Катушки индуктивности и дроссели

Катушки индуктивности представляют собой спиралью свитый провод. Если необходима малая индуктивность, то катушку наматывают толстым проводом, который придаёт ей достаточную жёсткость. Такие катушки называют бескаркасными. При необходимости иметь большую индуктивность, катушку наматывают более тонким проводом с большим количеством витков на жёстком каркасе.

Каркас для уменьшения активных потерь (электрических и магнитных) делается из диэлектрика (оргстекло, полистирол, фторопласт, радиочастотная керамика). Намотка провода может быть: плоская печатная, рядовая с шагом, рядовая плотная, многослойная рядовая, многослойная внавал, многослойная секционная, многослойная типа «универсаль», многослойная «корзиночная». Последние три вида намотки применяют для уменьшения собственной ёмкости катушки.

Рис.1.14. Виды катушек индуктивности.

Для уменьшения потерь, катушки с малым количеством витков наматывают медным, часто посеребрённым проводом. При большом количестве витков применяют медный изолированный провод, например, ПЭВ, ПЭТВ, ПЭЛШО ПЭШД, а также многопроволочный изолированный провод - «литцендрат» (например, ЛЭШО 7х0,07). Иногда для уменьшения веса и удешевления обмотки низкочастотных силовых трансформаторов выполняют алюминиевым проводом.

На рис.1.14 показаны некоторые виды катушек индуктивности.

Индуктивность катушки зависит от её габаритных размеров и количества витков. В настоящее время для уменьшения размеров и увеличения добротности катушки применяются магнитные сердечники, благодаря которым концентрация магнитного поля увеличивается в несколько (десятки и сотни) раз, следовательно, увеличивается индуктивность катушки. А так как при этом количество витков остаётся неизменным и потери также остаются неизменными, поэтому Q увеличивается. Необходимо отметить, что в сердечниках также имеются потери, поэтому Q увеличивается, но непропорционально увеличению индуктивности. Диамагнитные сердечники, например, медные, алюминиевые и латунные применяют для уменьшения индуктивности.  На низких частотах (до 20 кГц) применяют стальные, пермаллоевые и ферритовые сердечники. Стальные сердечники делаются из трансформаторной стали (с большим содержанием кремния). Стальные сердечники маркируются 4 цифрами, например, 1524. Первая цифра означает вид прокатки (1- горячекатная изотропная, 2- холоднокатная изотропная, 3 – холоднокатная анизотропная). Вторая цифра – содержание кремния (чем больше цифра, тем лучше магнитные свойства и тем более хрупкая сталь). Третья цифра характеризует удельные потери в стали и четвёртая цифра – порядковый номер типа стали.

Пермаллоевые (сплав никеля, железа и молибдена) и сендастовые сердечники (сплав железа, алюминия и кремния), обладающие высокой магнитной проницаемостью, позволяют значительно уменьшить габариты узлов. Часто используются следующие марки пермаллоев 45Н, 50НП, 79НМ, 80НХС. Цифры означают процентное содержание никеля в сплаве.

На НЧ также применяют ферритовые сердечники с магнитной проницаемостью µ=3000÷10000. Феррит представляет собой полупроводниковую керамику, полученную путём прессования и обжига смеси солей и окислов  никеля, марганца, лития, цинка, меди. Наибольшее распространение получили: НН – низкочастотные и ВН - высокочастотные никель-цинковые, НМ - низкочастотные марганцево-цинковые, ВЛ - высокочастотные литий-цинковые ферриты. Низкочастотные ферриты применяют на частотах до 1 МГц. Высокочастотные ферриты применяются на частотах 3÷300 МГц, причём, на частотах 3÷30 МГц с µ=50÷200, а на частотах 30÷300 МГц с µ=5÷25.  Перечисленные марки ферритов выпускаются для слабых магнитных полей. Если после марки феррита, например НН добавлена буква «С», то этот феррит применяется в сильных магнитных полях, буква «И» - работа в импульсных магнитных полях, буква «П» для перестройки величины индуктивности в катушках индуктивности.

Полная маркировка типа феррита будет следующей: М1000НМ3-А, где М – феррит, 1000 – значение магнитной проницаемости, НМ – низкочастотный марганцево-цинковый, 3 – отличие марки феррита по свойствам и А – вид исполнения изделия в данном учебном пособии не приводятся.

В качестве сердечников также применяются альсиферы и карбонильное железо.

Альсиферы маркируются буквами ТЧ, ТЧК (тональной частоты) и ВЧ, ВЧК (высокочастотные). Буква К – означает термоскомпен-сированный. После этих букв ставится величина магнитной проницаемости. Например: ТЧ-90, ВЧК-22.

Сердечники из карбонильного железа для радиоаппаратуры маркируются буквой Р, для аппаратуры электросвязи – буквами ПС и значением максимальной рабочей частоты, например, Р-10.

Сердечники (см. рис. 1.12) имеют различную форму: стержневые, цилиндрические с резьбой и без резьбы, трубчатые, кольцевые, броневые чашечные, «Ш» и «П» - образные.

Рис. 1.15 Виды сердечников из карбонильного железа.

Сердечники из феррита имеют такую же форму, но другое обозначение: С – стержневой, ПТ – подстроечный трубчатый, ПР – подстроечный резьбовой, Б и ОБ – броневые.  

Часто катушки индуктивности помещают в магнитные экраны (электротехническая сталь, пермаллой) на звуковых частотах до 20кГц и немагнитные (электростатические) экраны (алюминий, латунь, медь) на средних и высоких частотах. Это делается для того, чтобы внешние магнитное поля не оказывали влияние на работу катушек индуктивности.

Катушки индуктивности используются в резонансных контурах, в селективных фильтрах, частото-корректирующих цепях, в фильтрах питания и т.д.

Катушка индуктивности, предназначенная для увеличения реактивного сопротивления цепи, называется дросселем.

На рис. 1.16 показаны примеры УГО катушек индуктивности:

Рис. 1.16. Условные графические обозначения катушек индуктивности и дросселей.