Таблица 2.13. Характеристики некоторых серийно выпускаемых катушек индуктивности

Тип катушки

Параметр

Оцнослоттая с не- Многослойная с незамкнутым Mai-uH- замкнутым магни-топроводом тоироводом

Многослойная броневого типа

материал сердеч- материал сердсч-

мат>иал сердея-

В настоящее время выпускаются радиочастотные катушки индуктивности, рассчитанные в соответствии с серией Е6 на фиксированн! е значения частоты с индуктивностями от 1 мкГн до 10 мГн. Для подстройки резонансных контуров желательно иметь катушки с регулиру -мой индуктивностью.

В табл. 2.13 пртаедены характеристики некоторых серийно выпускаемых катушек индуктивности.

Однослойные с незамкнутьтм магнитопроводом катушки индуктивности применяются в цепях настройки приборов. Многослойные с не замкнутым магнитопроводом кагушки используются в фильтрах и высокочастотных трансформаторах. Многослойные катушки броневого типа с сердечником из феррита применяются в фильтрах низких и средних частот и трансформаторах, а аналогичные катушки, но со стальньт л сердечником используются в сглаживающих дросселях и низкочастотных фильтрах.

Формулы дли расчета катушки

Основные аппроксимирующие соогноптения, используемые при ироек-хировании KaryujCK индуктивности, имеют следующий вид.

1. Параметры однослойных катушек у которых отношение длины к диаметру больше 5, определяются в виде

201+ 9d

2,24

N/L(20r+W,

где L - индуктивность, мкГн; N-число витков; d - диаметр катушки, см; / - длина намотки, см.

2. Параметры многослойных катушек, у которых отноше1ше диаметра к длине больше 1, опреде-шются в виде

lOOd

N =-

где L - инвдктивность, mkI>j; Л - число витков; - средний диаметр обмотки, см- d - толщина обмотки, см.

Одно- и многослойные катушки с незамкнутым ферритовым магнитопроводом будут иметь индуктвдность в 1,5-3 раза бо.шше в зависимости от свойств и конфигурации сердечника. Латунный сердечник, вставленный вместо ферритового. уменьшит индуктивность до 60-90% по сравнению с ее значением без сердечника.

npKtfep 2.21. Катушка давдктивности без магнитного сердечника юнеет диаметр 0,8 и длину 5 см. Ее инд>ктивность равна 40 мкГн. Определите число вигков кагушки.

Отношение длины катушки к диаметру превышает 5:1, поэтому слехоет воспользоваться формулой

N = VT(20r+9rf).

где d = 0,8 см; ? = 5 см; i = 40 мкГн.

После подстановки в формулу соответствующих численных значений Получаем

Л- =

2.24 0,8

v40(20-5 + 9 0,8/ = 131 вит.

Для сокращения чиспа витков при сохранении той же индуктивносгн можно использовать ферритовый сердечник.

При изготовлении катушек индуктивностью от 100 мкГн до 100 мГн для областей низких и средних частот целесообразно применить чашечные ферритовые броневые сердечники серии RM. Материал, из которого они изготовлены, бывает трех типов: А13, Q3 и N28.

Таблица 2.14. Основные харяктеристнки ферритовыч магнитопроводов серии RM

Тип магнитопровода

Магнитопровод в этом случае состоит из двух подогнанных друг к лругу чашек, к которым прилагаются односекционная катушка, две крепежные клипсы и подстроечный стержень.

В табл. 2.14 приведены основные харчктеристики ферритовых магнитопроводов серии RM.

Необходимая индуктивность и число витков Morvi быть вычислены по формулам

где .V - число витков; L - индуктивность, нГн; Aj - коэффишгент индуктивности, нГнвит.

Всегда нужно помнить о юм, что прежде, чем рассчитывать индук-тивчость, следует определить число витков, которые могут поместиться на данной катушке. Чем меньше диаметр провода, тем больше число витков, но тем больше сопротивление провода и, естественно, его нагрев из-за выделяющейся мошности, равной PR. Действующее значение тока катушки не должно превышать 100 .мА для провода диаметром 0,2 .мм. 750 мА - для 0,5 мм и 4 А - дчк 1 мм.

Пример 2.22. Нужно выбрать сердечник серии RM для илготовтения катушки индуктивностью 2 мГн, работающей на частоге 3,5 кГц. Рассчитайте диаметр провода и число витков обмотки, если действующее значение тока равно 500 мА.

Для работы иа заданной частоте подходят сердечники типа RM7 и RM10. В соответствии с вьшкприведенной рекомендацией дтя тока 500 мА годится провод диаметром 0,5 мм. Число витков

где i = 2 мГн = 2-10* нГн; = 250.

Следовательно, N =

2 10*

- = 89 вит.

Такое количество витков может поместиться только на катуппсе сердечника RM10 (см. табп. 2.15).

Небольшие замечания и советы

Индуктивность кагушек со стальным сердечником очень быстро уменьшается с ростом постоянной составляющей гока обмотки. Это нужно иметь в виду особенно при проектировании сглаживающих фильтров источников электропитания.

Максимальный ток катушки зависит от температуры окружающей Ч5еды, причем он датжен уменьшаться с се увеличением. Поэтому дш обеспечения надежной работы устройства следует обеспечить большой запас по току.

Ферритовые тороидальные сердечники эффективны для изготовления фильтров и трансформаторов на частотах выше 30 МГц. При этом t)6-мотки состоят всего лишь из нескольких витков.

При использовании любых типов сердечников часть магнитных сило-Bbix линий замыкается не по магнитопроводу, а через окружающее его Пространство. Особенно сильно этот эффект проявляется в случае незамкнутых маппггопроводов. Заметим, что эти магнигныс поля рассеяния являются источниками помех, поэтому в аппаратуре сердечники Нужно размещать так, чтобы по возможности уменьш1;гь эти помехи.

Катушки индуктивности имеют определенную паразитную емкость, Которая образует колебательный котур в сочегании с гадукхивностью Катушки (рис. 2.23). Резонансн.)Я частота такого контура для разных типов катушек может варьироваться в пределах от 20 кГц до 100 МГц.

Рис. 2.23. Эквивалентная схема каг\шки индуктивное на высокой частоте

Используя приложение 1, можно определить резулыирующ>ю индуктивность, не прибегая к расчету но формуле.

Пример 2.23. Если имеются две стандартные катушки интуктивно-стью 22 мГн каждая, а нужно получить индуктивность 44 мГн, то следует имеющиеся катушки соединить последовательно. Тогда

L = LI + L2 = 22 22 = 44 мГн.

Последовательное и параллельное соеянншие катушек

Для получения требземой индуктивности стандартные катушки с фиксированным значением индуктивности можно соединять последовательно или параллельно (рис. 2.24, 2.25). При последовательном соединении результирующая индуктивность равняется сумме нескольких индуктивностей:

для рис. 2.24, а

L = L1 * L2,

для рис. 2.24, б L =Ы * L2 * и.

При параллельном соединении обратная ветич1ша результирующей индуктивности равняется сумме обратных величин ее составляющих

для рис, 2.25,а

LI . L2

для рис. 2.25, б I 1

--

LI *L2

Через обе катущки течет один и тот же ток, на который они и должны быть рассчитаны с некоторым запасом.

Электрическое сопротивление катушки

Электрическое сопротивление катушки индуктивности определяется ак отношение действующих значений напряжения и тока. Оно прямо пропорционально индуктианосги и частоте изменениа.тока и измеряется в омах (Ом):

Tjifi Xj - сопротивление, Ом; / - частота, Гц; / - индуктивность, Гн.

На рис. 2.26 показана зависимость сопротивления от частоты.

Фазы кривых тока и напряжения на индуктивности (при ее активном сопротивлении, равном нулю) смешены относительно друг друга на 90° (или 1г/2 рад). При этом ток отстает от напряжения. На рис. 2.27 приведены временные диаграммы тока и напряжения, а на рис. 2.28 - соответствующая векторная диагра.мма.

Пример 2.24. Рассчитайте сопротивление катушки индуктивностью 10 мГн на частотах 100 Гц и 10 кГц.

а) На частоте 100 Гц

Х = 2?: 100 10 10- = 6,28 Ом;

-/ V-v-v-v.

Рис. 2 24. Послсдователыюс соединение Рис. 2.25. Параллслыюе соединен! с катушек индуктивности катушек индуктивности

Рис. 2.26. Зависимость индукттгеного Оопротивлення от часготы

Рис. 2.27. Временная диаграмма напряжения и Тока в идеальной индуктивности