- •2.2.Конденсаторы
- •2.2.1. Классификация и конструкции конденсаторов.
- •2.2.2.Параметры конденсаторов.
- •2.2.3.Система обозначений и маркировка конденсаторов.
- •2.2.4.0Сновные разновидности конденсаторов.
- •2.1. Резисторы
- •2.1.1.Классификация и конструкции резисторов.
- •2.1.2. Параметры резисторов
- •2.1.3.Система обозначений и маркировка резисторов.
- •2.1.4.Конструктивно-технологические разновидности резисторов.
- •2.1.5. Специальные резисторы.
- •Устройство
- •Свойства катушки индуктивности
- •Характеристики катушки индуктивности Индуктивность
- •Сопротивление потерь
- •Потери в проводах
- •Температурный коэффициент индуктивности (тки)
- •Разновидности катушек индуктивности
- •Применение катушек индуктивности
- •2.3.Катушки индуктивности
- •2.3.1.Физическая природа индуктивности.
- •2.3.2.Конструкции катушек индуктивности.
- •2.3.3. Индуктивность и собственная емкость катушек индуктивности.
- •2.3.4. Потери в катушках индуктивности.
- •2.3.5.Разновидности катушек индуктивности.
- •Виды трансформаторов Силовой трансформатор
- •Автотрансформатор
- •Трансформатор тока
- •Трансформатор напряжения
- •Импульсный трансформатор
- •Разделительный трансформатор
- •Сдвоенный дроссель
- •Трансфлюксор
- •Основные части конструкции трансформатора
- •Магнитная система (магнитопровод)
- •Обмотки
- •Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов
- •Базовые принципы действия трансформатора
- •Режим холостого хода
- •Режим короткого замыкания
- •Режим с нагрузкой
- •Закон Фарадея
- •Уравнения идеального трансформатора
- •Обозначение на схемах
- •Применение трансформаторов Применение в электросетях
- •Применение в источниках электропитания
- •Другие применения трансформатора
- •Теория трансформаторов Уравнения линейного трансформатора.
- •Потери в трансформаторах
- •Режимы работы трансформатора
- •Технический срок службы Работа в параллельном режиме
- •Частота
- •Регулирование напряжения трансформатора
- •Перенапряжения трансформатора Виды перенапряжений
- •Способность трансформатора выдерживать перенапряжения
2.3.4. Потери в катушках индуктивности.
В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным и равным ХL. Наличие паразитных эффектов ведет к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь RП , которое определяет добротность катушки индуктивности
(2.42) |
Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.
Потери в проводах вызваны тремя причинами.
Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением
(2.43) |
где l -длина провода обмотки, d- диаметр провода, р- удельное сопротивление.
Это сопротивление (Ом) можно выразить через число витков W и средний диаметр катушки DСР
(2.44) |
где -диаметр провода в см.
Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено поверхностным эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения (рис.2.29), ширина (мм) которой равна
(2.45) |
где f- частота в МГц,
- удельное сопротивление в мкOм · м.
Вследствие этого провод длиной l имеет сопротивление переменному току равное
(2.46) |
где SЭФ - площадь кольца, которая равна
(2.47) |
где
После преобразования получаем
(2.48) |
В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости (рис.2.30), суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведет к дополнительному возрастанию сопротивления провода.
Сопротивление rБ, обусловленное эффектом близости, прямо пропорционально диаметру провода, а сопротивление rП, обусловленное эфектом, обратно пропорционально диаметру провода ( рис.2.31).
Существует оптимальный диаметр провода dопт , при котором сопротивление
провода току высокой частоты rf = rБ + rП оказывается минимальным. Для однослойных катушек dопт = 0,2-0,6мм, для многослойных dопт =0,08-0,2мм. Существенно уменьшить потери в проводах можно применяя провод "литцендрат", состоящий из большего числа жилок, скрученных в жгут. При небольшом диаметре тонких жилок ослабляется поверхностный эффект, а скручивание жилок в жгут ослабляет эффект близости.
Существует методика расчета сопротивления rf , по которой предварительно рассчитывается вспомогательный коэффициент
(2.49) |
где f - частота в Гц,
d- диаметр провода в см.
Затем по таблице находятся коэффициенты F(z) и G(z).
После этого по графику (рис.2.32) определяется вспомогательный коэффициент Кз , зависящий от геометрии катушки.
По (2.50) рассчитывается сопротивление провода катушки току высокой частоты
(2.50) |
где D- наружный диаметр катушки в см,
d -диаметр провода в см.
Если однослойная катушка намотана проводом оптимального диаметра и параметр z >5, то сопротивление rf можно определить по формуле
(2.51) |
где D - в см, d - в см, f'- в МГц.
Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует емкость, имеющая две составляющих-емкость через воздух Сов и емкость через диэлектрик Сод (рис.2.33).
Потери в диэлектрике учитываются величиной tg, зная которую можно рассчитать сопротивление потерь
rД = 0,25СодtgL2f 3 . 10-3 |
(2.52) |
где Сод - в пф, L - в мкГн, f - в МГц.
Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи в, потерь на гистерезис г и начальных потерь п и учитываются как тангенс угла потерь в сердечнике
tgс = в f + гН + п |
(2.53) |
В справочниках приводятся значения. tgс для различных типов сердечников. Сопротивление потерь определяется по формуле
rc = tgсL |
(2.54) |
Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Потери, вносимые экраном, определяются по формуле
(2.55) |
где Dэ - диаметр экрана в см,
lэ - длина экрана в см,
f - частота в МГц.
Величина f(l/D) определяется по графику (рис.2.27).
Таким образом суммарное сопротивление потерь в катушке индуктивности, определяющее ее добротность, равно
Rп = rf + rд +rc + rэ |
(2.56) |
Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями. С учетом потерь и паразитной емкости катушку индуктивности можно представить в виде эквивалент-
ной схемы (рис.2.34,а), где Rп = rf + rд +rc + rэ. эта схема может быть приведена к более удобному виду (рис.2.34,б), где Lэ -эквивалентная индуктивность, учитывающая собственную емкость. Величины. Lэ и Rп, а следовательно, добротность Q = L/Rп зависят от температуры. Зависимость Q от температуры определяется температурным коэффициентом добротности ТКД=Q/QТ