení dostaneme toto:
Při připojování indukčností je třeba provést následující: Platí pravidlo, že by měly být na desce prostorově rozmístěny. Pokud jsou totiž blízko sebe, jejich magnetická pole se budou vzájemně ovlivňovat, a proto budou hodnoty indukčností nesprávné. Neumisťujte dvě nebo více toroidních cívek na jednu osu železa. To může mít za následek nesprávné odečty celkové indukčnosti.
souhrn
Induktor hraje velmi důležitou roli v elektronice, zejména v zařízeních transceiverů. Na indukčních cívkách jsou také postaveny různé typy elektronických rádiových zařízení a v elektrotechnice se používá také jako omezovač proudových rázů.
Kluci z Soldering Iron natočili velmi dobré video o induktoru. Rozhodně doporučuji shlédnout:
Indukčnost cívky závisí na její velikosti, počtu závitů a způsobu vinutí. Čím větší jsou tyto parametry, tím vyšší je indukčnost. Je-li cívka navinutá pevně, bude její indukčnost větší ve srovnání s cívkou volně navinutou s mezerami mezi závity. Když potřebujete vyrobit cívku podle daných rozměrů a není k dispozici drát požadovaného průměru, pak při použití silnějšího drátu je třeba udělat více závitů a při použití tenkého drátu snížit jejich počet, abyste získali požadovaná indukčnost. Všechna výše uvedená doporučení platí při navíjení cívek bez feritových jader.
Jednovrstvé válcové cívky se vypočítají pomocí vzorce
kde L je indukčnost cívky, μH;
D - průměr cívky, cm;
l - délka vinutí cívky, cm;
a n je počet závitů cívky.
Výpočet cívky se provádí v následujících případech:
1 - na základě zadaných geometrických rozměrů je nutné určit indukčnost cívky;
2 - při známé indukčnosti je nutné určit počet závitů a průměr drátu cívky. Tedy navinout cívku o určité indukčnosti, která je u filtrů často nezbytná.
V prvním případě jsou známa všechna počáteční data obsažená ve vzorci a výpočet není obtížný.
Příklad. Určíme indukčnost cívky znázorněné na obr. 1, kde l = 2 cm, D = 1,8 cm, počet závitů n = 20. Dosazením všech potřebných veličin do vzorce dostaneme
Ve druhém případě je znám průměr cívky a délka vinutí, která zase závisí na počtu závitů a průměru drátu. Proto se doporučuje provést výpočet podle následujícího schématu. Na základě konstrukce vyráběného zařízení určete rozměry cívky (průměr a délku vinutí) a poté vypočítejte počet závitů pomocí následujícího vzorce:
Po určení počtu závitů vypočítejte průměr drátu s izolací pomocí vzorce
kde d je průměr drátu, mm;
l - délka vinutí, mm;
n - počet závitů.
Příklad. Je nutné vyrobit cívku o průměru 1 cm s délkou vinutí 2 cm s indukčností 0,8 μH. Navíjení je běžné, otočení za otočením. Dosazením daných hodnot do posledního vzorce dostaneme
průměr drátu
Pokud je cívka navinuta drátem menšího průměru, pak 14 závitů získaných výpočtem musí být umístěno po celé její délce (20 mm) se stejnými mezerami mezi závity, to znamená s velkým stoupáním vinutí. Indukčnost této cívky bude o 1-2% menší než jmenovitá, což je třeba vzít v úvahu při její výrobě. Pokud je pro navíjení použit drát o větším průměru než 1,43 mm, měl by být proveden nový výpočet zvětšením průměru nebo délky vinutí cívky. Může být nutné zvětšit oba současně, dokud nedosáhnete požadovaných rozměrů cívky, které odpovídají dané indukčnosti.
Je třeba poznamenat, že pomocí výše uvedených vzorců se doporučuje vypočítat cívky, u kterých se délka vinutí l rovná polovině průměru nebo tuto hodnotu překračuje. Pokud je menší než polovina průměru, pak lze pomocí vzorců získat přesnější výsledky
Výpočet tlumivek pro konkrétní vodič
Přepočet induktorů se provádí při absenci drátu požadovaného průměru uvedeného v popisu konstrukce a jeho nahrazení drátem jiného průměru, jakož i při změně průměru rámu cívky.
Pokud není drát požadovaného průměru, můžete použít jiný. Změna průměru až o 25% v jednom nebo druhém směru je zcela přijatelná a zpravidla neovlivňuje kvalitu práce. Kromě toho je ve všech případech přípustné zvětšení průměru drátu, protože to snižuje ohmický odpor cívky a zvyšuje její kvalitativní faktor. Zmenšení průměru zhoršuje činitel jakosti a zvyšuje hustotu proudu na jednotku průřezu drátu, která nemůže být větší než přípustná hodnota.
Počet závitů jednovrstvé válcové cívky při výměně drátu jednoho průměru za jiný se přepočítá pomocí vzorce
kde n je nový počet závitů cívky; n1 - počet závitů cívky uvedený v popisu; d je průměr stávajícího drátu; d1 - průměr drátu uvedený v popisu.
Jako příklad přepočítáme počet závitů cívky znázorněné na obr. 1 pro drát o průměru 0,8 mm
(délka vinutí l = 18x0,8 - 14,4 mm).
Mírně se tak snížil počet závitů a délka vinutí. Pro kontrolu správnosti přepočtu se doporučuje provést nový výpočet cívky se změněným průměrem drátu:
Při přepočítávání cívky spojené se změnou jejího průměru byste měli použít procentuální vztah mezi průměrem a počtem závitů. Tento vztah je následující: když se průměr cívky zvětší o určitý počet procent, počet závitů se sníží o stejné procento, a naopak, když se průměr sníží o stejný počet procent, počet závitů se zvýší. . Pro zjednodušení výpočtů lze průměr cívky brát jako průměr rámu.
Jako příklad si přepočítejme počet závitů cívky se 40 závity s délkou vinutí 2 cm a průměrem rámu 1,5 cm na průměr rovný 1,8 cm. zvětší o 3 mm nebo 20 %. V důsledku toho je pro udržení konstantní hodnoty indukčnosti této cívky při navinutí na rám o velkém průměru nutné snížit počet závitů o 20 %, respektive o 8 závitů. Nová cívka bude mít 32 závitů. Délka vinutí se také zkrátí o 20 %, neboli na 1,6 cm.
Zkontrolujeme přepočet a určíme chybu. Původní cívka má indukčnost:
Indukčnost nové cívky na rámu se zvětšeným průměrem:
Chyba v přepočtu je 0,32 μH, tedy méně než 2,5 %, což je pro výpočty v radioamatérské praxi celkem přijatelné.