7.4.4. Условные графические обозначения.

На принципиальных электрических схемах катушки индуктивности обозначаются буквой L с порядковым номером, например L25 (рис.7.8).

Рис.7.8 Условные графические обозначения катушек: а — катушка индуктивности; б — катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником.

7.4.5. Основные параметры катушек индуктивности.

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности.

В катушках без магнитопровода или с магнитопроводом, выполненном из материала с постоянной магнитной проницаемостью, потокосцепление пропорционально току . По этой причине такие катушки называют линейными катушками с .

В катушках с ферромагнитным сердечником магнитная характеристика материала подобна нелинейной кривой намагничивания и . Т.е. понятие индуктивности теряет смысл. Формально такое понятие сохраняют как интегральная индуктивность и дифференциальная индуктивность .

Естественно, что в следствие нелинейности зависимости для ферромагнитной катушки обе индуктивности не остаются постоянными и меняются при изменении магнитного режима катушки.

Добротность катушки Q — безразмерная величина, которая характеризует величину потерь (отношение реактивного сопротивления к активному сопротивлению) , где R — суммарное активное сопротивление катушки с учётом всех дополнительных потерь (на вихревые токи, гистерезис и т.д.). Обычно Q =30÷200.

Собственная ёмкость C_L между проводами катушки.

Стабильность параметров. В процессе работы на катушку действуют различные внешние факторы: температура, влага и др., влияющие на её индуктивность. Наиболее существенно влияние температуры, которое оценивают температурным коэффициентом .

7.4.6. Специальные катушки индуктивности.

Контурные катушки индуктивности для резонансных контуров должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные. Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа. В диапазоне коротких волн используют однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микротенри и добротностью 50÷100. В качестве каркасов используют керамику, полистирол. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки связи обеспечивают индуктивную связь между отдельными цепями.

Вариометры — катушки в которых возможно изменение индуктивности в 4÷5раз (см.выше).

Дроссели — катушки индуктивности с большим реактивным сопротивлением и малым активным сопротивлением. Используются для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов.

Катушки индуктивности для ГИС на частотах 10÷100 МГц выполняются в виде тонкоплёночной спиральной катушки не более 10 витков и добротностью 20÷30.

7.5. Трансформаторы.

Трансформаторами называют статические электромагнитные устройства , предназначенные для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Устройство трансформатора. Простейший однофазный трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника), набранного из штампованных пластин электротехнической стали и двух обмоток. Магнитопровод служит для уменьшения магнитного сопротивления за счёт высокой магнитной проницаемости электротехнической стали и обеспечивает более полную индуктивную связь между обмотками.

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока, называется первичной, а вторая, от которой отводится ― вторичной. Обмотку, рассчитанную на более высокое напряжение, называют обмоткой высшего напряжения (ВН), обмотку с более низким напряжением ― обмоткой низшего напряжения (НН).

Рис.7.9. Магнитные системы трансформаторов: а — стержневая; б — броневая; в — тороидальная. 1 — ярмо; 2 — стержни; 3 — обмотки.

Для трансформаторов применяют три типа магнитопроводов: стержневой, броневой и кольцевой (тороидальный) (рис.7.9). Стержневые магнитопроводы имеют неразветвлённую магнитную цепь. На двух его стержнях располагают две катушки с обмотками. Такую конструкцию используют для трансформаторов большой и средней мощности, так как наличие двух катушек увеличивает площадь теплоотдачи и улучшает тепловой режим обмоток.

Трансформаторы с броневым сердечником имеют разветвленную магнитную цепь. Все обмотки размещают на центральном стержне магнитопровода. Броневые сердечники используются для трансформаторов малой мощности. Они имеют более низкую стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за упрощения технологии сборки, лучшего заполнения окна магнитопровода обмоточным проводом. Броневые сердечники частично защищают обмотки от механических повреждений.

Достоинством трансформаторов с тороидальными (кольцевыми) сердечниками является отсутствие в магнитопроводе воздушных зазоров, что уменьшает магнитное сопротивление и магнитные потоки рассеяния, снижается чувствительность к внешним магнитным полям. Эти трансформаторы предпочтительно использовать на повышенных частотах.

Магнитопроводы трансформаторов собираются из штампованных Ш– образных , П – образных и прямоугольных пластин толщиной 0,35; 0,5; 1,0 мм.

В конструкции всех трансформаторов предусматривается панель для подсоединения выводов обмоток. Корпус трансформатора и магнитопровод из соображений безопасности должны заземляться.

В зависимости от назначения трансформаторы подразделяют на трансформаторы питания, согласующие и импульсные.

Трансформаторы питания в РЭА служат для получения напряжений, необходимых для функционирования аппаратуры; для разделения (гальванической развязки) электрических цепей; для согласования напряжений. Обычно они имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольт-ампер), работают на частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трёх- и многообмоточными.

Согласующие трансформаторы предназначены для согласования уровней напряжений электрических сигналов. Используется их способность преобразовывать нагрузочные сопротивления. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации К, то цепь источника будет нагружена сопротивлением , где Р₁ ― мощность, потребляемая трансформатором от источника переменного тока; Р₂ ― мощность, потребляемая сопротивлением R от трансформатора (мощность нагрузки).

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления нагрузки в К² раз. Это свойство широко используется для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источника электрической энергии.

Импульсные трансформаторы предназначены для преобразования кратковременных импульсов длительностью в микросекунды. При этом можно изменять величину импульсов за счёт коэффициента трансформации, инвертировать (менять знак), размножать импульсы. Для уменьшения искажений формы импульса сердечник трансформатора выполняется тороидальным, а коэффициент трансформации ограничивают по величине (К< 10).