Трансформаторы и пьезотрансформаторы

Катушки индуктивности и дроссели

Катушки индуктивности – это компоненты, предназначенные для накопления энергии в магнитном поле, и состоящие из проводов, уложенных в обмотки, которые обычно охватывают магнитопроводы. Магнитопроводы, выполненные из ферромагнетиков, используют для увеличения индуктивности катушек, а выполненные из диамагнетиков уменьшают их индуктивность. Обмотки катушек индуктивности выполняют проводами круглого или прямоугольного сечений, а обмотки некоторых мощных высокочастотных компонентов – медными или посеребрёнными лентами. Катушки индуктивности без магнитопроводов и с магнитопроводами из диамагнетиков применяют только при протекании по обмоткам токов высокой частоты. С целью снижения паразитных индуктивности рассеяния и ёмкостей обмоток производят намотку отдельных катушек индуктивности проводами, которые укладывают с шагом под определённым углом. Так, широко распространена намотка типа «универсаль». Для расчёта индуктивности однослойной катушки цилиндрической формы без магнитопровода при укладке провода виток к витку можно применить следующую формулу:

L ≈ (d • W² • 10^–3) / (0,45 + ℓ / d), мкГн,

где d – внешний диаметр обмотки, мм;

W – число витков обмотки;

ℓ – длина обмотки, мм.

Число витков такой катушки индуктивности определим согласно выражению:

W ≈ 32 • √((ℓ / d + 0,45) • ℓ / d).

Индуктивность тороидальной катушки без магнитопровода найдём по формуле:

L ≈ (3,1 • b² • W² • 10^–4) / D, мкГн,

где b – диаметр одного полного витка (или, то же самое, диаметр поперечного сечения катушки), мм;

D – усреднённый диаметр тора, мм.

Дроссели пульсирующего тока – это катушки индуктивности, предназначенные для пропускания постоянной составляющей тока и задерживания его переменной составляющей. Такие дроссели используют, например, в фильтрах постоянного напряжения источников питания. Дроссели переменного тока нужны для создания индуктивного сопротивления в цепях, по которым протекает сугубо переменный ток. Эти дроссели применяют, например, в качестве компонентов колебательных систем резонансных и квазирезонансных импульсных источников питания. На пути протекания магнитных потоков в сердечники описываемых дросселей часто вводят немагнитные зазоры, благодаря которым по обмоткам дросселей можно пропускать большие токи без вхождения магнитопроводов в насыщение.

Трансформаторами называют статические компоненты, предназначенные для преобразования электрической энергии одной величины в электрическую энергию другой величины. Трансформация возможна только переменного напряжения. Конструктивно трансформаторы имеют магнитопроводы, на которые укладывают провода обмоток. Типы и марки магнитопроводов выбирают в зависимости от частоты, заданного температурного диапазона, скважности и прочего. Магнитопроводы высокочастотных трансформаторов изготавливают обычно из ферритов, низкочастотных – из трансформаторных сталей и пермаллоев. Для обеспечения высокого напряжения пробоя между обмотками прокладывают изоляцию. Ту обмотку двухобмоточного трансформатора, на которую подают напряжение, называют первичной, а ту, с которой снимают напряжение, – вторичной. Если переменное напряжение на первичной обмотке меньше, чем напряжение на вторичной обмотке, то такой трансформатор называют повышающим. А если наоборот – то называют понижающим. Если часть энергии из первичной обмотки поступает во вторичную обмотку не через магнитную цепь, а по электрическому соединению, то имеем дело с автотрансформатором.

Различают сигнальные трансформаторы и трансформаторы питания. Сигнальные трансформаторы предназначены для передачи сигналов с минимальными искажениями. Бывает, что сигнальные трансформаторы задействуют для гальванической развязки цепей. Трансформаторы питания нужны в устройствах, обеспечивающих электропитание аппаратуры, которая по каким-либо причинам не может быть подключена непосредственно к питающей сети, например, ввиду несоответствия величин напряжений.

Промышленность также выпускает пьезотрансформаторы. Эти компоненты не имеют обмоток, а их принцип действия основан на использовании пьезоэффекта. Пьезотрансформатор состоит из кристалла вещества обладающего пьезоэффектом, в который вожжены серебряные электроды, способные к обратимым механическим деформациям под влиянием на него электрического поля. К таким веществам относят титанит бария, кварц, турмалин и прочие. Когда переменное напряжение подают на два предназначенные для этого электрода пьезотрансформатора, в кристалле сегнетодиэлектрика возникают упругие колебания, которые дойдя до другой пары электродов, приводят к появлению между ними ЭДС. Пьезотрансформаторы могут функционировать в узкой полосе частот, на которой можно наблюдать резонансные явления. Крепление пьезотрансформаторов осуществляют мягкими кронштейнами или скобами в тех местах, в которых амплитуда изгиба пьезопластин минимальна. Наибольшая мощность пьезотрансформаторов обычно не велика и часто составляет всего от 5Вт до 30Вт.