Глава 9. Самопроверка

1. Как можно подтвердить доменную теорию магнетизма?

2. Какими методами можно увеличить силу электромагнита?

3. Объясните один цикл работы генератора постоянного тока.

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Объяснить принципы индуктивности.

• Дать определение основных величин измерения индук­тивности.

• Описать основные типы катушек индуктивности.

• Дать определение полной индуктивности в последова­тельной и параллельной цепях.

• Дать объяснение постоянной времени L/R и ее связи с индуктивностью.

Когда по проводнику течет ток, вокруг него возникает магнитное поле. Это поле обладает энергией, величина которой пропорциональна индуктивности.

В этой главе обсуждается индуктивность и ее приложе­ния в цепях постоянного тока. Более подробно об индук­тивности рассказано в главе 16.

9. 1. ИНДУКТИВНОСТЬ.

Индуктивность — это способность извлекать энергию из источника и сохранять ее в виде магнитного поля. Это свойство проводника, предотвращающее резкие изменения текущего через него тока. Например, если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширя­ется. Если ток в катушке уменьшается, магнитное поле сжимается. Однако сжатие магнитного поля индуцирует в катушке напряжение, которое поддерживает ток. Таким образом, индуктивность позволяет энергии сохраняться в виде магнитного поля, зависящего от тока. Когда ток уменьшается, уменьшается и магнитное поле, возвращая в цепь запасенную энергию.

Единица, которой измеряется индуктивность называет­ся генри (Гн). Она названа в честь американского физика Джозефа Генри (1797-1878). Генри — это такая индуктив­ность, которая требуется для индуцирования электродвижу­щей силы (э.д.с.) в 1 вольт при изменении тока в проводни­ке со скоростью 1 ампер в секунду. Генри — большая едини­ца, значительно чаще используются миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн). Индуктивность обозначается символом L.

9. 1. Вопросы

1. Дайте определение индуктивности.

' 2. В каких единицах измеряется индуктивность?

3. Дайте определение генри.

4. Какая буква используется для обозначения индуктив-

ности?

9. 2. Катушки индуктивности

Катушки индуктивности — это устройства, имеющие определенную индуктивность. Они состоят из провода, намотанного на сердечник, и классифицируются по мате­риалу сердечника. Сердечник катушки может быть либо магнитным, либо немагнитным. На рис. 10-1 показано схематическое обозначение катушки индуктивности.

Рис. 10-2. Схематическое обо­значение катушки с перемен­ной индуктивностью

Катушки могут иметь как постоянную, так и изменяе­мую индуктивность. На рис. 10-2 показано схематическое обозначение катушки с переменной индуктивностью. Ка­тушки с переменной индуктивностью содержат подстроеч- ный сердечник. На рис. 10-3 показаны несколько типов катушек индуктивности, использующих подстроечный сер­дечник. Максимальная индуктивность регистрируется, когда сердечник полностью введен в катушку.

/YYY\

Рис. 10-1. Схематичес­кое обозначение катуш­ки индуктивности.

Катушки индуктив­ности с воздушным сердечником, или ка­тушки без сердечника, используются в тех случаях, когда индук­тивность не превышает

5. миллигенри. Они на­матываются на керами­ческие или композит­ные сердечники (рис.

10-4).

Сердечники из фер­рита или порошкообраз­ного железа использу­ются для индуктивнос-

опп Рис- 10-3. Некоторые типы катушек

теи до 200 миллигенри. ^

^м ^ индуктивности с возможностью ре-

Схематическое обозна- гулирования индуктивности, чение катушки с желез­ным сердечником показано на рис. 10-5.

Тороидальные сердечники имеют кольцеобразную фор­му и позволяют получить высокую индуктивность при малых размерах (рис. 10-6). Их магнитное поле сосредо­точено внутри сердечника.

' 0 / %

Рис. 10-4. Типы катушек индуктивности с воздушным сердечником.

Рис. 10-5. Схематическое обозначение катушки индуктивности с железным сердечником.

Рис. 10-8. Многослой­ная катушка индук­тивности с железным сердечником.

Рис. 10-6. Катушки индук­тивности с тороидальным сердечником.

Рис. 10-7. Экрани­рованная катушка индуктивности.

Экранированные индуктивности заключены в корпус (экран), сделанный из магнитного материала для защиты их от влияния внешних магнитных полей (рис. 10-7).

Многослойные катушки индуктивности с железным сер­дечником используются для получения большой индуктив­

ности (рис. 10-8). Индуктивность этих катушек изменяет­ся от 0,1 до 100 генри и зависит от величины тока, проте­кающего через катушку. Эти катушки иногда называют дросселями. Они используются в цепях фильтрации источ­ников питания для удаления переменных составляющих выпрямленного постоянного тока. Они будут обсуждаться немного позднее.

Обычно катушки индуктивности имеют допуск ±10%, но встречаются катушки с допуском менее, чем 1%. Ка­тушки индуктивности, как и резисторы, могут соединяться последовательно, параллельно или последовательно-парал­лельно. Полная индуктивность нескольких катушек индук­тивности, соединенных последовательно (катушки долж­ны быть пространственно разделены для того, чтобы избе­жать взаимодействия их магнитных полей), равна сумме их индуктивностей:

^LT = ^L1 + ^L2 + L₃+...+L_n.

Если две или более катушек индуктивности соедине­ны параллельно (без взаимодействия их магнитных по­лей), общую индуктивность можно найти с помощью фор­мулы:

1111 1

__ -j 1 ^ _ -j _#

L_T Lj L₂ L₃ L_n