Про катушки

Опубликовано 18.06.2011 Ведущий Филипп Болгов

Что мы знаем про катушки индуктивности?
Основа катушки — проводник, вокруг любого проводника с током всегда существует магнитное поле, причем это поле оказывается тем сильнее, чем больше сила тока в проводнике. Если требуется усилить магнитное поле — нужно свернуть провод в спираль, т.е. намотать катушку. Чем больше в ней витков и, чем меньше ее диаметр, тем сильнее созданное ею магнитное поле
Чаще всего катушка представляет собой винтовую, спиральную или винтоспиральную конструкцию из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика, реже плоскую спираль, волну или полоску печатного или другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, «универсал»). Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.
Давайте рассмотрим основные свойства катушек:
Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.
Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению, значение которой e=-L*di/dt, где L - индуктивность катушки. Данное свойство является с одной стороны полезным - позволяя строить различные преобразователи, а с другой – крайне вредным, так как при отключении мощных индуктивных нагрузок, например электродвигателей, возникают выбросы обратного тока огромной мощности приводящие к повреждению и выходу из строя различных схем управления
Кроме того, катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна: ХL=2Пf*L, где L— индуктивность катушки, а f - частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.
Весьма значимым является свойство катушки запасать энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I. Величина этой энергии равна E = ½*LI.
Применение катушек индуктивности весьма разнообразно:
Это контурные катушки, которые используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров и катушки связи, применяемые для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Вариометры - катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Дроссели - катушки, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному, которые применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента, а также особые разновидности дросселей: помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах и сдвоенные дроссели - две намотанных встречно катушки индуктивности, которые за счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах.
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..
Активно используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
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, применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы, для радиосвязи — излучения и приёма электромагнитных волн в виде магнитной или кольцевой антенн, для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
Катушки используют как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника, а также в индукционных датчиках магнитного поля.
Ну, и, пожалуй, самое известное их применение – это трансформатор, который образуют две и более индуктивно связанные катушки.