Как рассчитать сердечник и витки самодельных катушек индуктивности

Что такое катушка индуктивности

Этот элемент еще называют дросселем. Это витой изолированный провод. Такая спираль характеризуется большими индуктивными и малыми емкостными параметрами.

Важно! Индуктор препятствует протеканию переменного тока, поскольку обладает значительной инерцией. Он предотвращает любое изменение тока, проходящего через катушки. Неважно, увеличивается он или уменьшается.

В связи с этим данные элементы применяются в электротехнике для реализации:

• ограничение тока;
• ослабление ударов;
• подавление помех;
• формирование магнитного поля;
• производство датчиков движения.

Дроссель включается в систему колебательного контура в резонансных цепях и используется в линиях задержки.

Применение L в колебательном контуре

Какие параметры есть у катушки

Резонанс — что это такое

Производительность зависит от того, где будет использоваться индуктивный элемент и на какой частоте он будет работать. Есть общие варианты:

• L — индуктивность;
• Р пот — устойчивость к потерям;
• Q — добротность;
• его резонансная и паразитная емкости;
• коэффициенты tKI и TKD.

Индуктивность (коэффициент самоиндукции) L — важнейшее электрическое свойство элемента, показывающее количество энергии, накапливаемой индуктором при движении тока. Чем выше количество энергии в катушках, тем больше индуктивность. Единица измерения L — 1 Гн.

При взаимодействии тока и магнитного поля в обмотке возникают вредные явления. Они способствуют возникновению потерь, которые обозначают Р пот. Формула потерь такова:

R пот = rω + rd + rs + re.

Членами формулы являются потери:

• rω — в проводах;
• рд — в диэлектрике;
• рс — в ядре;
• re — для вихревых токов.

Вследствие таких потерь импеданс индуктивной двухполюсника нельзя назвать полностью реактивным.

Добротность двухполюсника определяется по формуле:

Q = ω*L/R пот,

где ω*L = 2π*L — реактивное сопротивление.

При намотке витков элемента между ними появляется ненужная емкость. Из-за этого индуктор превращается в колебательный контур с собственным резонансом.

TKI – показатель, описывающий зависимость L от T0C.

ТКД – показатель, описывающий зависимость показателя качества от Т0С.

Информация. Изменение основных параметров индуктивной двухполюсной сети зависит от коэффициентов ТКИ, ТКП, а также времени и влажности.

Конструкция катушки

Восстановление энергии

По конструкции индуктивные элементы бывают разными:

• тип обмотки: винтовая, винтовая; звенеть;
• количество слоев: однослойный или многослойный;
• вид изолированного провода: одножильный, многожильный;
• наличие каркаса: каркасный или бескаркасный (с небольшим количеством витков толстой проволокой);
• геометрия рамы: прямоугольная, квадратная, тороидальная;
• наличие сердечника: феррит, карбонильное железо, электротехническая сталь, пермаллой (магнитомягкий сплав), металл (латунь);
• геометрия сердечника: стержневая (открытая), кольцевая или ш-образная (закрытая);
• возможность изменения L в узких промежутках (движение сердечника относительно обмотки).

Представляют собой плоские катушки в печатном виде, устанавливаемые на платы цифровых устройств.

Читайте также: Тиристор — принцип работы, параметры, схемы

Зачем нужен расчёт индуктивности

Датчик движения для сигнализации

Расчет индуктивности необходим, т.к конструктивно это могут быть различно выполненные катушки. Применение дросселей в различных отраслях электротехники и электроники, их работа под воздействием постоянного и переменного тока требует тщательного подбора индуктивности, добротности и стабильности.

При изготовлении газа на заданный параметр L своими руками необходимо выполнить расчет. Каждый тип индуктивного двухполюсника имеет свою формулу.

Расчет параметров катушки

При расчетах необходимо учитывать разные варианты. Расчет индуктивности зависит от исходных данных и заданных конечных параметров.

Расчет L в зависимости от заданной конструкции

Если первыми параметрами являются: w, D каркаса и длина намотанной проволоки, то формула для расчета следующая:

L = 0,01*D*w2/(l/D)+0,46,

куда:

• D — диаметр рамы, см;
• w — количество оборотов;
• l — длина намотки, см;
• L – индуктивность, мкГн.

Подставляя в формулу числовые значения, получают значение L.

Расчет количества витков по индуктивности

Зная кадр D и L, рассчитывают количество витков в катушке по формуле:

ш = 32*√(Д*Г),

куда:

• L – индуктивность, мкГн;
• D – диаметр рамы, мм.

Если в качестве исходных параметров принять длину проводника, намотанного в один ряд, и его диаметр, то количество витков находится по формуле:

ш = л/д,

куда:

• l — длина намотки, мм;
• d — диаметр проволоки, мм.

Измерения диаметра проволоки проводят линейкой или штангенциркулем.

Расчёт индуктивности прямого провода

Если вы хотите найти L круглый прямой проводник, вы переходите к приближенной формуле:

L = (µ0/2π)*l*(µe*ln(l/r) + 1/4* µi,

куда:

• µ0 – магнитная постоянная;
• μэ — относительная магнитная проницаемость (ОМП) среды (для вакуума — 1);
• µi — ОМП проводника;
• l — длина провода;
• r — радиус провода.

Формула справедлива для длинного лидера.

Расчёт однослойной намотки

Однослойные дроссели без сердечника можно легко и быстро рассчитать с помощью онлайн-калькулятора, в окне которого можно заполнить все известные свойства, и программа выдаст значение L.

Расчеты также выполняются вручную с использованием математического выражения. Это выглядит как:

L=D2*n2/45D+100*l,

куда:

• D – диаметр рулона, см;
• l — длина намотанной нити, см;
• n — количество оборотов.

Формула подходит для расчета L-дросселей без ферритовых сердечников.

Однослойная катушка виток к витку

Дроссель с сердечником

При наличии ядра следует учитывать его размер и форму. При одинаковых катушках индуктивность больше у той, что размещена на сердечнике.

Расчет однослойной обмотки с сердечником

Многослойная намотка

Особенности расчета при подобном способе намотки провода в том, что нужно учитывать толщину. Формула дросселя без сердечника:

N²=(L*(3Dk+9l+10t))/0,008Dk²,

куда:

• Dk — общий диаметр (диаметр каркаса и обмотки);
• t — толщина слоя;
• l — длина намотанной проволоки.

Все значения заменены в мм, значение L — в мкГн.

Многослойная обмотка

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

Коэффициент самоиндукции зависит от следующих параметров:

• геометрические особенности рамы;
• оправочные формы;
• количество ходов;
• марка и диаметр проволоки;
• свойства магнитопровода.

Интересный. Материал сердечников из распыленного железа отличается разной окраской в ​​зависимости от природы смеси. Сердечники этого типа используются для дросселей в импульсных устройствах.

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности

Каждую катушку индуктивности можно представить в виде эквивалентной схемы.

Эта компоновка состоит из следующих элементов:

• Rw – сопротивление обмотки проводов;
• L — индуктивность;
• Cw – паразитная емкость;
• Rl — сопротивление потерям.

При изготовлении индуктивного элемента стремятся уменьшить величину сопротивления потерь, паразитной емкости. При работе катушки на низкой частоте учитывается сопротивление ее обмотки Rw. На таких частотах действуют большие токи.

Правильно рассчитанный индуктор будет иметь высокую добротность (180-300) и стабильность работы при воздействии внешних условий (температуры и влажности). Зная способы различных намоток и манипуляций с шагом, можно уменьшить влияние паразитных факторов.