Какими характеристиками определяется индуктивность катушки: Какими характеристиками определяется индуктивность катушки

1. Классификация и основные технические параметры катушек индуктивности

Лекция № 6 (2.3.) Катушки индуктивности

2. Основные элементы катушек индуктивности

3. Расчет индуктивности и собственной емкости катушек индуктивности

1. Классификация и основные технические параметры катушек индуктивности

Как магнитное, так и электрическое поля создаются тем или иным элементом цепи. В случае статических полей, магнитное и электрическое поля могут существовать независимо друг от друга. Переменное же электрическое поле всегда неразрывно связано с беременным магнитным полем. Однако, несмотря на эту связь, можно выделить детали, назначение которых состоит в создании или в преимущественном использовании одного из этих полей. Применительно к электрическому полю такими деталями являются конденсаторы, а применительно к магнитному — детали, называемые катушками индуктивности.

Любой проводник с током создает в окружающем его пространстве магнитное поле. Для концентрации поля в заданном локальном объеме проводник с током свертывается в цилиндрическую спираль, называемую в электротехнике соленоидом.

В радиоэлектронике вместо термина «соленоид» используется наименование «катушка индуктивности»(лат.inductio— наведение). Используя различное число вит­ков, изменяя их форму или помещая внутрь катушки сердечник с повышенным значением, можно при одной и той же величине тока, протекающего через катушку, создавать магнитное поле различной интенсивности.

Классификация катушек индуктивности

Катушки индуктивности можно классифицировать по ряду при­знаков.

По конструкцииони подразделяются на:

• однослойные и многослойные,

• на каркасах и бескаркасные,

• с сердечниками и без сердечников,

• на экранированные и неэкранированные,

• высокочастотные (обладающие индуктивным характером полного сопротивления в диапазоне частот от 100 кГцдо400 МГц) и низкочастотные и т. д.

По назначениюкатушки индуктивности подразделяются на:

• контурные,

• катушки связи,

• дроссели высокой и низкой частоты и т.п.

Основные характеристики и параметры катушек индуктивности

Основными характеристиками катушек являются индуктивность, собственная емкость, активное сопротивление и добротность, температурная стабильность индуктивности. Рассмотрим эти параметры.

Индуктивность катушки L— основной параметр, определяющий реактивное сопротивление, которым обладает катушка в электрической цепи. При расчете индуктивности катушек различной конструкции пользуются полуэмпирическими формулами и вспомогательными графиками, приводимыми в справочной литературе. В отличие от конденсаторов и резисторов, номинальные значения индуктивности катушек (исключение составляют унифицированные ВЧ и НЧ дроссели) ГОСТами не нормируются, а определяются исходя из стандартов предприятий или технических условий на конкретную аппаратуру. В РЭА применяются катушки с индуктивностью от долей микрогенри (контурные высокочастотные) до десятков генри (дроссели фильтров выпрямителей). Контурные катушки по величине индуктивности изготовляются с точностью0,2…0,5%,

а для других катушек индуктивности допустима точность10…15%.

Собственная емкостькатушкиC_Lобусловлена существованием электрического поля между ее отдельными вит­ками, а также между отдельными витками и корпусом (и экраном, если он имеется)прибора. Обычно считают(кадр 1),что соб­ственная емкость катушки состоит из внутреннеймежвитковой емкостиC _ВН =  C _ВН  iимонтажной емкостиC_М =  C _М  i,т. е. C_L  

= C _ВН  + C_М.

С увеличением диаметра намотки и уменьшением ее шага емкость C _ВН  возрастает. Существенное увеличение емкостиC _ВН происходит при использовании каркасов катушек из материалов с повышенным значением.

Монтажная емкость C_Мзависит от расположения катушки по отношению к шасси устройства, другим деталям, от размеров и формы экрана, если катушка экранирована. Из-за сложной конфигурации электрических полей точный расчет емкостиC_Lпрактически невозможен и ее величину обычно определяют экспериментально.

У применяемых в РЭА катушек индук­тивности величинаC_L обычно составляет от единиц до десятков и (при многослойной намотке) пикофарад.

Сопротивление потерь. Добротность катушки индуктивности. На низких частотах активное сопротивление катушки индуктивности можно считать равным сопротивлению провода ее обмотки на постоянном токе. С переходом на более высокие частоты начинает проявлятьсяповерхностный эффекти активное сопротивление катушки возрастает. Кроме то­го, при сворачивании провода в спираль, т.е. при его намотке на катушку, магнитное поле проводника искажается вследствие появления магнитной связи между отдельными витками, и оно оказывается несимметричным относительно сечения провода. Это, в свою очередь, приводит к неравномерному распределению тока по периметру сечения проводника: внутри витка плотность тока будет выше. Смещение тока высокой частоты к оси обмотки катушки носит название

эффекта близости. Его влияние также уве­личивает активное сопротивление катушки.

Таким образом, можно считать, что активное сопротивление провода обмотки на переменном токе R_~= R_ПЭ +R_Б, гдеR_ПЭ— составляющая сопротивления, зависящая от поверхностного эффекта,R_Б.- составляющая, показывающая дополнительное возрастание сопротивления провода обмотки вследствие эффекта близости.

При фиксированном значении частоты переменного тока величинаR _ПЭбудет тем меньше, чем больше диаметр провода

d.

Эф­фект близости, наоборот, проявляется более заметно с возрастанием диаметра провода d, т.е. с увеличением диаметра величинаR _Бвозрастает. Нарис.2.3.2показаны кривые этих зависимостей и зависимость полного сопротивления провода обмотки R_~ = R _ПЭ +R _Б  = f(d)от его диаметра. Для каждого значения частоты переменного тока существует оптимальный диаметр проводаd_ОПТ, при котором активное сопротивление катушкиR

_~ = R _MIN, т.е. оно минимально.

Сопротивление провода R_~ на частотах до 1МГцможно уменьшить на30…40%,если вместо провода круглого сечения для намотки катушки применитьлитцендрат — многожильный провод, состоящий из отдельных перевитых друг с другом проводников малого сечения, изолированных друг от друга. Это объясняется тем, что поверхность литцендрата оказывается намного больше поверхности монолитного провода, имеющего ту же площадь поперечного сече­ния.

Величину R_~ как параметр катушки для сравнения между собой различных катушек обычно не используют. Ею пользуются лишь для теплового расчета катушек индуктивности в выходных каскадах мощных радиопередатчиков.

Для сравнения между собой отдельных катушек удобнее использовать параметр, определяющий активные потери как относительную величину, определяемую сравнением энергии W _R, которая затрачивается в сопротивленииR_~ за период гармонического колебания, с максимальной энергиейW _L,запасаемой в магнитном поле катушки. Отношение

W _L, / W _R =   L / 2R_~ 

и характеризует качество катушки.

Однако для упрощения расчетов параметром катушки принято считать величину в 2раз большуюW _L, / W _R:

Q =  L / R_~  (2.3.1)

Эта величина называется добротностьюкатушки индуктивности.

Чем выше добротность, тем меньше величина потерь в катушке и выше ее качество. Значение Qопределяется выбором типа обмотки, материала каркаса, конструкцией катушки и влиянием окружающих катушку других деталей при ее монтаже в аппаратуре.

В зависимости от влияния перечисленных факторов добротность применяемых в РЭА катушек обычно лежит в пределах 50…600, а при наличии сердечников может быть и выше.

Температурный коэффициент индуктивности. Изменение температуры окружающей среды приводит к тому, что меняются длина и диаметр провода обмотки, размеры каркаса катушки, диэлектрическая проницаемость материала каркаса и изоляции и т.д. Это приводит к изменению индуктивности катушки и ее добротности. Мерой зависимости индуктивности катушки от температуры являетсятемпературный коэффициент индуктивности(ТКИ),определяемый аналогично другим температурным коэффициентам. Для катушек с многослойной обмоткойТКИ = (50…500)10 ^— 6 К, для катушек с однослойной обмоткой ТКИ существенно ниже.

Для повышения температурной стабильности катушек приме­няют пропитку их каркасов и изоляции, используют керамические каркасы с обмоткой, выполненной методом вжигания серебра, и герметизацию катушек. можно считать, что добротность катушек снижается в среднем на 1 %на каждые3°сприращения температуры по отношению к их добротности при20°с. воздействие влаги может привести к существенному изменению (до30 %) собственной емкости и добротности катушек. Обычно это изменение носит обратимый характер, и после сушки величиныq иc_lпринимают практически прежние значения.

Катушка индуктивности — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем, а иногда реактором.

В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем или накопительным дросселем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности, катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (в основном ферромагнитные, реже диамагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств так же иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса^[1].

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

• Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
• Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
• Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но и реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого <math>X_L = \omega L</math>, где <math>L</math> — индуктивность катушки, <math>\omega</math> — циклическая частота протекающего тока. 2 \mbox{.}</math>

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

<math> \varepsilon = -L{dI \over dt}\mbox{.}</math>

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

<math> |\varepsilon| = -\varepsilon = U \mbox{.}</math>

При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствии с формулой:

<math> I = I_0 exp(-t/T) \mbox{,}</math>

где : <math> I </math> — ток в катушке,

<math> I_0 </math> — начальный ток катушки,

<math> t </math> — текущее время,

<math> T </math> — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

<math> T = L / (R + R_i) \mbox{,}</math>

где <math> R </math> — сопротивление резистора,

<math> R_i </math> — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени <math> T_i </math> катушки:

<math> T_i = L / R_i \mbox{.}</math>

При стремлении <math> R_i </math> к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

В цепи синусоидального тока, ток в катушке по фазе отстаёт от фазы напряжения на ней на π/2.

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

<math> F\ = m{dv \over dt}</math> ↔ <math>|\varepsilon| = L{dI \over dt}</math>,

где

<math> F\ </math> ↔ <math>|\varepsilon| </math> ↔ <math>U\ </math> ; <math>m\ </math> ↔ <math>L\ </math> ; <math>dv\ </math> ↔ <math>dI\ </math>

<math> E_\mathrm{coxp} = {1 \over 2} L I^2 </math> ↔ <math> E_\mathrm{kinet} = {1 \over 2} m v^2 </math>

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку, к силе протекающего тока. N \frac1{L_i}}\mbox{.}</math>

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь <math>R_{\Pi OT}</math>. Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

<math>R_{\Pi OT} = r_w + r_d +r_s + r_e\mbox{,}</math>

где <math>r_w</math> — потери в проводах,

<math>r_d</math> — потери в диэлектрике,

<math>r_s</math> — потери в сердечнике,

<math>r_e</math> — потери на вихревые токи

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

• Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
• Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
• В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

• Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери, характерные для диэлектриков конденсаторов).
• Потери, обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

В общем случае можно заметить, что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика — на «гистерезис».

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между реактивным и активным сопротивлениями катушки. Добротность равна:

<math> Q = \frac{\omega{}L}{R_{\Pi OT}} \mbox{.} </math>

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

Практически добротность лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями, намоткой вида «универсаль», применением посеребрённого провода, применением многожильного провода вида «литцендрат» для снижения потерь, вызванных скин-эффектом.

Паразитная ёмкость и собственный резонанс

Межвитковая паразитная ёмкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка эквивалентно представляет собой идеальную индуктивность, включенной последовательно с резистором активного сопротивления обмотки с присоединенной параллельно этой цепочке паразитной ёмкостью (см. рис). В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостный. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты. .

На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

ТКИ — это параметр, характеризующий зависимость индуктивности катушки от температуры.

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки. Очень существенно влияние температуры на магнитную проницаемость ферромагнетика сердечника:

<math> TKL = \frac{\Delta L}{L \Delta T} \mbox{.}</math>

Температурный коэффициент добротности (ТКД)

ТКД — это параметр, характеризующий зависимость добротности катушки от температуры. Температурная нестабильность добротности обусловлена тем же рядом факторов, что и индуктивности.

<math> TKQ = \frac{\Delta Q}{Q \Delta T} \mbox{.}</math>

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности, используемые в радиотехнике

Эти катушки используются совместно с конденсаторами для организации резонансных контуров. Они должны иметь высокую термо- и долговременную стабильность, и добротность, требования к паразитной ёмкости обычно несущественны.

Катушки связи, или трансформаторы связи

Взаимодействующие магнитными полями пара и более катушек обычно включаются параллельно конденсаторам для организации колебательных контуров. Такие катушки применяются для обеспечения трансформаторной связи между отдельными цепями и каскадами, что позволяет разделить по постоянному току, например, цепь базы последующего усилительного каскада от коллектора предыдущего каскада и т. д. К нерезонансным разделительным трансформаторам не предъявляются жёсткие 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 (коэффициент взаимоиндукции).

Вариометры

Это катушки, индуктивностью которых можно управлять (например, для перестройки частоты резонанса колебательных контуров) изменением взаимного расположения двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая обычно располагается внутри первой и вращается (ротор). Существуют и другие конструкции вариометров. При изменении положения ротора относительно статора изменяется степень взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника относительно обмотки, либо изменением длины воздушного зазора замкнутого магнитопровода.

Дроссели

Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Дроссели включаются последовательно с нагрузкой для ограничения переменного тока в цепи, они часто применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента, а также в качестве балласта для включения разрядных ламп в сеть переменного напряжения. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины или кольца), нанизанные на отдельные провода или группы проводов (кабели) для подавления синфазных высокочастотных помех.

Сдвоенные дроссели

Это две намотанных встречно или согласованно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. При согласной намотке эффективны для подавления дифференциальных помех. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике^[2][3]. Предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов из питающей сети, так и во избежание проникновения в питающую сеть электромагнитных помех, генерируемых устройством. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный сердечник (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — сердечник ферритовый.

Применение катушек индуктивности

• Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т.  п.
• Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
• Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
• Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
• Катушки используются также в качестве электромагнитов — исполнительных механизмов.
• Катушки применяются в качестве источника энергии для нагрева индуктивно-связанной плазмы, а также её диагностики.
• Для радиосвязи — приёма электромагнитных волн, редко — для излучения:
• Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
• Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.
• Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах^[4]
• Для создания магнитных полей в ускорителях элементарных частиц, магнитного удержания плазмы, в научных экспериментах, в ядерно-магнитной томографии. Мощные стационарные магнитные поля, как правило, создаются сверхпроводящими катушками.
• Для накопления энергии.

См. также

Напишите отзыв о статье «Катушка индуктивности»

Примечания

1. ↑ [www.convenientpower.com/resource/b.pdf Evaluation of the shielding effects on printed-circuit-board transformers]
2. ↑ [www.electrosad.ru/Jornal/VidPom0.htm А. Сорокин — Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними.]
3. ↑ [usht.ru/articles/add-on/electro_ext Электропитание аппаратуры]
4. ↑ [www. earthsci.unimelb.edu.au/ES304/MODULES/MAG/NOTES/fluxgate.html Fluxgate Magnetometer] (недоступная ссылка с 22-05-2013 (2798 дней) — история, копия) (англ.)

Литература

Ссылки

• [electricalschool.info/main/osnovy/448-katushka-induktivnosti-v-cepi.html Катушка индуктивности в цепи переменного тока]
• [coil32.ru Все о расчете индуктивности]
• [www.compel.ru/FLGnW8/ Параметрический поиск по индуктивностям]

Индуктивность шагового двигателя

Таким образом, наглядно можно увидеть влияние индуктивности на скорость накачки обмоток током. Чем выше индуктивность, тем медленнее возрастает ток и тем медленнее возрастает величина магнитного потока (L x I). Хотя формула указывает на то, что при большей индуктивности итоговое значение магнитного потока будет выше, чем у двигателя с меньшей индуктивностью, что справедливо если мы не имеем ограничений по размеру двигателя, но по факту размер двигателя определен и обмотки должны в него вписываться геометрически. Поэтому приведенный выше график справедлив только при сравнении двигателей разных размеров с одинаковым током насыщения обмоток, но не одинаковыми обмотками. Простым языком:

 — Место (пространство) для обмоток статора в двух одинаковых по длине и фланцу двигателях равно и неизменно, следовательно двигатель, обладающий характеристикой силы тока в 2 А имеет толщину провода обмоток условно (для простоты понимания) в 2 раза меньше, чем двигатель с характеристикой рабочего тока 4 А, из чего следует наша следующая зависимость; 

— Индуктивность прямо пропорциональна числу витков обмоток, и шаговый двигатель с характеристикой по току в 2 А, имея более тонкий провод будет иметь обмотки, намотанные большим числом витков, чем двигатель с характеристикой по току в 4 А и, следовательно, будет иметь более высокое значение параметра индуктивности чем второй двигатель, при равном магнитном потоке, так как он равен произведению тока на индуктивность (меньший ток х большую индуктивность = больший ток х на меньшую индуктивность), что оставляет неизменной характеристику крутящего момента для обоих случаев; 

— Индуктивность не влияет на крутящий момент, момент практически всегда определяется размером двигателя; 

— Индуктивность не влияет на скорость, она влияет на отношение крутящего момента к скорости. На практике полка момента обоих двигателей будет примерно одинакова, но при разных напряжениях, больше индуктивность – меньше максимальный ток, меньше индуктивность – больше максимальный ток. Следовательно индуктивность хоть и оказывает сопротивление прокачке обмотки током, но будучи связанной с ним через сечение проводника и количество витков, её влияние уравновешивается в обоих случаях. В первом случае она оказывает большее сопротивление, но ток насыщения меньше и достигнуть нужно меньшей планки, чем во втором случае, но в последнем сопротивление насыщению меньше (меньше индуктивность), но планка тока насыщения в два раза выше. На скорость больше влияет характеристика проводника, отношение тока к индуктивности, а также размер самих катушек. Поэтому шаговые двигатели большого размера неизменно будут медленнее двигателей малогабаритных при равном напряжении. Именно взаимоотношение индуктивности (индуктивного сопротивления), силы тока и напряжения определяют скоростную характеристику шагового двигателя, раздельно эти три параметра рассматривать в контексте сравнения одинаковых по размерам двигателей некорректно, так как они, в большей степени, связаны механически параметрами корпуса. Но при одинаковой скорости и одинаковом напряжении 

 — Большая индуктивность позволяет применить источник тока с большим напряжением, меньшая индуктивность позволяет работать с низковольтными блоками питания для достижения одного и того же результата по крутящему моменту в рамках рассмотрения двигателей равных размеров. «Правила» Марриса Фриеманниса в какой-то мере подтверждают вышеизложенное о индуктивности шагового двигателя:

 Основное правило 1: 

Индуктивность обмотки равна квадрату N, где N – количество витков обмотки. При сравнении двух обмоток, состоящих из 10 витков и 30 витков, индуктивность второй будет больше индуктивности первой в 9 раз (10² = 100, 30² = 900).

 Основное правило 2:

 Отношение мощности шагового двигателя (P) к напряжению источника питания (V) и индуктивности (L) может быть выражено как: P=V÷√L 

Общие сведения об индуктивности »Электроника

Понимание основ индуктивности позволяет более эффективно использовать катушки индуктивности и трансформаторы.

---

Индуктивность и руководство по трансформатору Включает:
Индуктивность Символы Закон Ленца Собственная индуктивность Расчет индуктивного реактивного сопротивления Теория индуктивного реактивного сопротивления Индуктивность проволоки и катушек Трансформеры

---

Индуктивность — ключевой параметр в электрических и электронных схемах.Подобно сопротивлению и емкости, это базовое электрическое измерение, которое в той или иной степени влияет на все цепи.

Индуктивность используется во многих областях электрических и электронных систем и схем. Компоненты могут быть разных форм и называться разными именами: катушки, индукторы, дроссели, трансформаторы,. . . Каждый из них также может иметь множество различных вариантов: с сердечником и без сердечника, а материалы сердечника могут быть разных типов.

Понимание индуктивности, различных форм и форматов катушек индуктивности и трансформаторов помогает понять, что происходит в электрических и электронных цепях.

Термин индуктивность был введен Оливером Хевисайдом в 1886 году. Принято использовать символ L для обозначений индукторов, показанных на принципиальных схемах, и индуктивности в уравнениях в честь физика Генриха Ленца.

Основы индуктивности

Индуктивность — это способность катушки индуктивности накапливать энергию в магнитном поле, создаваемом потоком электрического тока.

Энергия требуется для создания магнитного поля, и эта энергия должна высвобождаться, когда поле падает.

В результате магнитного поля, связанного с протеканием тока, индукторы генерируют противоположное напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в цепи.

Индуктивность возникает из-за магнитного поля, создаваемого электрическими токами, протекающими в электрической цепи. Обычно катушки с проволокой используются, поскольку катушка увеличивает связь магнитного поля и усиливает эффект.

Существует два способа использования индуктивности:

• Самоиндукция: Самоиндукция — это свойство цепи, часто катушки, в результате чего изменение тока вызывает изменение напряжения в этой цепи из-за магнитного эффекта, вызванного протеканием тока. Можно видеть, что самоиндукция применяется к одной цепи — другими словами, это индуктивность, обычно в пределах одной катушки. Этот эффект используется в одиночных катушках или дросселях.
  
• Взаимная индуктивность: Взаимная индуктивность — это индуктивный эффект, когда изменение тока в одной цепи вызывает изменение напряжения во второй цепи в результате магнитного поля, которое связывает обе цепи. Этот эффект используется в трансформаторах.

Определение единиц индуктивности

При обозначении катушки индуктивности на принципиальной схеме или в уравнении обычно используется символ «L».На принципиальных схемах индукторы обычно пронумерованы, L1, L2 и т. Д.

Единицей индуктивности в системе СИ является генри, H, который можно определить как скорость изменения тока и напряжения.

Определение генри:

Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, и это приводит к электродвижущей силе в один вольт.

Один генри равен 1 Вб / А.

Индуктивность — что происходит

Когда ток течет внутри проводника, будь то прямой или в форме катушки, вокруг него создается магнитное поле, и это влияет на то, как нарастает ток после замыкания цепи.

С точки зрения того, как индуктивность влияет на электрическую цепь, это помогает взглянуть на то, как она работает, сначала для постоянного, а затем для переменного тока. Хотя они следуют одним и тем же законам и результат одинаковый, это помогает объяснению, пример постоянного тока проще, и тогда это объяснение можно использовать в качестве основы для случая переменного тока.

• Постоянный ток: Когда цепь сделана, ток начинает течь.Когда ток увеличивается до постоянного значения, создаваемое магнитное поле приобретает свою окончательную форму. Когда это происходит, магнитное поле изменяется, поэтому это индуцирует напряжение обратно в саму катушку, как и следовало ожидать в соответствии с законом Ленца.
  Дроссель в цепи с батареей и резистором Постоянная времени T в секундах цепи, которая будет включать в себя значение индуктивности L Henries и соответствующее сопротивление цепи R Ом, может быть рассчитана как L / R. T — это время, за которое ток I amps повысится до 0.63 его окончательного установившегося значения V / R. Энергия, запасенная в магнитном поле, составляет 1/2 L I ² .
  Рост тока при приложении постоянного напряжения к катушке индуктивности Когда ток отключается, это означает, что фактически сопротивление цепи внезапно возрастает до бесконечности. Это означает, что отношение L / R становится очень малым и магнитное поле очень быстро падает. Это представляет собой большое изменение магнитного поля, и, соответственно, индуктивность пытается поддерживать ток, и устанавливается обратная ЭДС, чтобы противодействовать этому, возникающему из-за энергии, хранящейся в магнитном поле.Наличие напряжения означает, что на контакте переключателя могут появиться искры, особенно при разрыве контакта. Это приводит к появлению ямок на контактах и ​​износу любых механических переключателей. В электронных схемах эта обратная ЭДС может разрушить полупроводниковые устройства, поэтому часто используются способы уменьшения этой обратной ЭДС.
• Переменный ток: Для случая, когда переменный ток проходит через катушку индуктивности, используются те же основные принципы, но, поскольку форма волны повторяется, мы склонны смотреть на то, как реагирует катушка индуктивности, несколько иначе: так удобнее.

  По самой своей природе переменная форма волны постоянно меняется. Это означает, что результирующее магнитное поле всегда будет изменяться, и всегда будет создаваться наведенная обратная ЭДС. Результатом этого является то, что индуктор препятствует прохождению через него переменного тока из-за индуктивности. Это в дополнение к вызванному сопротивлением омическому сопротивлению провода.

  Это означает, что если омическое сопротивление катушки индуктивности низкое, она будет пропускать постоянный ток, постоянный ток с небольшими потерями, но может иметь высокое сопротивление для любого высокочастотного сигнала. Эта характеристика катушки индуктивности может использоваться для обеспечения того, чтобы любые высокочастотные сигналы не проходили через катушку индуктивности.

Еще одним аспектом индуктивности является то, что реактивное сопротивление катушки индуктивности и реактивное сопротивление конденсатора могут действовать вместе в цепи, подавляя друг друга. Это называется резонансом и широко используется в полосовых фильтрах.

Индуктивность проводов и катушек

Прямые провода и катушки имеют индуктивность. Обычно катушки используются для индукторов, потому что связь магнитного поля между различными витками катушки увеличивает индуктивность и позволяет удерживать провод в меньшем объеме.

Для большинства низкочастотных приложений индуктивностью прямого провода можно пренебречь, но по мере увеличения частоты в диапазоне УКВ и за его пределы индуктивность самого провода может стать значительной, и соединения должны быть короткими, чтобы минимизировать влияние. .

Доступно

расчетов, позволяющих достаточно точно рассчитать индуктивность проводов, но индуктивность катушек немного сложнее и зависит от множества факторов, включая форму катушки и постоянную материала внутри и вокруг катушки. .

Индуктивность — ключевой аспект проводов и катушек. Индуктивность — это незаменимая характеристика, которая может быть очень полезна во многих схемах.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение Текущий Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия». . .

Индуктивность | электроника | Britannica

Индуктивность , свойство проводника (часто в форме катушки), которое измеряется величиной электродвижущей силы или напряжения, индуцированного в нем, по сравнению со скоростью изменения электрического тока, который производит напряжение. Постоянный ток создает стационарное магнитное поле; Постоянно меняющийся ток, переменный ток или флуктуирующий постоянный ток создают изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу в проводнике, присутствующем в поле. Величина наведенной электродвижущей силы пропорциональна скорости изменения электрического тока. Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью и определяется как значение электродвижущей силы, индуцированной в проводнике, деленное на величину скорости изменения тока, вызывающего индукцию.

Британская викторина

Электричество: короткие замыкания и постоянный ток

В чем разница между электрическим проводником и изолятором? Кто придумал батарею? Почувствуйте, как ваши клетки горят, когда вы заряжаете свою умственную батарею, отвечая на вопросы этой викторины.

Если электродвижущая сила индуцируется в проводнике, отличном от того, в котором изменяется ток, это явление называется взаимной индукцией, примером которой может служить трансформатор.Однако изменение магнитного поля, вызванное изменяющимся током в проводнике, также индуцирует электродвижущую силу в самом проводнике, по которому протекает изменяющийся ток. Такое явление называется самоиндукцией, а отношение индуцированной электродвижущей силы к скорости изменения тока определяется как самоиндукция.

Самоиндуцированная электродвижущая сила противостоит изменению, которое ее вызывает. Следовательно, когда ток начинает течь через катушку с проволокой, он встречает сопротивление потоку в дополнение к сопротивлению металлической проволоки.С другой стороны, когда электрическая цепь, несущая постоянный ток и содержащая катушку, внезапно размыкается, схлопывающееся и, следовательно, уменьшающееся магнитное поле вызывает индуцированную электродвижущую силу, которая стремится поддерживать ток и магнитное поле и может вызвать искру. между контактами переключателя. Таким образом, самоиндуктивность катушки или просто ее индуктивность можно рассматривать как электромагнитную инерцию, свойство, которое противодействует изменениям как токов, так и магнитных полей.

Индуктивность зависит от размера и формы данного проводника, количества витков, если это катушка, и типа материала рядом с проводником. Катушка, намотанная на сердечник из мягкого железа, гораздо более эффективно подавляет увеличение тока, чем такая же катушка с воздушным сердечником. Железный сердечник увеличивает индуктивность; при той же скорости изменения тока в катушке большая противодействующая электродвижущая сила (противоэдс) присутствует, чтобы подавить ток.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Единицей измерения магнитной индукции является генри, названный в честь американского физика 19 века Джозефа Генри, который первым обнаружил явление самоиндукции. Один генри эквивалентен одному вольту, разделенному на один ампер в секунду. Если ток, изменяющийся со скоростью один ампер в секунду, индуцирует электродвижущую силу в один вольт, цепь имеет индуктивность в один генри, то есть относительно большую индуктивность.

Джозеф Генри

Джозеф Генри.

Hulton Archive / Getty Images

Как рассчитать индуктивность катушки (однослойные, цилиндрические индукторы с воздушным сердечником)

Индуктивность катушки зависит от ее геометрических характеристик, количества витков и способа намотки катушки.Чем больше диаметр, длина и большее количество витков обмотки, тем больше ее индуктивность.

Если катушка намотана плотно, от поворота к витку, то она будет иметь большую индуктивность, чем катушка с неплотной намоткой, с промежутками между витками. Иногда вам нужно намотать катушку с заданной геометрией, а у вас нет провода с требуемым диаметром, тогда, если вы используете более толстую проволоку, вам следует немного увеличить количество витков, а если использовать более тонкую проволоку, это нужно для уменьшения количества витков катушки, чтобы получить требуемую индуктивность.

Все вышеперечисленное относится к обмоткам без ферритовых сердечников.

Индуктивность однослойных катушек на цилиндрических формах обмоток можно рассчитать по формуле:

L = ( D /10) ² * n ² /(4,5 * D + 10 * l ) (1)

Где
L — индуктивность катушки, мкГн;
D — диаметр катушки (диаметр формовки), мм;
л — длина змеевика, мм;
n — количество витков обмоток.

В расчете может быть две задачи:

А. Приведена геометрия катушки, найти индуктивность;
В. Дана индуктивность катушки, посчитайте количество витков и диаметр провода.

В случае «А» все данные приведены, индуктивность найти несложно.

Пример 1. Рассчитаем индуктивность катушки, показанной на рисунке выше. Подставьте значения в формулу 1:

L = (18/10) ² * 20 ² / (4.5 * 18 + 10 * 20) = 4,6 мкГн

Во втором случае известны диаметр катушки и длина намотки. Длина намотки зависит от количества витков и диаметра проволоки. Поэтому рекомендуется производить расчет именно в таком порядке. Исходя из геометрических соображений, определите размер катушки, диаметр и длину намотки, а затем подсчитайте количество витков по формуле:

n = 10 * (5 * L * (0,9 * D + 2 * л )) ^1/2 / D (2)

После того, как вы нашли количество витков, определите диаметр провода с изоляцией по формуле:

d = l / n (3)

Где
d — диаметр проволоки, мм;
л — длина намотки, мм;
n — количество витков.

Пример 2. Нам нужно сделать катушку диаметром 10 мм и длиной намотки 20 мм, катушка должна иметь индуктивность 0,8 мкГн. Обмотка однослойная, от поворота к повороту.

Подставляем значения в формулу 2, получаем:
n = 10 * (5 * 0,8 * (0,9 * 10 + 2 * 20)) ^1/2 /10 = 14

Диаметр проволоки: d = 20/14 = 1,43 мм

Для намотки катушки проводом меньшего диаметра необходимо разместить полученные расчетным путем 14 витков по всей длине катушки (20 мм) с равными интервалами между витками (шаг намотки). Индуктивность катушки будет на 1-2% меньше номинальной, это следует учитывать при изготовлении этих катушек. Чтобы намотать катушку проволокой толще 1,43 мм, новый расчет следует производить с увеличенным диаметром или длиной обмотки катушки. Вам также может потребоваться увеличить диаметр и длину одновременно, пока не получите желаемые размеры катушки для данной индуктивности.

Следует отметить, что приведенные выше формулы предназначены для расчета катушек с длиной намотки l равной или больше половины диаметра.Если длина намотки меньше половины диаметра намотки D /2, более точные результаты можно получить, используя следующие формулы:

L = (D /10) ² * n ² / ((4 D +11 l )) (4)

и

n = (10 L * (4 D +11 l )) ^1/2 / D (5)

Артикул: «300 практических советов»

% PDF-1.3 % 3511 0 obj> endobj xref 3511 93 0000000016 00000 н. 0000003939 00000 н. 0000002204 00000 н. 0000004198 00000 н. 0000004588 00000 н. 0000004895 00000 н. 0000005042 00000 н. 0000005184 00000 п. 0000005331 00000 п. 0000005473 00000 п. 0000005615 00000 н. 0000005757 00000 н. 0000005904 00000 н. 0000006046 00000 н. 0000006188 00000 п. 0000006330 00000 н. 0000006476 00000 н. 0000006617 00000 н. 0000006759 00000 н. 0000006901 00000 н. 0000007048 00000 н. 0000007194 00000 н. 0000007340 00000 н. 0000007487 00000 н. 0000007629 00000 н. 0000007776 00000 н. 0000007918 00000 п. 0000008065 00000 н. 0000008207 00000 н. 0000008349 00000 п. 0000008496 00000 н. 0000008637 00000 н. 0000008779 00000 н. 0000008921 00000 н. 0000009063 00000 н. 0000009205 00000 н. 0000009345 00000 п. 0000009490 00000 н. 0000009959 00000 н. 0000010530 00000 п. 0000010771 00000 п. 0000010849 00000 п. 0000011096 00000 п. 0000011658 00000 п. 0000012003 00000 п. 0000012041 00000 п. 0000012264 00000 п. 0000012780 00000 п. 0000013996 00000 п. 0000014535 00000 п. 0000014752 00000 п. 0000015344 00000 п. 0000015814 00000 п. 0000016451 00000 п. 0000016948 00000 н. 0000017090 00000 п. 0000017136 00000 п. 0000017614 00000 п. 0000018116 00000 п. 0000051274 00000 п. 0000053945 00000 п. 0000053999 00000 п. 0000054053 00000 п. 0000054107 00000 п. 0000054161 00000 п. 0000054215 00000 п. 0000054269 00000 п. 0000054323 00000 п. 0000054377 00000 п. 0000054431 00000 п. 0000054485 00000 п. 0000054539 00000 п. 0000054593 00000 п. 0000054647 00000 п. 0000054701 00000 п. 0000054755 00000 п. 0000054810 00000 п. 0000054865 00000 п. 0000054920 00000 н. 0000054975 00000 п. 0000055030 00000 п. 0000055085 00000 п. 0000055140 00000 п. 0000055195 00000 п. 0000055250 00000 п. 0000055305 00000 п. 0000055360 00000 п. 0000055415 00000 п. 0000055470 00000 п. 0000055525 00000 п. 0000055580 00000 п. 0000055635 00000 п. 0000003697 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 3513 0 obj> поток x ڼ V {LSg? m7iU, \ uFJt @ ˣZn͒p -! «NYh4 šd٢}} j ߾ |; [

Как использовать измерительные приборы для измерения индуктивности

Любое проводящее тело имеет определенную конечную индуктивность. Эта индуктивность является внутренним свойством проводящего тела и всегда одинакова, независимо от того, находится ли этот проводник или устройство под напряжением в электрической цепи или находится на полке на складе.

Индуктивность сегмента прямого провода можно значительно увеличить, намотав его в виде спиральной катушки, после чего магнитные поля, установленные вокруг соседних витков, объединяются, чтобы создать единое более сильное магнитное поле. Индуктивность катушки зависит от квадрата количества витков.

Индуктивность катушки также значительно увеличивается, если катушка построена вокруг сердечника, который состоит из материала, имеющего высокую проницаемость для магнитного потока. (Поток — это произведение среднего магнитного поля на перпендикулярную площадь, которую оно пересекает. Поток в магнитной цепи аналогичен току в электрической цепи.) Это ситуация с силовыми трансформаторами, принадлежащими коммунальным предприятиям, и другими катушками, предназначенными для работы при 50 или 60 Гц. Индуктивные эффекты более выражены на более высоких частотах, поэтому для ВЧ-индуктора обычно достаточно воздушного сердечника.

Одним из определяющих качеств катушки является то, что при снятии приложенного напряжения, прерывая ток, магнитное поле схлопывается, и электрическая энергия, ранее использовавшаяся для создания магнитного поля, резко возвращается в цепь. Это просто проявление того факта, что магнитное поле и проводник, движущиеся друг относительно друга, индуцируют в проводнике ток.

Скорость изменения тока в катушке индуктивности пропорциональна приложенному к ней напряжению, как определено известным уравнением:

В = L dI / dt

Где L — индуктивность в генри, V — напряжение, I — ток, а t — время.Подобно конденсатору и в отличие от резистора, сопротивление катушки индуктивности зависит от частоты. Импеданс — это векторная сумма сопротивления (когда и если в цепи есть резистор или эквивалент) и индуктивного или емкостного реактивного сопротивления. В конденсаторе более высокая частота означает меньшее емкостное реактивное сопротивление. В катушке индуктивности более высокая частота соответствует более высокому индуктивному сопротивлению. Катушка не препятствует прохождению постоянного тока, за исключением следующих случаев:
• Небольшое сопротивление из-за допустимой нагрузки провода
• Мгновенное индуктивное сопротивление при первом включении катушки из-за работы, необходимой для установления магнитного поля .(Во время нарастания постоянный ток по существу является переменным.)
Уравнение емкостного реактивного сопротивления:

Х _С = 1 / 2πfC

Где X _C = емкостное реактивное сопротивление в Ом; f = частота в герцах; C = емкость

Уравнение индуктивного сопротивления:

X _L = 2πfL

Где X _L = индуктивное реактивное сопротивление в Ом; f = частота в герцах; L = индуктивность

Эти уравнения обладают поразительной симметрией. Одно является зеркальным отображением другого, разница заключается в роли, которую играет частота.В емкостном реактивном сопротивлении f находится в знаменателе, а в индуктивном реактивном сопротивлении — в числителе. Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление, а также общий импеданс выражаются в омах, как и в сопротивлении постоянному току, и полностью соответствуют закону Ома, при том понимании, что эти свойства меняются в зависимости от частоты.

Мультиметры высшего класса часто имеют емкостной режим. Чтобы провести это измерение, просто исследуйте провода исследуемого устройства. В интересах безопасности и точности может потребоваться разрядка устройства с высокой емкостью, такого как электролитический конденсатор, с использованием разумного сопротивления в течение соответствующего периода времени.Шунтирование его отверткой не является хорошей практикой, потому что электролит может быть проколот из-за сильного тока, не говоря уже о вспышке дуги в больших устройствах. После разряда проверьте, проверив напряжение.

Конденсаторы, измеренные с помощью мультиметра в режиме измерения емкости, могут показывать низкие значения на целых 10%. Этой точности достаточно для многих приложений, таких как пусковая цепь для электродвигателя или для фильтрации источника питания. Более высокая точность достигается при динамическом испытании.Одна из стратегий прецизионных измерений состоит в создании схемы, преобразующей емкость в частоту, которую затем можно определить с помощью счетчика.

Для измерения индуктивности устройства, внутренней индуктивности цепи или более распространенной распределенной индуктивности лучше всего подходит измеритель LCR. Он подвергает тестируемое устройство (надлежащим образом разряженное и изолированное от любых внешних цепей, которые могли бы возбудить его или создать несущественный параллельный импеданс) переменным напряжением известной частоты, обычно равным среднеквадратичному значению вольта на частоте 1 килогерц.Измеритель одновременно измеряет напряжение на устройстве и ток через него. Из отношения этих величин алгебраически вычисляется импеданс.

Затем усовершенствованные измерители измеряют фазовый угол между приложенным напряжением и результирующим током. Они используют эту информацию для отображения эквивалентной емкости, индуктивности и сопротивления рассматриваемого устройства. Измеритель работает в предположении, что обнаруживаемые им емкость и индуктивность существуют в параллельной или последовательной конфигурации.

Конденсаторы

имеют некоторую непредусмотренную индуктивность и сопротивление из-за их выводов и пластин. Точно так же у катушек индуктивности есть некоторое сопротивление из-за их выводов, и у них есть определенная емкость, потому что их выводы приравниваются к пластинам. Точно так же резисторы, как и полупроводники на высоких частотах, приобретают емкостные и индуктивные свойства.

Как правило, измеритель предполагает, что подразумеваемые устройства подключены последовательно, когда он выполняет измерения LR. Точно так же предполагается, что они параллельны, когда проводятся измерения CR, из-за последовательной геометрии катушки и параллельной геометрии конденсатора.

Многие измерители LCR подают выходной сигнал источника сигнала через резистор истока на неизвестное устройство Z _X и резистор диапазона R _r . Усилитель заставляет тот же ток, который течет через неизвестное устройство, течет через R _r , ​​приводя соединение неизвестного устройства и R _r к 0 В. Напряжения V ₁ и V ₂ через неизвестное устройство и R _r , ​​соответственно, подключены к селекторному переключателю. Выход переключателя подключен к дифференциальному усилителю.Действительная и мнимая составляющие сигналов напряжения и тока получаются путем умножения этих напряжений на прямоугольную волну, когерентную со стимулом (в фазовом детекторе). Это дает выходной сигнал, пропорциональный синфазной или квадратурной составляющей напряжения. Выходной сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь с двумя характеристиками, который считывает MCU. Комплексное отношение напряжения к току равно комплексному импедансу. Другие параметры, такие как L и C, вычисляются математически из скорректированного значения импеданса.

Портативные и настольные измерители LCR в более продвинутых моделях позволяют пользователю выбирать частоту подаваемого переменного напряжения. Обоснование заключается в том, что тестируемый индуктор или конденсатор будет реагировать более характерным образом в пределах дискретной полосы частот.

Настольные измерители LCR

также обычно включают четырехпроводную опцию (по Кельвину), которая значительно повышает стабильность и точность измерений с низким импедансом, когда контакт наконечника зонда может нарушить показания.

Индуктивность, емкость или сопротивление можно измерить с помощью мостовой схемы. Для этого измерения переменные калиброванные элементы обнуляются на детекторе, в отличие от измерения фазового угла, как в обычном измерителе LCR.

Если измеритель LCR недоступен, существуют различные методы измерения индуктивности с помощью осциллографа. Один из методов измерения индуктивности в зависимости от наклона вольт-амперной характеристики включает подключение катушки индуктивности к импульсному источнику напряжения с рабочим циклом менее 50%. С помощью токового пробника осциллографа считайте пиковый ток в амперах и время между импульсами в микросекундах. Умножьте эти суммы и разделите произведение на пиковый ток. Это величина индуктивности тестируемого устройства.

Другой метод измерения индуктивности с помощью осциллографа заключается в последовательном подключении резистора известного номинала к проверяемой катушке индуктивности и подаче сигнала. Частота регулируется таким образом, чтобы на обоих устройствах было одинаковое напряжение.

Третий метод определения индуктивности устройства состоит в размещении катушки индуктивности параллельно с известной емкостью.Результирующий контур резервуара затем включается последовательно с резистором, и резонансная частота определяется с помощью осциллографа. Исходя из этого, можно рассчитать индуктивность.

Эти методы, хотя и являются жизнеспособными, требуют некоторых схемотехнических работ и обширных вычислений, в то время как измеритель LCR обеспечивает прямое считывание с достаточной точностью для большинства приложений.