Основні параметри котушок індуктивності
Будь-компонент електричного кола виконує певні властиві йому функції і має набір властивих йому параметрів. Котушка індуктивності не є винятком. Основними параметрами, що характеризують котушки індуктивності, є:
- індуктивність
- добротність
- опір втрат
- Втрати в проводах
- Втрати в діелектрику
- Втрати в осерді
- Втрати на вихрові струми
- паразитна ємність
- Реактивний (індуктивне) опір
- Темпіратурний коефіцієнт індуктивності (ТКИ)
Розглянемо кожен параметр докладніше.
Основним параметром, що характеризує котушку індуктивності є індуктивність. Індуктивність - це коефіцієнт пропорційності між магнітним потоком, що пронизує котушку індуктивності при протіканні через неї струму до величини самого струму. Індуктивність (як фізична величина) позначається буквою L, точно так само як і сама котушка індуктивності (або індуктивність, як компонент електричного кола при використанні ідеалізованих елементів). Інша назва індуктивності, що виражає фізичний зміст цієї величини - це коефіцієнт самоіндукції. Таким чином індуктивність L = Ф / I, де Ф - магнітний потік, що пронизує котушку індуктивності, Вб (Вебер); I - струм, що протікає через котушку індуктивності, А (Ампер). Величиною вимірювання індуктивності явгяется Генрі (Гн). 1 Гн = 1Вб / 1А.
Реактивний (індуктивне) опір. Якщо до котушки індуктивності прикладена змінна напруга, воно створює магнітне поле. Магнітне поле в свою чергу індукує напругу в витках котушки, яке називається електрорушійної силою (е.р.с.) самоіндукції. Е.р.с. самоіндукції зрушена по фазі на 180 ° щодо прикладеної напруги і протидіє додається напруги. Таким чином в ланцюзі виникає реактивне опір. Реактивний опір котушки індуктивності (індуктивний опір) обчислюється за формулою: XL = j * 2 * П * f * L, де j - означає поворот вектора за годинниковою стрілкою на 90 °. L - індуктивність (Гн), f - частота (Гц). Індуктивний опір є функцією частоти прикладеного змінного напруги і індуктивності. Зростання частоти збільшує індуктивний опір і викликає збільшення протидії току. Зменшення частоти зменшує індуктивний опір і знижує протидію току.
Опір втрат. При протіканні електричного струму по котушці індуктивності в ній крім основного ефекту взаємодії струму і магнітного потоку (індуктивності) спостерігаються паразитні явища, внаслідок яких імпеданс (комплексне повний опір) котушки не є чисто реактивним. Наявність паразитних ефектів веде до появи втрат в котушці, що оцінюються опором втрат. Втрати складаються з втрат в проводах (в витках самої котушки індуктивності і її висновках), діелектрику і осерді.
Втрати в проводах. Втрати в проводах є однією зі складових опору втрат. Втрати в проводах викликані трьома причинами:- Провід обмотки мають омічним (активним) опором;
- Опір проводу обмотки зростає з ростом частоти, що обумовлено скін-ефектом. Суть ефекту полягає у витісненні струму в поверхневі шари дроти. Як наслідок, зменшується корисне перетин провідника і зростає опір;
- У проводах обмотки, свитою в спіраль, проявляється ефект близькості, суть якого полягає у витісненні струму під впливом вихрових струмів і магнітного поля до периферії намотування. В результаті перетин, по якому протікає струм, приймає серповидную форму, що веде до додаткового зростання опору дроти.
У загальному випадку можна помітити, що для сучасних котушок загального застосування втрати в діелектрику найчастіше нехтує малі.
Втрати в осерді. Всі втрати в осерді (матеріалі сердечника) складаються з 2-ух складових: втрати на вихрові струми і втрати на гістерезис (перемагничивание матеріалу сердечника).
Втрати на вихрові струми. Змінне магнітне поле, що виникає при протіканні електричного струму через котушку індуктивності, індукує вихрові ЕРС в оточуючих провідниках (осерді, екрані і в проводах сусідніх витків). Виникаючі при цьому вихрові струми (струми Фуко) стають джерелом втрат через активне (омічного) опору провідників.
Темпіратурний коефіцієнт індуктивності (ТКИ). Темпіратурний коефіцієнт індуктивності (ТКИ) - це параметр котушки індуктивності, що характеризує залежність індуктивності котушки від температури навколишнього середовища. Температурна нестабільність індуктивності обумовлена різними факторами: при нагріванні збільшується довжина і діаметр проводу обмотки, збільшується довжина і діаметр каркаса, в результаті чого змінюються крок і діаметр витків. Крім того при зміні температури змінюються діелектрична проникність матеріалу каркаса, що веде до зміни власної ємності котушки. Дуже істотно впливає температура на магнітну проникність сердечника.
Паразитна ємність. Міжвиткова паразитна ємність провідника в складі котушки індуктивності перетворює котушку в складну ланцюг з розподіленими параметрами. Грубо можна сказати, що реальна котушка індуктивності еквівалентна ідеальної індуктивності, включеної послідовно з резистором активного опору обмотки і приєднаної паралельно цьому ланцюжку паразитного ємністю. В результаті цього котушка індуктивності є коливальний контур з характерною частотою резонансу. Ця резонансна частота легко може бути виміряна і називається власною частотою резонансу котушки індуктивності. Для збільшення частоти власного резонансу використовують складні схеми намотування котушок (Наприклад, розбиття однієї обмотки на рознесені секції, намотування типу "Універсал", намотування зі змінним кроком і т.д)
Добротність. Добротність котушки індуктивності визначає співвідношення між активним і реактивним опорами котушки і дорівнює відношенню реактивного опору до активної (сумарному опору втрат). Практично добротність більшості котушок індуктивності лежить в межах від 20 до 300. Підвищення добротності досягається оптимальним вибором діаметра дроту, збільшенням розмірів котушки індуктивності і застосуванням сердечників з високою магнітною проникністю і малими втратами, намотуванням виду «універсаль», застосуванням посріблені дроти, застосуванням багатожильного дроту виду «літцендрата» для зниження втрат, викликаних скін-ефектом і т.д.