Сердечник в катушке: Сердечник в катушке

Содержание

Coil32 — О сердечниках катушек

Когда-то в среде «самодельщиков» телевизионных антенн циркулировали мифы о супер эффективности антенны с применением ртути, немного позднее жестяных пивных банок (правда неплохую антенну для Wi-Fi из пивной банки можно сделать, но не телевизионную). Вероятно и по поводу сердечников существуют подобные мифы, тем более сами названия современных магнитных материалов (изоперм, пермендюр) внушают уверенность об их исключительной эффективности. Рассмотрим вопрос применения магнитного сердечника в линейной сигнальной цепи, как он влияет на параметры катушки?

Я не буду углубляться в теорию и рассказывать о диамагнетиках, парамагнетиках, ферромагнетиках, доменах, о петле гистерезиса. Это тема долгого серьезного разговора. Попробую описать доступно, на пальцах.

Итак, магнитный сердечник концентрирует магнитное поле и увеличивает индуктивность при тех же конструктивных параметрах катушки или позволяет уменьшить ее габариты при той же индуктивности.

Попробуем подобрать сердечник для фильтра акустической системы — crossover’а для экономии меди. Сердечник должен иметь постоянные магнитные свойства до частот не менее 40 000 Гц при довольно больших токах намагничивания. Какой у нас выбор?

Современные магнитные материалы делятся на три группы:

Металлические:
1. Технически чистое железо (электротехническая малоуглеродистая сталь).
2. Электротехнические кремнистые стали (трансформаторная сталь).
3. Железоникелевые легированные кристаллические сплавы – пермаллой, суперпермаллой, муметалл, изоперм, пермендюр, перминвар, алфер, алфенол и т.д.
4. Аморфные и нанокристаллические материалы – витровак, витроперм
Порошковые материалы, магнитодиэлектрики — тонкие порошки карбонильного железа, пермаллоя или альсифера, смешанные с какой-либо диэлектрической связкой.
Ферриты — керамические магнитные материалы.

Электротехническая малоуглеродистая сталь

может применяться только в цепях постоянного тока, например реле, из-за недопустимо больших вихревых токов на переменном токе и больших потерь на перемагничивание.

Трансформаторная сталь немного лучше. Для уменьшения вихревых токов сердечник набирают из отдельных пластин. Однако выше 1000 Гц такой сердечник имеет недопустимые потери при больших токах намагничивания.

Железоникелевые сплавы имеют очень высокую начальную магнитную проницаемость, могут работать на частотах до 100 Кгц, но при этом у них малая индукция насыщения, т.е. они не могут работать в сильных полях. Зарекомендовали себя как незаменимый материал в магнитных головках магнитофонов, датчиках, магнитных экранах.

Аморфные и нанокристаллические материалы появились позднее чем пермаллои. У них шире частотный диапазон и немного выше индукция насыщения чем у пермаллоя, Применяются как трансформаторы тока в новых электросчетчиках, импульсные трансформаторы в БП, компенсированные дроссели и как более качественная замена пермаллоев.

Магнитодиэлектрики имеют широкий частотный диапазон до десятков мегагерц в зависимости от материала, но малую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. Могут работать только в слабых полях. Применяются в технике ВЧ для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек индуктивности и т. п

Ферриты обладают наименьшими потерями на вихревые токи и соответственно могут работать на самых высоких частотах из всех магнитных материалов. Однако имеют малую индукцию насыщения. Отличительной особенностью их является сильная зависимость параметров от температуры, а также старение материала, ухудшение его свойств со временем. Область применения каждой марки феррита определяется критической частотой, выше которой резко возрастают потери и снижается магнитная проницаемость.

Можно проследить общую тенденцию – при улучшении частотных параметров материала падает его индукция насыщения, т.е способность работать в сильных полях, а также магнитная проницаемость.
Самое главное, что любой магнитный материал меняет свои свойства в зависимости от частоты и силы намагничивающего поля. А это значит, что катушка индуктивности с сердечником становится нелинейным элементом и вносит нелинейные искажения в проходящий через нее сигнал, особенно при большой индуктивности и силе тока. Ферриты, кроме того подвержены воздействию температуры.

Для чего мы делаем кроссовер? Чтобы разделить сигнал по частоте, каждый на свою головку. Это позволит уменьшить нелинейные искажения, немного поднять мощность, улучшить качество звучания акустической колонки. Индуктивность в таком фильтре имеет не малую величину и ток тоже. Поэтому, введя в катушку сердечник (любой!), мы не только не добьемся поставленной цели, но и отдалимся от нее, внеся в сигнал дополнительные искажения. Поэтому придется отказаться от экономии на меди и сделать катушку как на рисунке, без сердечника. Правда в случае мощных акустических систем мы получаем монструозную, тяжелую и дорогую катушку. В таком случае приходится идти на компромис и применять сердечник из высококачественных ферромагнетиков. Но его необходимо расчитать так, чтобы он работал далеко от режима насыщения, а это значит, что его размеры тоже будут внушительны.

Сердечники в виде стальных трубок, стержней из «супержелеза» вообще не имеют смысла, ну разве только в установках индукционного нагрева, там вихревые токи в сердечнике играют положительную роль.

В цепях, где уровень сигнала слабый и сердечник далек от насыщения, решающий фактор — граничная частота сердечника. При той же индуктивности сердечник даже увеличивает добротность катушки.
В ВЧ дросселях потери в сердечнике играют положительную роль расширяя его частотный диапазон.
Вывод: к подбору сердечника для индуктивности в сигнальной линейной цепи надо подходить взвешенно, учитывая как частотный диапазон, так и максимальный уровень сигнала, а также величину допустимых искажений.
Это не относится к импульсным сигналам и цепям, там все по другому…

Сердечник — катушка — индуктивность

Cтраница 4

Однако производство магнитодиэлек-триков продолжается благодаря их технологичности и низкой стоимости получаемых из них изделий. Магнитодиэлектрики используются, в качестве сердечников катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, радиочастотных контуров радиотехнической аппаратуры и аппаратуры проводной связи.

[46]

Применение для питания мостовой схемы переменного тока позволяет построить автоматический мост без нежелательного в эксплуатации контактного реохорда, заменив его индуктивными или емкостными сопротивлениями. В таких автоматических мостах балансирующий двигатель перемещает сердечник катушки индуктивности или поворачивает пластину воздушного конденсатора, приводя мост к равновесию. Автоматические мосты с бесконтактным уравновешиванием имеют пока значительно меньшее распространение, чем мосты с реохордом. [47]

Применение для питания мостовой схемы переменного тока позволяет построить автоматический мост без нежелательного в эксплуатации контактного рехорда, заменив его регулируемым бесконтактным способом ( без скользящих контактов) индуктивными или емкостными сопротивлениями. В таких автоматических мостах балансирующий двигатель перемещает сердечник катушки индуктивности

или поворачивает пластину воздушного конденсатора, приводя мост к равновесию.

Автоматические мосты с бесконтактным уравновешиванием имеют пока значительно меньшее распространение, чем мосты с реохордом. [48]

Основное преимущество ферритов перед металлическими фер-I ромагнетиками состоит в том, что они, являясь полупроводниками, ; обладают высоким удельным сопротивлением. Это качество позволяет использовать — ферриты в качестве сердечников катушек индуктивности для высоких частот. [49]

Один из статических передатчиков звуковой частоты, относящихся к параметрическому типу, изображен на фиг. Постоянный ток, получаемый от первичного датчика, подмагничивает сердечник катушки индуктивности, включенной в колебательный LC-контур генератора. Изменение индуктивности ведет к изменению частоты генератора. [50]

Успех, полученный при разработке магнитных материалов для катушек аппаратуры дальней связи, способствовал также внедрению высокодобротных катушек с ферромагнитными сердечниками в радиотехнику и в ряд других отраслей радиоэлектроники. В настоящее время имеются десятки марок магнитных материалов для сердечников катушек индуктивности, предназначенных для разных диапазонов частот и режимов работы. Из этих материалов изготовляют сердечники различных типов и размеров. Наиболее широко применяются броневые, П — и О-образные, Ш — образные, кольцевые, цилиндрические и коаксиальные сердечники. Кольцевые сердечники, ранее преобладавшие в технике связи, заменяются на сердечники других типов, и в частности броневые, которые в последнее время получили особенно широкое распространение. Этому способствовало присущее катушкам с броневыми ферритовыми сердечниками сочетание хороших технологических свойств с отличными электромагнитными параметрами, и в первую очередь высокой добротностью. Достоинством этих сердечников является также самоэкранирование, благодаря которому катушка без дополнительных экранов защищена от воздействия внешних полей, а элементы аппаратуры, находящиеся вблизи катушки — — от создаваемых ею магнитных полей.

[51]

В магнитодиэлектриках и ферритах благодаря большому удельному сопротивлению их вихревые токи в них уменьшаются. Благодаря этому, Магнитодиэлектрики и ферриты находят применение в качестве сердечников катушек индуктивности, предназначенных для работы на высокой частоте. Потери в таких катушках достаточно малы, а их габариты меньше, чем катушек с воздушным сердечником. [52]

Измельченный альсифер имеет размеры зерен в три — четыре раза больше, чем у карбонильного железа, и применяется на частотах до 2 Мгц. Из измельченного альсифера, перемешанного со связкой типа бакелитового лака, прессуются

сердечники катушек индуктивности для низких частот и радиочастот. [53]

Блок СКМ полностью экранирован. В экране 4 имеются отверстия, через которые можно с помощью специальной отвертки поворачивать сердечники катушек индуктивности. [54]

Выбираем тип сердечника катушки индуктивности. Как было указано выше ( см. 6 — Г), наиболее пригодным материалом для сердечников катушек индуктивности низкочастотных избирательных систем является альсифер. [55]

Настройку такого фильтра на промежуточную частоту вначале производят без резистора R по минимуму показаний индикатора выхода приемника. Измерив полученное сопротивление переменного резистора, устанавливают в схему постоянный резистор с нужным сопротивлением и еще раз подстраивают контур фильтра сердечником катушки индуктивности. [56]

Настройку фильтра -, работающего по схеме рис. 1.21 в, вначале производят без резистора по минимуму показаний индикатора выхода приемника. Измерив найденное значение сопротивления переменного резистора, устанавливают в схему постоянный резистор с нужным сопротивлением и еще раз подстраивают контур фильтра сердечником катушки индуктивности. [57]

Свипирование осуществляется как механическим, так и электронным ( чаще) способами. Реализация первого способа зависит от диапазона частот и конкретного схемного решения генератора: в низкочастотных и высокочастотных генераторах — вращением ротора конденсатора переменной емкости или поступательно-возвратным движением сердечника катушки индуктивности колебательного контура; в ультравысокочастотных генераторах — изменением длины коаксиального колебательного контура, движением закорачивающего плунжера; в сверхвысокочастотных — изменением размеров объемного резонатора с помощью поршня или стержня. При механическом свипировании частота чаще всего изменяется по треугольной форме, так как она соответствует возвратно-поступательному движению органов настройки, легко получаемому из вращательного движения. Форма изменения частоты при вращающемся роторе конденсатора определяется формой его пластин. Период свипирования при механическом способе составляет единицы и десятки секунд. [58]

Страницы: 1 2 3 4

Катушки с сердечниками

В катушках индуктивности широко применяются магнитные и немагнитные сердечники. Конструкции катушек обычно предусматривают возможность продольного перемещения сердечника относительно катушки. Это достигается нарезанием резьбы во внутреннем отверстии каркаса катушки, что дает возможность регулировать величину индуктивности и позволяет проводить настройку РЭА.

Сердечники из немагнитных материалов, характеризующиеся высокой стабильностью, широко применяются в контурах гетеродинов, широкополосных усилителях промежуточной частоты. Материалом таких сердечников являются – медь, латунь, алюминий и его сплавы. При введении в катушку металлического сердечника уменьшается ее индуктивность (до 20%) и добротность. Причем добротность уменьшается сильнее. Так введение в катушку медного сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, вызывает уменьшение добротности на 45%. При введении же алюминиевого сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, снижение добротности происходит в 3…4 раза. Поэтому для уменьшения влияния немагнитного сердечника на добротность катушки необходимо изготавливать сердечник из материалов с хорошей проводимостью – меди или латуни.

Сердечники из магнитных материаловприменяются для уменьшения числа витков и габаритов катушек при заданной ее индуктивности, а также повысить добротность катушки. Однако использование магнитных сердечников снижает стабильность параметров катушек. Кроме того, значение индуктивности и добротности зависят от амплитуды переменного напряжения на катушке и значения постоянного тока, протекающего через обмотку. Для снижения этого эффекта используют броневые сердечники с зазором.

В качестве материала магнитных сердечников используют магнитодиэлектрики и ферриты. Основными материалами для изготовления магнитодиэлектриков служат альсифер и карбонильное железо.

Промышленность выпускает карбонильное железо трех классов: класса Р (марки Р-10, Р-20, Р-100), предназначенного для работы в радиотехнических цепях, и классаП (марки Пс и ВКЖ), предназначенного для работы в проводной связи. Магнитные сердечники на основе карбонильного железа имеют невысокое значение начальной магнитной проницаемости, которое практически постоянно в широком диапазоне частот, мало подвержены влиянию температуры и старению. В обозначении после названия марки следует число, раное начальной магнитной проницаемости. Например,Р-20– карбонильный сердечник класса Р с начальной магнитной проницаемостью 20.

На основе альсифера изготавливают магнитные сердечники, предназначенные для работы в области радиочастот (тип РЧ), высоких частот (тип ВЧ), низких частот (тип ТЧ). Их особенностью является отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что используется для создания термокомпенсированных сердечников. Обозначение альсиферовых сердечников аналогично карбонильным сердечникам. Например, ВЧ-22– карбонильный сердечник класса ВЧ с начальной магнитной проницаемостью 22.

Магнитные сердечники на основе ферритов характеризуются высокой магнитной проницаемостью и большим удельным сопротивлением, что снижает потери на вихревые токи. Однако, ферриты обладают дезаккомадацией, т.е. их магнитная проницаемость изменяется со временем без каких-либо внешних воздействий. Такое старение ферритов приводит к понижению индуктивности катушек на 2…10% в год. В обозначении ферритов число перед типом соответствует начальной магнитной проницаемости феррита. Тип феррита обозначается буквами Н– низкочастотный илиВЧ– высокочастотный. Для низкочастотного феррита следует еще одна буква, указывающая на материал феррита:Н– никелево-цинковый илиМ – марганцево-цинковый. Например,2000НМ— феррит низкочастотный, марганцево-цинковый с начальной проницаемостью 2000.

По конструкции магнитные сердечники делятся: на замкнутые и незамкнутые.Сердечники с незамкнутым магнитопроводом могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, трубчатыми и катушечными.

Цилиндрические карбонильные сердечники бывают трех типов:Р– резьбовые,С– стержневые,Т– трубчатые (рис.3.9). Они маркируются буквенно-цифровыми обозначениями. Например,РМ3х5 – резьбовой сердечник с резьбой М3 длиной 5 мм;С3х10 – стержневой сердечник диаметром 3 мм и длиной 10 мм;Т9,3х3,2х10– трубчатый сердечник с внешним диаметром 9,3мм, с внутренним диаметром 3,2 мм и длиной 10 мм.

Ферритовые сердечники с незамкнутым магнитопроводом выполняются в виде стержней без резьбы или в виде трубок. Их обозначение подобно цилиндрическим карбонильным сердечникам.

Сердечники с незамкнутым магнитопроводом конструктивно изготовляют так, чтобы их можно было перемещать вдоль оси катушки, изменяя, таким образом, ее индуктивность. Для этого сердечники изготавливаются либо с резьбой, либо они вклеиваются в пластмассовые втулки, снабженные резьбой и шлицом. Сердечники ввинчиваются в центральное отверстие каркаса катушки, и после настройки фиксируются восковой мастикой или резиновой нитью.

Сердечники с замкнутой магнитной цепью изготовляются броневыми(тип Б),чашечными(тип Ч) и в видетороидальных колец круглого или прямоугольного сечения(тип К) (рис.3.10). Катушки с такими сердечниками имеют минимальные габариты, максимальную индуктивность и минимальной поле рассеивания. Броневые и чашечные сердечники имеют центральное осевое отверстие, в которое вкручивается подстроечный сердечник для регулировки значения индуктивности в пределах ±15%.

Тороидальные сердечники обозначаются буквой типа и числами, характеризующими размеры сердечника. Например, К15х7х4,8– кольцевой сердечник с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметров 7 мм и высотой 4,8 мм.

Броневые сердечники обозначаются буквой типа и числом, характеризующим округленный до целого наружный диаметр сердечника. Например, Б9– броневой сердечник с наружным диаметром 9,3 мм.

Чашечные сердечники обозначаются буквой типа и условным числом, характеризующим типоразмер сердечника. Например, Ч₉ – чашечный сердечник типоразмера 9.

Магнитные сердечники характеризуются действующей магнитной проницаемостью, степенью увеличения добротности катушки при наличии сердечника, диапазоном рабочих частот, величиной потерь и стабильностью.

Действующая магнитная проницаемость μ_Допределяется отношением индуктивности катушки с сердечникомL_Cк индуктивности той же катушки, но без сердечника L:

(3.24)

Она зависит от начальной магнитной проницаемости материала, частоты, конструкции сердечника, соотношения диаметра катушки и диаметра сердечника, длины катушки и длины сердечника. Для тороидальных сердечников с равномерной намоткой , во всех остальных случаяхи определяется по эмпирическим формулам или графикам [].

При введении сердечника в катушку ее индуктивность увеличивается в μ_Драз. Однако при этом в ней возникают дополнительные потери, обусловленные сердечником. Поэтому величина добротности катушки возрастает пропорциональнораз.

С ростом частоты значение μ_Думеньшается, снижается индуктивность и добротность катушки.Значение частоты, при которой добротность катушки с сердечником становится равной добротности катушки без сердечника, называется граничной частотой сердечника.

Число витков катушки с броневым сердечником рассчитывается по выражению

, (3.25)

где L– требуемая индуктивность катушки;

m — коэффициент, определяемый типоразмером и материалом броневого сердечника.

Для броневых карбоксильных сердечников некоторых типоразмеров значения коэффициента приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента m для броневых карбонильных сердечников

Тип сердечника	СБ-9а	СБ-12а	СБ-23-11а	СБ-23-17а	СБ-28а	СБ-34а
m	7,1	6,7	4	4,5	4,3	4,4

Типы индукторов и сердечников, использование и применение

Катушки индуктивности, устройства, которые передают и измеряют ток в зависимости от величины приложенного напряжения, по существу представляют собой электромагниты, накапливающие и высвобождающие электрический ток. При подаче тока катушка индуктора накапливает ток для создания магнитного поля. В конце концов, катушка создает поле, и ток проходит через катушку до тех пор, пока магнитное поле не исчезнет, и процесс должен начаться снова. Катушки индуктивности обычно используются в радиочастотных приложениях для передачи тока и сведения к минимуму обратной связи и помех, а также могут использоваться в цепях для ограничения электрического потока.

Подробнее о функции катушек индуктивности можно прочитать на HyperPhysics.

Чтобы найти поставщиков индукторов, нажмите здесь.

Типы катушек индуктивности

Тип ферритового индуктора

Изображение предоставлено Shutterstock/Jurgis Mankauskas

Как и многие электрические устройства, существуют разные модели для конкретных приложений. Связанные, многослойные, формованные индукторы и индукторы с керамическим сердечником — все это распространенные типы, используемые в коммерческих и промышленных приложениях. Видео ниже дает краткий обзор этих типов катушек индуктивности:

Связанные катушки индуктивности

Связанные индукторы обладают магнитным потоком, который зависит от других проводников, с которыми они связаны. Когда необходима взаимная индуктивность, часто используются связанные катушки индуктивности. Трансформатор представляет собой разновидность связанной катушки индуктивности.

Многослойные катушки индуктивности

Катушка индуктивности этого типа состоит из многослойной катушки, намотанной несколько раз вокруг сердечника. В результате наличия нескольких слоев и изоляции между ними многослойные катушки индуктивности имеют высокий уровень индуктивности.

Катушки индуктивности с керамическим сердечником

Несмотря на то, что существует множество типов сердечников, индуктор с керамическим сердечником уникален тем, что имеет диэлектрический керамический сердечник, что означает, что он не может накапливать много энергии, но имеет очень низкие искажения и гистерезис.

Литые индукторы

Эти катушки индуктивности отлиты с пластиковой или керамической изоляцией. Часто используемые в печатных платах, они могут иметь цилиндрическую или стержневую форму с обмотками с выводами на каждом конце.

Типы сердечников

Помимо катушек индуктивности с керамическим сердечником, для достижения определенных результатов можно использовать другие материалы сердечника. Поскольку сердечник представляет собой материал, вокруг которого наматывается катушка, он напрямую влияет на индуктивность. Катушки, намотанные на сердечники из железа, имеют большую индуктивность, чем катушки, намотанные на сердечники без железа.

Воздушное ядро

В этой конфигурации просто нет ядра. Отсутствие металлического сердечника приводит к очень небольшим искажениям, но в то же время катушка должна быть очень длинной, чтобы нести большую индуктивность, что приводит к большой катушке индуктивности.

Катушка индуктивности со стальным сердечником

Для приложений с низким сопротивлением и высокой индуктивностью стальные сердечники на шаг впереди воздушных сердечников. Чем плотнее стальной сердечник, тем меньше проблем с магнитным насыщением будет у сердечника.

Твердые ферритовые сердечники

Когда речь идет о самом высоком сопротивлении, твердотельные ферритовые сердечники находятся в верхней части списка. Однако при работе с высокой индуктивностью они не всегда надежны и имеют тенденцию относительно быстро достигать уровня своего магнитного насыщения. В ферритовых сердечниках будет использоваться другой ферритовый материал в зависимости от применения, например, марганцево-цинковый материал для определенных типов антенных стержней, при этом различные материалы предлагают различный набор преимуществ. Доступны порошковые ферритовые сердечники, которые более плотные и обеспечивают большую линейность, чем твердые ферритовые сердечники.

Ленточные сердечники

Изготовленные из магнитомягких материалов, таких как высокопроницаемое железо, никель-железо или кремний-железо, ленточные сердечники изготавливаются в виде тонких полос толщиной 0,0005–0,004 дюйма и весом от 0,002 до 4000 фунтов. Сердечники этого типа применяются в высокочастотных трансформаторах, сильноточных фильтрах и инжекциях тока.

Катушки индуктивности в цепях и предотвращение отдачи

Поскольку катушки индуктивности не поддерживают постоянный уровень напряжения между клеммами, невозможно внезапно остановить ток. Если ток протекает через замкнутую цепь переключателя, индуктор позволит току течь и создать электромагнитное поле. Если затем переключатель цепи будет разомкнут, индуктор продолжит свои попытки передать ток, и при этом один из выводов индуктора может переключать заряды с отрицательного на положительный. В конечном итоге это приведет к перегрузке клеммного контакта. Если контакт перегружен, переключатель будет испытывать помехи и повреждения, что приведет к сокращению срока службы. Такого рода проблемы можно избежать, просто используя диод, хотя для высокоскоростных приложений может быть предпочтительнее резистор.

Если вы хотите найти поставщиков индукторов, нажмите здесь.

Другие товары для двигателей

Типы контроллеров двигателей и приводов
Паровые турбины
Керамические пьезоэлектрические двигатели: точность и роботы
Катушки индуктивности
Типы двигателей постоянного тока
и двигатели постоянного тока — в чем разница?
Все об асинхронных двигателях — что это такое и как они работают
Типы двигателей переменного тока
Все о синхронных двигателях — что это такое и как они работают
Понимание двигателей
— как они работают?
Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?
Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
Все о реактивных двигателях — что это такое и как они работают
Все о бесщеточных двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
Все о шунтирующих двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают
и серводвигатели — в чем разница?

Прочие «Типы» изделий

Аэрокосмический крепеж: типы и материалы
Типы защелок
Типы труб из нержавеющей стали
Типы медицинской упаковки — Руководство для покупателей ThomasNet
Типы контроллеров двигателей и приводов
Типы ЧПУ
Типы порошковых покрытий
Типы фенолов и фенольных материалов — Руководство для покупателей ThomasNet
Типы операций высечки
Типы сверл с ЧПУ
Типы мультиплексоров
Типы кримперов — Руководство для покупателей ThomasNet
Типы датчиков температуры
Типы розеток
Три типа медицинских покрытий
Типы пружин — Руководство по покупке Томаса
Типы защитных перчаток
Типы ограждений — Руководство для покупателей ThomasNet
Типы уплотнительного оборудования — руководство по покупке Томаса
Прототипы в электронике, компьютерном программном обеспечении и вычислительной технике

Еще от Автоматизация и электроника

Как спроектировать катушку

Каждый любитель, желающий заняться радио, должен в какой-то момент намотать одну или две катушки, будь то катушка антенны АМ-радио, катушка на тороидальном сердечнике для полосового фильтра в приемопередатчик связи или катушка с центральным отводом для использования в генераторе Хартли. Намотка катушек не сложная, но достаточно трудоемкая. Существуют различные методы изготовления катушек, в зависимости от области применения и необходимой индуктивности. Воздушные сердечники являются наиболее широкополосными, но получение высокой индуктивности означает использование большого количества проводов, они также не являются наиболее эффективными для магнитного поля, выходящего из катушки — это выходящее магнитное поле может вызывать помехи, индуцируя близлежащие провода и другие катушки.

Намотка катушки поверх ферромагнитной катушки фокусирует магнитное поле, увеличивая индуктивность. Отношение индуктивностей после и до того, как в него был вставлен сердечник с диаметром катушки, называется относительной магнитной проницаемостью (обозначается μ _r ). Различные обычно используемые материалы имеют разную относительную проницаемость: от 4000 для электротехнической стали, используемой в сетевых трансформаторах, до примерно 300 для ферритов, используемых в трансформаторах SMPS, и около 20 для сердечников из железного порошка, используемых в УКВ. Каждый материал сердечника следует использовать только в пределах указанного диапазона частот, за пределами которого сердечник начинает демонстрировать высокие потери. Тороидальные, многоапертурные сердечники, горшковые и другие закрытые сердечники заключают магнитное поле внутри сердечника, повышая эффективность и практически сводя помехи к нулю. Чтобы узнать больше о катушках индуктивности и их работе, перейдите по ссылке.

Катушки с воздушным сердечником

Катушки с воздушным сердечником подходят для катушек с низкой индуктивностью, где помехи не имеют первостепенного значения. Катушки с небольшим количеством витков и относительно толстым проводом наматываются на цилиндрический предмет, такой как сверло или банка , которые затем удаляются, и катушка поддерживает себя, иногда катушка покрывается смолой для большей механической стабильности. Катушки большего размера с большим количеством витков обычно наматывают на неферромагнитный каркас, такой как полая пластиковая трубка или керамический каркас (для мощных радиочастотных катушек), а затем прикрепляют к каркасу с помощью клея. Чтобы намотать их, вам сначала нужно рассчитать необходимый диаметр проволоки, потому что он сильно влияет на общую длину катушки.

Формула для диаметра проволоки :

(√I)*0,6=d, где I — среднеквадратичное значение или постоянный ток, а d — диаметр провода.

Если катушки используются при низких уровнях мощности, диаметр провода не имеет большого значения, 0,3 мм подходит для большинства применений, а 0,12 мм подходит для консервированных, если катушки используются в транзисторных радиоприемниках. Если катушка используется в генераторе, провод должен быть жестким, чтобы предотвратить эффекты коробления, поскольку они могут в некоторой степени изменить индуктивность и вызвать нестабильность частоты (возбуждение).

Далее вам нужно знать, какого диаметра должна быть катушка. Рекомендуется, чтобы диаметр катушки составлял от 50% до 80% длины катушки для оптимальной добротности, и это зависит от того, сколько места может занимать катушка. Если катушка будет самонесущей, вы можете использовать болт или винт, намотать витки внутри канавок и удалить болт, открутив его, удерживая провод катушки, это делает катушку очень ровной и воспроизводимой.

Ниже приведена формула для индуктивности цилиндрической катушки

L = µ _R (N ². ᴫ ². R ² / L) 0,00000126

303 / л)
L - индуктивность в генри,
μ _r – относительная проницаемость сердечника (1 для воздушных, пластиковых, керамических и т.п. катушек),
n - количество витков,
π равно пи,
r - радиус катушки в  метров  (от середины слоя проводки до середины обмотки) или
половина диаметра (от середины слоя проводки через середину до середины слоя проводки с другой стороны),
l - длина обмотки в  метров, 
а длинная цифра сзади - проходимость свободного пространства.

Другая формула для индуктивности.

  L = (n ² . d ² ) / 18d + 40l

Эта формула используется при намотке однослойной однородной катушки, когда все витки наматываются плотно, без промежутков между ними. Единицы такие же, как и в приведенной выше формуле, за исключением d, который представляет собой диаметр рулона в метрах.

Очень хороший калькулятор для катушки сделал Serge Y. Stroobandt, позывной ON4AA здесь.

Как сделать индуктор с воздушным сердечником

Для намотки обычной катушки с воздушным сердечником вам понадобится шаблон, источник проволоки, немного мелкой наждачной бумаги или модельный нож (не показан) и немного суперклея или двухстороннего скотча, чтобы закрепить провод.

После проектирования катушки пришло время намотать ее . Если вы делаете катушку с воздушным сердечником, рекомендуется использовать пластиковый формирователь для ее намотки, так как 9Пластиковый формирователь 0159 не является ферромагнитным и не проводит электричество, он не повлияет на работу катушки при низких уровнях мощности. Далее отрезаем полоску двустороннего скотча по длине витка и приклеиваем к каркасу, затем просверливаем в каркасе отверстия в местах окончания витка и на отводах, снимаем защитный слой на ленте и начинаем наматывать, сначала пропустив его через просверленное вами отверстие потом намотав, как обычно провод будет держаться на двустороннем скотче, как вариант можно приклеить накидку катушки к каркасу предварительно намотав несколько витков цианоакрилатным клеем, намотав остальную часть катушки и клей через каждый 1см (также называемый суперклеем, используйте перчатки, он очень трудно удаляется с кожи и вызывает раздражение). Для отводов скрутите отрезок проволоки вместе, пропустите ее через отверстие в держателе и продолжайте, как обычно. Старайтесь наматывать витки вплотную, после наматывания счистите эмаль мелкой наждачной бумагой или модельным ножом и залудите концы паяльником. Вы можете использовать измеритель LCR для измерения индуктивности или GDM, чтобы использовать GDM в качестве устройства для измерения индуктивности, см. связанную статью.

На рисунках ниже поясняется процесс намотки индуктора с воздушным сердечником:

Шаг 1: На двух рисунках ниже показан формирователь с кусочком ленты, куда будет наматываться провод 6510 и 901 чтобы удерживать провод на месте.

Шаг 2: На рисунке ниже защитная пленка снята, намотка началась, а провод для отвода согнут и скручен вместе .

Шаг 3: Затем проденьте через отверстие в шаблоне и вытащите его с другой стороны.

Шаг 4: Провода готовой катушки лужятся путем погружения их в припой на листе печатной платы.

Шаг 5: Наконец, индуктивность катушки измеряется с помощью измерителя LCR. Вы также можете использовать Arduino для измерения индуктивности катушки или использовать Измеритель угла наклона сетки (GDM) .

Намотка катушек на ферритовые стержни

Намотка катушек на ферритовые стержни (например, ферритовые стержневые антенны в радиоприемниках) аналогична намотке катушек с воздушным сердечником159, но вы не можете просверлить их через 90, поскольку 90 ферритовый стержень приходится опираться на двухсторонний скотч или клей, чтобы крепко держать провод. Поскольку лента не всегда прилипает к ферриту, рекомендуется сначала покрыть стержень одним-тремя слоями бумажной малярной ленты прямо под тем местом, где должна проходить катушка, и наклеить на нее ленту. Вы можете использовать суперклей, чтобы удерживать провод на месте, а не двусторонний.

Для расчета катушки используйте формулу индуктивности для цилиндрической катушки, найденную выше, для μ _r введите относительную магнитную проницаемость, указанную в таблице данных или онлайн-калькуляторе катушки. Если вы разработали катушку , вы можете наматывать ее так же, как катушки с воздушным сердечником, но есть другой метод, более быстрый метод !

Поместите ферритовый стержень в электрическую дрель, как сверло, и медленно вращайте его, стержень будет вращаться сам по себе, таким образом вы можете очень быстро изготовить высококачественные катушки с высокой индуктивностью и большим количеством витков! Если у вас есть пластиковые каркасы для удилища, сначала намотайте на них, а затем наденьте на катушку и приклейте на место.

Слева заводская антенная катушка в вещательном приемнике, где катушка намотана на каркас, закрепленный на стержне с помощью пластиковых элементов. Провод удерживается на месте с помощью эпоксидной смолы. Справа небольшая катушка на ферритовом стержне , изготовленном описанными выше методами.

Обмотка с тороидальным сердечником

Тороидальные катушки довольно легко рассчитать, но они немного сложны для ветра. Тороидальные сердечники имеют широкий спектр применений, таких как индукторы фильтров в SMPS, дроссели RFI, силовые трансформаторы SMPS, входные фильтры RF, балуны, трансформаторы тока и другие.

Индуктивность тороидальной катушки в наногенри (когда индекс индуктивности AL указан в нГн/Н ² ) можно рассчитать по следующей формуле:

  L(nH)=A _L (nH/N ² )*витков ²

Требуемые витки = [L(nH) / A _L (nH/N ² )] ^1/2

Чтобы намотать тороидальную катушку, вам понадобится тороидальный сердечник, источник проволоки (хорошим источником являются отклоняющие катушки от старых ЭЛТ-телевизоров), немного мелкой наждачной бумаги и немного суперклея.

Чтобы намотать тороид, сначала необходимо отрезать провод соответствующей длины, потому что катушку провода нельзя пропустить через отверстие. Чтобы рассчитать необходимый провод, умножьте окружность поперечного сечения кольца на количество необходимых витков. Это иногда указывается в техническом описании как mlt (средняя длина за виток). На этом веб-сайте есть онлайн-калькулятор, который помогает в проектировании тороидальных катушек: просто выберите сердечник, подключите необходимую индуктивность, и он даст необходимое количество проводов и витков.

Шаг 1: Сначала пропустите один конец проволоки через отверстие, убедитесь, что около 4 см торчит — этот кусок называется косичкой.

Шаг 2: Оберните косичку вокруг сердцевины, оставьте 1–2 см и зафиксируйте остальную часть суперклеем.

Шаг 3: Используйте оставшуюся часть провода, чтобы намотать остальную часть катушки, прикрепите более длинный конец к гвоздю или гвоздю для облегчения намотки.

Поскольку ожидается, что катушка будет иметь низкую индуктивность (около 3,6 мкГн), в отсутствие профессионального измерителя LCR лучше использовать GDM, поскольку обычные измерители на основе микроконтроллеров имеют очень низкую точность при измерении. малые индуктивности. Параллельно катушке был подключен конденсатор емкостью 680 пФ вместе с небольшой петлей связи. Эта схема с пониженной частотой 3,5 МГц (справа), подставив эти значения в калькулятор резонанса, дает нам около 3 мкГн. Слева измеритель настроен на другую частоту, вне резонанса цепи.

Расчетные катушки могут давать очень разные результаты при их изготовлении в реальной жизни из-за паразитных емкостей и вызываемого ими параллельного собственного резонанса.

Производство катушек и сердечников трансформаторов

Каждый трансформатор Waukesha ^® имеет конструкцию сердечника в форме сердечника. Наши трансформаторы средней и большой мощности имеют медные обмотки круглой конфигурации и имеют непрерывную дисковую и/или спиральную конструкцию. Это помогает обеспечить качество и надежность всей внутренней конструкции трансформатора.

ОБМОТКА КАТУШКИ ТРАНСФОРМАТОРА

Медный магнитный провод, легированный медью и серебром, или непрерывно транспонированный медный кабель используется для проводников обмотки всех силовых трансформаторов Waukesha ^®. Медный кабель с непрерывным транспонированием используется для минимизации потерь и температуры горячих точек, а также для создания более компактной обмотки с улучшенными характеристиками короткого замыкания.

Все обмотки круглого концентрического типа обеспечивают максимальную устойчивость к сквозным замыканиям. В обмотках высокого и низкого напряжения используется сплошная дисковая или спиральная обмотка. Эта конструкция обеспечивает максимальную прочность и устойчивость к коротким замыканиям, повышенную предсказуемость и более низкие температуры горячих точек при нагрузке и перегрузке.

Многожильные непрерывные дисковые и спиральные обмотки переставлены по всей обмотке для минимизации потерь циркулирующего тока. Современные методы проектирования используются для обеспечения максимальной силы импульса в обмотках и минимизации перепадов напряжения. Особое внимание при проектировании также уделено концевым дискам линии для управления распределением напряжения.

Методы балансировки ампер-витков используются для минимизации радиального потока рассеяния и минимизации осевых сил короткого замыкания. Чтобы обеспечить защиту от короткого замыкания, обмотки изготавливаются с учетом строгих проектных допусков по электрической высоте обмотки катушки, расположению ответвлений и расположению разделительных секций.

Охлаждающие каналы образованы между дисками в сплошно-дисковой и винтовой обмотках шпоночными радиальными прокладками из специальной прессованной изоляции высокой плотности. Эти распорки выровнены по колонне, чтобы обеспечить осевую поддержку обмоток и высокую устойчивость к короткому замыканию.

Все обмотки производятся в чистых условиях. В этом изолированном «заводе на заводе» влажность и температура контролируются 24 часа в сутки с контролируемым доступом, чтобы свести к минимуму загрязнение.

КОНСТРУКЦИЯ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА

Во всех трансформаторах Waukesha ^® используется конструкция с сердечником. Сердечники изготавливаются из высокопроницаемой, доменно-рафинированной марки «Н», холоднокатаной текстурированной кремнистой стали (в некоторых случаях используется сталь марки «М»). Отжиг всей основной стали после резки обеспечивает оптимальные характеристики потерь.

В конструкции сердечника используется многоступенчатое круглое поперечное сечение с полностью скошенными соединениями. Листы, отрезанные по длине на специальных высокоскоростных, управляемых компьютером, автоматических ножницах с высокой точностью размеров, обеспечивают плотную посадку соединений с минимальными зазорами, что минимизирует потери в сердечнике, возбуждающий ток и уровни шума.

Изоляция сердечника от рамы и соединение с землей только в одной точке предотвращает накопление статических зарядов. Заземление в одной точке также устраняет циркулирующие токи и связанное с этим образование горючих газов. Заземляющая полоса выводится в удобное место рядом с отверстием для доступа на крышке или через втулку на крышке бака для облегчения проверки изоляции жилы.

После штабелирования наносится двухкомпонентная эпоксидная смола, чтобы соединить ножки сердечника вместе, затем устанавливается обвязка для формирования жесткой конструкции. Прочные стальные торцевые рамы обеспечивают полную конструкцию сердечника с высокой механической прочностью, чтобы выдерживать большие нагрузки во время транспортировки или в условиях короткого замыкания без деформации сердечника или обмоток.

СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА И КАТУШКА ТРАНСФОРМАТОРА В СБОРЕ — СОЕДИНЕНИЕ ИХ ВМЕСТЕ

После того, как сердечники соединены вместе и выпрямлены, а катушки намотаны, обработаны, спрессованы и откалиброваны, пришло время собрать их вместе в процессе, называемом «посадка катушек». ” На каждом плече или плече сердечника будет закреплено от 2 до 5 витков, после чего весь узел сердечника и катушки проходит тщательную очистку и тщательный осмотр, прежде чем перейти к операции прессования, которая помогает окончательной сборке сердечника.

После того, как сборка находится под давлением, ее снова очищают и проверяют, а затем подвергают процессу, называемому верхним хомутом, при котором сталь верхнего хомута соединяется с ветвями с очень жесткими допусками, чтобы гарантировать отсутствие потерь в сердечнике на испытательном полигоне. После завершения верхнего ярма блок «втягивается». Эта процедура «втягивания» включает в себя затягивание зажимов сердечника на стали, затягивание хомутов ярма и добавление всей дополнительной изоляции, необходимой в конструкции. Точные, заранее рассчитанные методы зажима сердечника и узла катушки вместе обеспечивают положительное давление зажима на катушки в каждой точке и обеспечивают максимальную защиту от сквозного замыкания, независимо от того, насколько сухим может стать трансформатор во время эксплуатации.

Предварительно собранные скобы и направляющие конструкции (деревянные рамы с прикрепленным к ним изолированным кабелем и, часто, обесточенным переключателем ответвлений) теперь присоединяются к сборке.