Индуктивность проводника. Катушка индуктивности

Величина, описываемая соотношением между скоростью изменения тока и некоторой величиной, проявляющейся в проводнике при действии ЭДС самоиндукции, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью проводника.

Индуктивность обозначается латинским символом L. Можно сформулировать и более простое определение: индуктивность, электротехническая величина показывающая, сколько энергии магнитного поля можно накопить в проводнике. При скручивание проводника в катушку его индуктивность увеличивается в разы. Чем выше L проводника, тем больше номинальное значение ЭДС самоиндукции. Индуктивность измеряется единицей, получившей название генри. Сокращенно генри обозначается Гн.

Индуктивностью в 1 генри обладает катушка, в которой с изменением силы тока на 1 ампер в течение секундного временного интервала наводится ЭДС самоиндукции, равная 1 вольт.

Кроме генри используются величины: тысячная доля генри (миллигенри—мГн), миллионная доля генри (микрогенри — мкГн)

1 миллигенри (мГн ) =1/1000 Гн = 10-3 Гн;
1 микрогенги (мкГн) = 1/1000000 Гн = 1/1000 мГн =10-6 Гн

Катушка индуктивности

Это — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого проводника, обладающая значительно большой величиной индуктивности при относительно малом уровне ёмкости и низком активном сопротивлении

Индуктивность катушки прямо пропорциональна квадрату числа витков, так как с увеличением количества витков увеличивается, число магнитных силовых линий, и число пересечений каждой силовой линии с проводником.
- увеличивается с увеличением площади витка катушки, так как возрастает уровень магнитного потока в катушке.
-уменьшается с увелечением осевой длины катушки, так как, чем она выше, тем меньшее число витков на единицу ее осевой длины и, следовательно, тем ниже магнитный поток.

Если в катушку добавить железный или стальной сердечник, то величина L возрастет многократно.

Разновидностей катушек индуктивности существуют великое множество. Они бывают высокочастотные, низкочастотные, с подстроечными сердечникам, катушки с отводами, катушки рассчитанные на большие напряжения. Катушки для СВЧ техники называют микрополосковыми линиями. Они совсем не похожи на катушки. (правый рисунок)

бескаркасные катушкимикрополосковые линии

Катушка с сердечником может выглядеть так - рисунок слева, а с подстроечным сердечником, как на фотографии справа. Величина индуктивности в случае с подстроечным сердечником меняется в небольших пределах. Подстроечные катушки индуктивности используются в схемах, где необходима одноразовая подстройка. В дальнейшем ее обычно не регулируют.

Катушка с сердечником простым и подстроечным

Индуктивность. Соединение катушек и формулы для расчета

Последовательное соединение катушек индуктивности

Суммарная индуктивность двух или более катушек, соединенных последовательно и расположенных на определенном расстоянии друг от друга так, что их магнитные поля не пересекали витки соседей, равна сумме их индуктивностей.


Параллельное соединение катушек

при параллельном их соединении и при соблюдении того же условия отсутствие магнитного взаимодействия относительно их расположения, расчет осуществляем по формулам:

Индуктивность. Соединение катушек при условии взаимного влияния их магнитных полей

Если катушки, соединенные в электрическую цепь последовательно, находятся близко друг к другу, и так, что часть магнитного потока одной пронизывает витки другой, т. е. между катушками присутствует индуктивная связь, то для расчета их общей индуктивности данная выше формула уже не подойдет. При таком расположении могут возникнуть два частных случая:
Магнитные потоки катушек в цепи имеют одинаковые направления
Или наооборот их потоки направлены навстречу друг другу

Любой их них будет иметь место в зависимости от направления витков катушек и от направлений протекания токов в них.

Если обе катушки намотаны в одну сторону и токи в них протекают в одном попутном направлении, то-есть когда магнитные потоки направлены в одну сторону. При этих факторах витки каждой катушки будут пронизываться своим потоком и частью потока соседа, т. е. магнитные потоки в обоих катушках будут выше по сравнению с отсутствием индуктивной связи. Поэтому общая индуктивность схемы будет выше суммы ее составляющих отдельных катушек. Наоборот, когда потоки направлены навстречу друг другу, общая индуктивность схемы будет ниже суммы L отдельных катушек.

В первом случае, в расчетной формуле ставится знак плюс, а во втором знак минус.

Величина М приведенная в формуле, называется коэффициентом взаимной индукции, представляет собой некоторую добавочную индуктивность, обусловленную частью магнитного потока, общей для обеих катушек.

На явлении взаимоиндукции основан принцип работы вариометра. Он состоит из двух катушек, общая L которых может, по необходимости, плавно регулироваться в некотором диапазоне. В радиолюбительской практике вариометры используют для настройки колебательных контуров самодельных радиоприемников и передатчиков.

Индуктивное сопротивление катушки

Индуктивное сопротивление отличается от классического омического тем, что при протекании через индуктивность переменного тока отсутствуют потери мощности.

В реальных условиях любая катушка индуктивности обладает и реальным омическим сопротивлением. Но если оно не очень большое по сравнению с индуктивным сопротивлением, то им можно условно пренебречь.

При этом происходит следующий эффект: в течение первой четверти периода, когда ток увеличивается, магнитное поле потребляет энергию из цепи, а в течение следующей четверти , когда ток снижается, возвращает ее в цепь. Поэтому, в среднем за период в индуктивном сопротивлении мощность не расходуется. Поэтому индуктивное сопротивление получило название реактивного.

Зависимость индуктивного сопротивления катушки от частоты переменного тока

Индуктивное сопротивление одной и той же катушки будет отличаться для переменных токов разных частот. Чем выше частота , тем большее влияние на схему оказывает индуктивность и тем выше будет индуктивное сопротивление катушки. Наоборот, чем ниже частота переменного тока, тем индуктивное сопротивление ниже. При нулевой частоте (постоянный ток), индуктивное сопротивление нулевое.

Индуктивное сопротивление в формулах электротехники, обозначается как XL и измеряется в омах.

XL=2π×f×L
где XL — индуктивное сопротивление в омах; f—частота переменного тока в гц; L — индуктивность катушки в генри

Величину 2π×f называют круговой частотой и обозначают буквой ω (омега). Поэтому формулу выше можно представить так:

XL=ω×L

Отсюда следует, что при протекании через катушку постоянного тока (ω = 0). Поэтому, если, требуется пропустить по цепи постоянный ток, задержав переменный, то в цепь вводят последовательно катушку индуктивности.

Для преграждения пртекания токов низких звуковых частот используют катушки с железным сердечником, так называемые дроссели низкой частоты (НЧ), а для высоких радиочастот уже без железного сердечника, которые называют дроссели высокой частоты (ВЧ).

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Если катушка индуктивности стоит в цепи переменного тока, то в ней, фаза тока всегда будет отставать от напряжения. В курсе этой лекции рассмотрим причины отставания фазы тока на элементарном примере, когда в идеальной цепи есть только индуктивное сопротивление, а омическое сопротивление отсутствует, точнее омическим сопротивлением провода катушки пренебрегаем, так как оно очень низкое.