Porady
Uwaga! Poniższy opis został przetłumaczony automatycznie.
Wiedza na temat cewek, cewek i dławików
Przewodzenie prądu za pomocą drutu jest obecnie sprawą oczywistą, co wydaje się niemal banalne. Nic dziwnego, ponieważ ta technologia zdominowała ludzkość od prawie 200 lat. Jeśli jednak drut zostanie nawinięty na szpulę, przepływ prądu ma nagle zupełnie inne skutki. Wyjaśniamy was za techniką cewek, dławików i cewek.
Was są indukcyjności, cewki lub dławiki?
Jak działają cewki i dławiki?
Czym jest indukcyjność w cewkach?
Jaka jest reaktancja indukcyjna w cewkach?
Gdzie stosowane są cewki?
Różne rodzaje cewek
Was są indukcyjności, cewki lub dławiki?
Szpula składa się z izolowanego drutu, który nawinięty w kształcie koła lub w inny sposób. Jako izolacja służy często tylko cienka warstwa lakieru, która elektrycznie oddziela druty miedziane leżące obok siebie.
Ta fizyczna obudowa umożliwia osiągnięcie określonych właściwości elektrycznych, które mogą być używane do różnych zadań. W ten sposób można np. cewki budować mechanicznie w taki sposób, aby stanowiły bardzo mały opór przy napięciu zmiennym o niskiej częstotliwości 50 Hz. Przy wysokiej częstotliwości wynoszącej kilka tysięcy Hertz, cewki te mają bardzo duży opór.
Cewki takie są najlepiej stosowane na wejściu do sieci urządzeń elektrycznych. Podczas gdy prąd z częstotliwością 50 Hz może się łatwo zdarzyć, że cewka prądu o wysokiej częstotliwości będzie skutecznie trzymana z dala od urządzenia. Z drugiej strony cewki te zapewniają, że impulsy zakłóceniowe, które powstają np. w pierścieniu szlifierskim silnika kolektora, nie są przekazywane do publicznej sieci.
Drut miedziany nawinięty na rdzeń w cewkę.
W wyniku tych właściwości cewki dławiące cewki te nazywane są również dławikami, dławikami sieciowymi lub tłumikami tłumiącymi zakłócenia. Ponadto cewki i dławiki są również grupowane pod pojęciem indukcyjności. Ponieważ transformatory i silniki ze względu na uzwojenie również mają właściwości indukcyjne, specjalista mówi tutaj raczej o obciążeniu indukcyjnym.
Jak działają cewki i dławiki?
Cewka przepływowa (1) wytwarza pole magnetyczne (2), które można wzmocnić KERN (3) ferromagnetycznym. W przypadku prądu stałego oznacza to elektromagnes.
Jeśli na szpuli zostanie przyłożone napięcie elektryczne, prąd musi zawsze przepływać przez każde pojedyncze uzwojenie cewki.
Przewód przewodzący cewkę wytwarza pole magnetyczne . Ze względu na konstrukcję z ułożonych obok siebie pętli, pola magnetyczne wszystkich zwojów cewki sumują się w jedno duże pole magnetyczne. Im większa liczba zwojów i im wyższy jest prąd, tym silniejsze jest pole magnetyczne.
Dłuższy drut miedziany zwiększa jednak również opór i zwiększa koszty produkcji. Z tego powodu rdzeń wykonany z prasowanego proszku żelaza (ferryt) jest często stosowany w środku cewki, aby zwiększyć przepuszczalność , a tym samym pole magnetyczne . Termin przepuszczalność opisuje, jak dobrze lub źle rdzeń cewki przewodzi linie pola magnetycznego.
Gdy cewka jest zasilana napięciem stałym, otrzymuje się elektromagnes, który jest wykorzystywany m.in. w urządzeniach sortujących lub przekaźnikach prądu stałego. Włączanie i wyłączanie zasilania umożliwia dowolnie włączanie i wyłączanie efektu magnetycznego.
Jeżeli na szpuli zostanie przyłożone napięcie przemienne, cewka zareaguje całkowicie inaczej niż w przypadku napięcia stałego. Aby zrozumieć zależności, należy przyjrzeć się postacji cewki w odniesieniu do fali sinusowej:
Rosnące napięcie tworzy szpulę coraz silniejsze pole magnetyczne.
Rozwijające się pole magnetyczne wytwarza przez indukcję napięcie na szpuli, które przeciwdziała doprowadzanym napięciu zmiennym. Oznacza to, że przepływ prądu przez cewkę jest wstrzymany lub opóźniony .
Na tylnej ściance fali sinusoidalnej napięcie jest ponownie zmniejszane, a pole magnetyczne staje się słabsze . Połączenie pola magnetycznego z kolei wytwarza napięcie, które chce utrzymać pole magnetyczne w dalszym ciągu. Proces powtarza się dla ujemnej półfali krzywej sinusoidalnej, ale z prądem przepływającym przez cewkę w przeciwnym kierunku.
Dzięki temu w trakcie fali sinusowej prąd i napięcie nie są już równe. Prąd jest „wolniejszy” niż napięcie. Ekspert mówi tutaj o przesunięciu fazowym o 90 <2 />.
W przypadku cewki odbywa się przepływ prądu (i) z przesunięciem fazowym od 90° do napięcia (u).
Nasza praktyczna wskazówka
Aby inżynierowie elektrycy i technicy elektroniki mogli lepiej zapamiętać przesunięcie fazowe, od dziesięcioleci istnieje prosta, ale sprawdzona zasada: „Przy indukcyjności prąd jest o 90”
Wskazówka:
Samoistna redukcja występuje oczywiście również wtedy, gdy cewka jest zasilana napięciem stałym/prądem stałym. Efekt występuje jednak tylko w momencie włączenia i wyłączenia. Podczas gdy włączanie jest mniej problematyczne, cewki przy wyłączaniu mogą wytwarzać bardzo wysokie skoki napięcia. Dlatego w przypadku przekaźnika prądu stałego załączana jest dioda równolegle do cewki.
Gdy jest sterowany tranzystor przełączania (T), prąd płynie przez przekaźnik (R) i tranzystor (T). Przekaźnik został przyciągnięty, a styk przełączający jest zamknięty. Za pomocą diody (D) w tym momencie nie przepływa prąd (patrz lewy szkic). Gdy tranzystor (T) jest zablokowany , dioda (D) powoduje zwarcie prądu indukcyjnego (patrz szkic po prawej stronie). Tranzystor (T) jest zatem skutecznie chroniony przed szkodliwymi skokami napięcia.
Oprócz samoindukcji istnieje również indukcja zewnętrzna . W przypadku indukcji magnetycznej poprzez szpulę zamontowane jest pole magnetyczne, które indukuje napięcie w drugiej cewce. Indukcję zewnętrzną stosuje się z transformatorami lub cewkami zapłonowymi .
Dioda (D) chroni w momencie wyłączenia tranzystor przełącznikowy (T) przed skokami napięcia indukcyjna.
Czym jest indukcyjność w cewkach?
Jak już wyjaśniono, zmiana przepływu prądu w szpuli zawsze prowadzi do zmiany pola magnetycznego cewki. A zmiana pola magnetycznego zawsze generuje napięcie samoindukcyjne . Napięcie to przeciwdziała zawsze doprowadzanej z zewnątrz zmianie napięcia.
Napięcie indukcyjne zależy od wielkości zmiany prądu , od czasu, w którym następuje zmiana prądu i od indukcyjności cewki. Indukcyjność jest z kolei określona przez konstrukcję mechaniczną cewki i właściwości materiału . Zaliczają się do nich liczba zwojów i wymiary szpuli. Druty cewki są często owijane wokół rdzenia wykonanego z magnesowalnego (ferromagnetycznego) materiału , co zwiększa indukcyjność . Rdzeń cewki może być wykonany w kształcie pręta lub rdzenia. Możliwe są również inne formy konstrukcyjne.
W końcu indukcyjność jest podsumowaniem wszystkich właściwości elektrycznych cewki. Indukcyjność umożliwia poza tym porównanie różnych cewek.
Symbol indukcyjności to L , a oznaczenie to H (Henry), według amerykańskiego fizyka Josepha Henry'ego, który odkrył samoindukcję.
Indukcyjność zdefiniowana jest w następujący sposób:
Jeśli prąd zmienia się o 1 amper (A) w 1-sekundowym okresie , a napięcie samindukcyjne wynosi 1 V , cewka ma indukcyjność autor: 1 Henry (H).
Jednak w zakresie cewek elektronicznych stosowane są znacznie mniejsze indukcyjności. Podobnie jak w przypadku kondensatorów dostępny jest podział na cewki 1/1000.
| Henry | 1 godz | 1 godz | 10 0 godz |
| Millihenry | 1 mH | 0,001 H | 10 -3 H |
| Mikrohenry | 1 h | 0,000001 H | 10 -6 H |
| Nanohenry | 1 nH | 0,000000001 H | 10 -9 godz |
Jaka jest reaktancja indukcyjna w cewkach?
W przypadku rezystory z powłoką węglową, rezystory metalizowane lub rezystory drutowe są zasadniczo obojętne, czy są zasilane napięciem stałym, czy przemiennym. Jego wartość rezystancji nie zmieni się przy obu rodzajach napięcia . W przypadku cewek, sprawa wygląda nieco inaczej.
Jeśli cewka jest zasilana napięciem stałym, działa tylko opór oporu uzwojenia miedzianego. Ten tryb pracy jest używany w przypadku cewek w przekaźkach DC. Dlatego przekaźniki te posiadają cewki z cienkim drutem i wieloma uzwojeniami.
Jeżeli cewka pracuje przy napięciu prądu przemiennego , rezystancja cewki zależy od indukcyjności cewki (L) i częstotliwości napięcia prądu przemiennego (f) . Opór ten określa się jako działanie bierności indukcyjnym (X L ).
W przypadku gdy nie jest możliwe obliczenie obciążenia, należy zastosować metodę określoną w pkt 3.
XL = 2 x π x f x L
Przekaźniki prądu stałego posiadają cewki z długim i cienkim drutem miedzianym.
Aby zilustrować, obliczyliśmy ślepą rezystancję cewki 50 mH w różnych częstotliwościach:
| Częstotliwość (f) | Ślepa rezystancja (XL) |
|---|---|
| 0 Hz (napięcie stałe) | < 1 Ohm |
| 50 Hz | 15,71 omów |
| 100 Hz | 31,42 omów |
| 500 Hz | 157,08 omów |
| 1 kHz | 314,16 omów |
| 10 kHz; | 3.141,59 omów |
| 100 kHz | 31.415,93 omów |
* przy napięciu stałym miarodajny jest tylko rezystancja oporu cewki. To z kolei zależy od przekroju drutu i długości drutu. Ponieważ wartości te mogą znacznie różnić się w przypadku cewek o tej samej indukcyjności, nie jest możliwe podanie tutaj ogólnie obowiązującej i konkretnej wartości.
Wskazówka:
Wraz ze wzrostem częstotliwości zwiększa się opór bierny cewki. W tabeli przedstawiono jednak wyłącznie obliczenie wartości rezystancji biernej przy zastosowaniu obliczeń arytmetycznej. W zależności od typu cewki, rzeczywiste wartości mogą się różnić, ponieważ w przypadku wysokich częstotliwości i prądów cewki mogą nie reagować linearnie. Końcówka cewki jest następnie nasyceniem magnetycznym, co was prowadzi do spadku indukcyjności. Cewki bez KERN posiadają znacznie większą liniowość i są określane jako cewki powietrzne.
Nasza praktyczna wskazówka
Materiały sproszkowane żelaza (Fe) mogą być stosowane jako czysta indukcyjność do ok. 400 kHz, a w wyższych zakresach częstotliwości część straty jest zbyt duża ze względu na opór strat. Od 20 MHz rdzeń żelazny w proszku jest nieskuteczny.
Rdzenie manganowo-cynkowe (MnZn) są indukcyjne w zakresie częstotliwości od 20 MHz do 30 MHz . Rdzenie niklowo-cynkowe (NiZn) są indukcyjne do częstotliwości 60 MHz. W przypadku wyższych częstotliwości materiał jest obarczony stratami. Nanokrystaliczne materiały (FeCuNbSiB) mogą być stosowane przy bardzo wysokich częstotliwościach
Gdzie stosowane są cewki?
Cewki mogą być używane w najróżniejszych zastosowaniach. Oto kilka przykładów pokazujących tylko ułamek różnorodnych możliwości zastosowania cewek:
Elektromagnesy
Klasyczne zastosowanie cewki z napięciem stałym jest elektromagnesem. Aby uzyskać wysokie siły podnoszenia i trzymania, cewki są częściowo osadzone w specjalnym metalowym czopie oraz zalewana w celu ochrony przed wilgocią.
Elektromagnesy są również wykorzystywane do przekaźników elektromechanicznych lub styczników.
Filtr sieciowy
Jak już wspomniano, cewki mogą być używane do odfiltrowania impulsów zakłóceniowych na napięciu sieciowym. Po części cewki są uzupełnione kondensatorami i w ten sposób tworzą kompletne zespoły filtrów sieciowych. W przypadku niektórych filtrów sieciowych wymagane gniazdo jest nadal zintegrowane z obudową.
Zwrotnice
W sterownicą częstotliwości wykorzystuje się opór bierny cewek w różnych częstotliwościach. Dzięki temu można mieć pewność, że głośnik basowy dotrą tylko niskie częstotliwości. Natomiast głośnik wysokotonowy otrzymuje wyłącznie udziały częstotliwości o wysokiej częstotliwości. Podobnie jak w przypadku filtrów sieciowych, również w przypadku głośników pracuje się dodatkowo z kondensatorami w celu optymalizacji separacji częstotliwości.
Zasilacze impulsowe
W przypadku zbudowania pola magnetycznego w tym polu magnetycznym zapisywane jest energia , która może ponownie oddać cewkę po wyłączeniu. Cewki, które są najlepiej zaprojektowane do tego celu, są również nazywane cewki pamięci lub dławikami pamięci.
Efekt zapisywania energii jest używany w taktowanych zasilaczach impulsowych i regulatorach. Przy odpowiedniej częstotliwości załączania cewki i transformatory mogą być odpowiednio małe. Dzięki temu zasilacze impulsowe są małe, lekkie i niedrogie.
Obwody rezonansowe
Obwód oscylacyjny to połączenie cewki i kondensatora (człon LC), w którym w przypadku rezonatora energia stale się kurczy między polem magnetycznym cewki i polem elektrycznym kondensatora.
Za pomocą obwodów drgających można odfiltrować częstotliwości określone w technologii odbiorczej z mieszanki częstotliwości lub tłumić niepożądane częstotliwości. Niektóre z tych obwodów rezonansowych mają obrotowe rdzenie cewek w ekranowanej metalowej obudowie lub przestrajalne skraplacze w celu ustawienia filtra dokładnie na żądaną częstotliwość.
Ograniczniki prądu
Ze względu na swoje właściwości indukcyjne cewki są również chętnie stosowane w obwodach prądu przemiennego do ograniczenia prądu.
Aby wzmocnić właściwości magnetyczne, cewki są owinięte na materiały o łatwej do namagnesowania (miękkie magnetyczne), takie jak ferryt lub metal. Cewki te nazywane są następnie dławikami, a w przypadku rdzeni pierścieniowych są dławikami pierścieniowymi.
Bezprzewodowa technika ładowania
Do bezprzewodowego ładowania w stacji ładowania zamontowana jest cewka nadawcza i cewka odbiorcza telefonu. Gdy tylko telefon zostanie odłożony na stacji ładującej, cewka odbiorcza przekształca pole magnetyczne cewki nadajnika w prąd elektryczny, za pomocą którego akumulator jest ładowany. Karty kluczowe działają według tego samego schematu. Stacja drzwiowa bazuje na polu magnetycznym, aby cewka na karcie mogła wytworzyć napięcie robocze dla chipa pamięci. Następnie za pomocą sprzężenia magnetycznego można wymienić niezbędne dane.
Kompensacja mocy biernej
Dzięki przesunięciu faz urządzenia indukcyjne, takie jak transformatory lub silniki, jak również odbiorniki pojemnościowe, takie jak np. zasilacze impulsowe, przyjmują większą ilość energii niż podczas ich dostawy. Ta dodatkowa moc bierna nieustannie oscyluje między odbiorcą a dostawcą energii.
W przeciwieństwie do odbiorców prywatnych, moc bierna jest rejestrowana i fakturowana w odniesieniu do odbiorców przemysłowych. Z tego powodu klienci przemysłowi stosują kompensacje cewek i kondensatorów po licznikach prądowych. Jeśli urządzenia są stosowane przede wszystkim w urządzeniach indukcyjnych, kompensacja kondensatorów przełącza się na sieć elektryczną. Jeżeli obciążenie pojemnościowe jest większe, cewki są podłączone do sieci elektrycznej. Moc bierna dojeżdża tylko między urządzeniem a kompensacją i niepotrzebnie nie zwiększa kosztów energii.
Różne rodzaje cewek
Induktivität ist nicht gleich Induktivität. Cewka dławiąca może być stosowana wielokrotnie i dlatego wymaga również specjalnego dopasowania w kształcie i stylu. Oprócz wersji SMD i THT cewka ma różne uzwojenia lub konstrukcje w zależności od obszaru zastosowania.
Konstrukcja SMD
Elementy SMD (urządzenie do montażu powierzchniowego) są mocowane na płytce drukowanej, a następnie lutowane różnymi metodami. Ten rodzaj montażu określa się jako montaż na powierzchni. W przeciwieństwie do montażu THT (Through Hole Technology), przewody łączące elementów są wkładane przez otwory stykowe na płytce drukowanej, a następnie lutowane. Ten sposób montażu nazywany jest również montażem w otworze.
Cewki indukcyjne SMD <2 /> Cewki indukcyjne SMD są bardzo małe i lekkie. Ponadto nie ma przewodów przyłączeniowych, dzięki czemu zastosowanie norm SMD jest szczególnie ważne w przemyśle produkcji przemysłowej.
Indukcyjność wielowarstwowa
metalowa, często srebrna, jest nanoszona w szpulce na cienką podstawę ferrytu lub innych materiałów. Ten rodzaj indukcyjności jest bardzo mały i może być również zainstalowany w telefonach komórkowych.
Cewki dławikowe
Działają one zgodnie z następującą zasadą: Napięcie, które powoduje samoindukcję, działa wbrew jej przyczynie. W ten sposób napięcie zmniejsza przepływ prądu w szpuli. Opór indukcyjny jest miarą dławienia. Cewki dławikowe są stosowane do ograniczenia prądu.
O szerokości mniejszej niż 3 mm, ale nie większej niż 5 mm,
Rdzeń cewki jest pierścieniem. Dzięki tej konstrukcji strumień magnetyczny rozszerza się KERN Dlatego pole rozrzutu poza cewką pierścieniową jest stosunkowo słabe.
Szpule z rdzeniem pierścieniowym są stosowane w pasywnych, elektrycznych filtrach, aby zapobiec zakłóceniom o wysokiej częstotliwości. Również w wyłączników różnicowoprądowych są często instalowane.
Cewka dławiąca
Dławiki pamięci magazynują energię magnetyczną . Rdzeń jest często przerywany szczeliną powietrzną wypełnioną papierem, żywicą lub tworzywem sztucznym w celu stabilizacji mechanicznej. W tej szczelinie powietrznej magazynowana jest prawie cała energia, aby uniknąć nasycenia materiału jądrowego i zagwarantować liniowy przebieg indukcyjności.
Można stosować dławiki pamięci w niektórych zasilaczach, regulatorach przełączających, przekładnikach odwrotnie i konwerterach SEPIC.
Cewki bezprzewodowe Power
Ten typ szpuli ma bardzo niską wysokość całkowitą i dlatego często jest instalowany w elementach do noszenia . Bezprzewodowe cewki zasilające idealnie nadają się do bezprzewodowego przesyłania energii. W stacji ładującej i szpuli odbiornika w urządzeniu. Połączenie indukcyjne między tymi cewkami. Proces ładowania rozpocznie się przez indukcję.
Ten rodzaj przesyłu energii jest już stosowany, ale w przyszłości na rynek będzie pojawiać się wiele innych innowacji. Obecnie testowany jest już ładowanie samochodu elektrycznego za pomocą ładowarki padów. Jest on wbudowany w cewkę nadajnika.