СПРАВОЧНИК МОЛОДОГО РАДИСТА

       

Катушки индуктивности


Катушки индуктивности применяют в качестве элементов коле­бательных контуров, дросселей и для связи одних цепей с другими.

Катушка индуктивности, которая служит для разделения посто­янного и переменного токов или токов разных частот, называется дросселем. Индуктивное сопротивление (Ом) катушки зависит от частоты и определяется по формуле Xi. — 2nfLt где f — частота, Гц; L — индуктивность, Гн.

Одна и та же катушка представляет собой разное сопротивление для токов разных частот. Для постоянного тока сопротивление лю-бой катушки очень мало. Каждая катушка характеризуется индук­тивностью, добротностью, стабильностью и собственной ешюстью.

Катушки с малой индуктивностью изготовляют без сердечника с небольшим числом витков. Для увеличения индуктивности катушку выполняют многослойной и вводят сердечник из ферромагнитного материала. Потери энергии в катушке должны быть как можно меньше. Поэтому ее стремятся выполнить так, чтобы получить наибольшую индуктивность при малом активном сопротивлении.

Отношение индуктивного сопротивления катушки к активному сопротивлению на — дан­ной частоте называется добротностью катуш­ки и определяется по формуле Qil=Xtlfsa

 


Рис 12. Катушка с намоткой «универсаль»


Индуктивность и другие параметры ка­тушки не должны меняться под влиянием внешних причин, т. е. катушка должна обла­дать стабильностью. Собственная (междувит-ковая) емкость катушки понижает ее доброт­ность и уменьшает стабильность

У однослойной катушки при сплошной намотке (виток к витку) индуктивность (мкГн) можно определить по формуле

где w — число витков; l — длина намотки, см; D — диаметр катуш­ки, см.



Для уменьшения собственной, емкости витки катушки наматыва­ют не вплотную, а на некотором расстоянии один от другого (на­мотка с принудительным шагом).

Многослойные катушки выполняют простой намоткой «внавал» или специальной («универсалы»). Индуктивность (мкГн) многослойной хатушки можно определить по формуле

где dcf — средний диаметр намотки, см; w — число витков; I — длина намотки, см; t — толщина намотки, см.


Для уменьшения собственной емкости многослойную катушку выполняют из отдельных секций. Секционированные катушки при­меняют в качестве контурных катушек и дросселей высокой частоты. Малую собственную емкость имеют многослойные катушки с намот­кой «универсалы», при которой провод зигзагом переходит с одного края катушки на другой (рис. 12).

Для устранения влияния электромагнитного поля катушки на соседние детали и, наоборот, внешних полей на катушку ее закры­вают металлическим экраном. Для высокочастотных катушек экран изготовляют из меди или алюминия толщиной 0,4 — 0,5 мм. Экран уменьшает индуктивность и добротность катушки и увеличивает ее собственную емкость. Чем ближе расположен экран к виткам катупь ки, тем сильнее изменяются ее параметры. Чтобы влияние экрана было небольшим, его диаметр и длину берут в два раза больше диаметра и длины намотки. Для низкочастотных катушек применят ют экраны из ферромагнитных материалов, например из листовой стали толщиной 0,5 — 1,5 мм.

Для увеличения добротности и уменьшения габаритов катушки применяют сердечники из ферромагнитных материалов. Высокочас­тотные катушки имеют сердечники из карбонильного железа. Доб­ротность катушек с таким сердечником равна 400 — 500, а без сер­дечника — не более 200.

Для контурных катушек длинных и средних волн используют броневые сердечники. Низкочастотные дроссели имеют сердечники из листовой электротехнической стали. Толщину стальных листов берут 0,2 — 0,5 мм для дросселей, используемых в цепях звуковых частот, и около 0,5 мм — в Цепях переменного тока с частотой 50 Гц.

Индуктивность катушки возрастает с увеличением числа и диа­метра витков при их сближении, что учитывают при изготовлении катушки. Введение внутрь катушки сердечника из магнитодиэлект-рика также увеличивает ее индуктивность. Если сердечник выполнен из диамагнитного материала, например латуни, то при его введении индуктивность катушки уменьшится. То же произойдет, если внутрь катушки ввести короткозамкнутый виток.


На практике чаще всего индуктивность изменяют, перемещая сердечник внутри катушки.

Катушка, индуктивность которой можно изменять в больших пределах, называется вариометром. Чаще всего вариометр состоит из двух катушек, взаимная индуктивность которых может меняться. Вариометры применяют главным образом в передатчиках для на­стройки колебательных контуров и подбора связи между контурами.

§ 13. Трансформаторы

У низкочастотных трансформаторов магнитный поток первичной обмотки почти целиком пронизывает витки вторичной обмотки. Эдс, наводимые в обмотках, пропорциональны их числам витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторич­ной называют коэффициентом трансформации. Отношение витков пропорционально отношению эдс, а если пренебречь падением на­пряжения на самих обмотках, — отношению напряжений. Прене­брегая потерями энергии в трансформаторе, можно считать отно­шение токов в обмотках обратно пропорциональным отношению напряжений. Тогда коэффициент трансформации n = w1/w2=E1/E2~Ui/U2~I2/I1, где w1, w2 — число витков первичной и вторичной обмоток (рис. 13,а); Е1, E2 — наводимые в обмотках эдс; U1, U2 — напряжения обмоток; 11, 12 — токи в обмотках.

Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная (n<1), трансформатор называется повышающим, если меньше, чем первичная (n>1), — понижающим. Когда во вторичную обмотку включена нагрузка Rн, тогда для источника трансформатор вместе с нагрузкой представляет собой некоторое эквивалентное сопротив­ление R1э (на рис. 13, а оно показано пунктиром). Значение экви­валентного сопротивления можно найти по формуле Ri9=n2RH. Если во вторичную обмотку вместо активного сопротивления включить индуктивность L2 или емкость С2, то их эквивалентные значения со стороны первичной обмоцки Lis=n2Lz; C1Э = C2/n2,

Таким образом, при трансформации переменного тока и напря­жения происходит трансформация сопротивления, емкости и индук­тивности.



Рис. 13. Схемы двухобмоточного (а) и унифицированного многооб­моточного (б) трансформаторов



Выходные трансформаторы усилителей и радиоприемников ис­ пользуют именно как трансформаторы сопротивления. С помощью трансформатора сопротивление нагрузки согласуется с внутренним сопротивлением лампы или транзистора. Конструкция трансформа­тора зависит от его назначения и частоты переменного тока Цепи, куда он включен. В цепях низкой частоты применяют трансформаторы с сердечниками из ферромагнитных материалов. Трансформаторы высокой частоты иногда не имеют сердечников.

По назначению трансформаторы делят на сетевые и сигнальные. По числу обмоток различают двух- и многообмоточные трансформа­торы и автотрансформаторы.

Сетевые трансформаторы служат для питания различ­ных цепей радиоаппаратуры. Их первичную обмотку включают в сеть переменного тока; вторичных обмоток может быть несколько (рис. 13, б). У сетевых трансформаторов, выпускаемых промыш­ленностью, можно -переключать первичную обмотку на различные напряжения сети (НО; 127 или 220 В).

Сигнальные трансформаторы преобразуют электрические сигна­лы. Примером их могут служить входные, межкаскадные и выход-ные трансформаторы усилителей. Конструктивно сигнальные транс­форматоры звуковой частоты и сетевые трансформаторы малой и средней мощности выполняют одинаково.

Сердечники таких трансформаторов набирают из штампованных пластин электротехнической стали или железоникелевых сплавов. Сердечник может быть броневой Ш-образный (рис. 14, а), стержне­вой (рис. 14,6), тороидальный. Маломощные трансформаторы обыч­но делают с броневыми сердечниками, размеры которых приведены в табл. 38 Для высокочастотных трансформаторов применяют бро­невые сердечники из ферритов. Если материал сердечника должен иметь толщину меньше 0,3 мм, сердечник изготовляют не из плас­тин, а из ленты (рис. 15). Стержневую конструкцию сердечников применяют для трансформаторов большой мощности (более 1 кВт). Тороидальные сердечники сложны в производстве и дороги, но об­ладают малыми полями рассеяния и поэтому применяются довольно часто.



Таблица 38

Сердечник

Размеры (см. рис. 14, в)

L, мм

H. мм

hcмм

Sc,cм2

bc мм

h0.мм

lс.см

Iв- см.

Ш6Х8

Ш18Х10

Ш18Х16

Ш10Х10

Ш10Х16

24

32

32

40

40

21

28

28

35

35

8

10

16

10

16

0,41

0,68

1,1

0,9

1,45

6

8

8

10

10

15

20

20

25

25

5,1

6,8

6,8

8,5

9,5

4,7

6

7,1

6,9

8,1

Ш 12X12

Ш12Х12

Ш12Х.16

Ш12Х20

Ш12Х25

42

48

42

48

42

42

42

42

30

42

12

12

16

20

25

1.3

1,3

1,7

2,2

2,7

9

12

9

12

9

30

30

30

18

30

9,7

10,3

9,7

7,6

9,7

7,5

8,5

8,3

10

10

Ш 16X16

Ш16Х20

Ш16Х25

Ш16Х32

Ш16Х40

64

64

64

48

64

40

40

56

40

40

16

16

25

32

40

2,3

2,9

3,6

4,6

5,8

16

16

16

8

18

24

24

40

24

24

10,5

10,5

13,7

8,9

10,5

11

12

13

12

16

Ш18Х18

Ш18Х36

Ш20Х20

Ш20Х20

Ш20Х25

54

54

60

80

80

45

45

50

70

50

18

36

20

20

25

2,9

5,8

3,6

3,6

4,5

9

9

10

20

20

27

27

30

50

30

10

10

12,1

17,1

13,3

19,8

13,4

10,9

13,8

14,8

Ш20Х30

Ш20Х40

Ш25Х25

Ш25Х32

Ш25Х40

60

65

100

100

100

50

65

62,5

87,5

62,5

30

40

25

32

40

5,4

7,2

5,6

7,2

9

10

12,5

25

25

25

30

45

37,5

62,5

37,5

11,1

14,6

16,4

21,4

16,4

12,9

15,9

17,4

19

21

Ш32X32

Ш32Х40

Ш32Х50

Ш32Х63

Ш34Х52

128

128

128

128

102

80

80

112

80

102

32

40

50

63

52

9,3

11.5

14,4

18

16,4

32

32

32

32

17

48

48

80

40

68

21

21

27,4

21

22,3

23

24

26

28,4

22,6

Ш35Х35

Ш35Х43

Ш40Х40

Ш40Х40

Ш40Х50

Ш40Х63

Ш40Х80

Ш40Х100

Ш40Х100

130

130

160

160

160

160

160

160

160

105

105

100

140

100

140

100

100

140

35

45

40

40

50

63

80

100

100

11,2

14,4

14,4

14,4

18

23

29

36

36

30

З8

40

40

40

40

40

40

40

70

70

60

100

60

100

60

60

100

25,5

25,5

26,3

34,3

26,3

34,3

26,3

26,3

34,3

23,5

25,5

28,5

28,5

30

33

37

41

41




Примечание. S с — площадь сечения магнитопровода, lв — средняя длина витка.

Каркас, на котором располагают обмотки, выполняют из элект­рокартона, гетинакса или текстолита. Картонные каркасы склеива­ют клеем БФ, а гетинаксозые и текстолитовые делают разборными.

Обмотки трансформаторов с выходной мощностью до 1 кВт изготовляют из провода- с эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Обмотки высокого напряжения наматывают из провода с шелковой или эмалево-шелковой изоляцией (ПЭЛШО; ПЭЛШД). Между слоями обмотки помещают прокладки из лакоткани или тонкой бу­маги. Для повышений влагостойкости изоляции каркас вместе с обмотками пропитывают битумом или битумным компаундом.



Рис. 14. Сердечники трансформаторов: а — броневой, б — стержневой

Автотрансформаторы имеют только одну обмотку и ик, можно включать как повышающие или как понижающие (рис. 16, а, б). В общей части обмоток прохо-ч дит разность токов I1 к I2. Эту часть вит­ков выполняют из провода меньшего сече­ния. Поэтому при небольших значениях коэффициента трансформации (n=1,5-5-2) автотрансформаторы по сравнению с двух-обмоточными трансформаторами дают эко­номию меди.




Рис. 15. Ленточ­ный сердечник трансформатора

Расчет трансформатора. Исходные дан­ные: автотрансформатор повышающий (см. рис. 16,а); номинальное напряжение на­грузки U2=120 В; мощность, потребляемая нагрузкой, Рн = 120 В-А; минимальное на­пряжение сети- U1=70 В. Определить сече­ние сердечника, число витков обмоток и диаметр проводников.



Рис. 16 Автотрансформаторы: а — повышающий, 6 — понижающий

1. Коэффициент трансформации na=U2/U1== 120/70=» 1,71.

2; Расчетная мощность повышающего трансформатора Р.= -1,1Рн(1-1/nа)-1,1*1260 — 1/1,71)=55 В*3А.

3. Площадь сечения магнитопровода



4. Примем для сердечника трансформаторную сталь с индук­цией В== 1 Вб/м2, тогда число витков обмотки на 1 В составит а»в=45ДО=45/1 9-5.

5. Число витков всей обмотки трансформатора w2=w0U2=5*120=600.

6. Число витков сетевой обмотки w1 = w0Ui=5-70=350.



7. Ток в общей (сетевой) части обмотки Iаx=Pa/U1=55/70= 0,785 А.

8 Диаметр провода этой обмотки

d1 = 0,8 sql(IaХ) = 0,8sql(0,785) = 0,71 мм.

9. Ток повышающей части обмотки I2= l,lPн/U2= l,1*l20/120= 1,1 А

10. Диаметр провода повышающей обмотки



Таблица 39

Напряжение сети, В

Выводы трансформаторов

броневых

стержневых

соединяемые

для подачи напряжения

соединяемые

для подачи напряжения

127 .

 —

1 И 4 ИЛИ 6 и 9

1 и 9 или 4 и 6

1 И 4 ИЛИ 9 и 6

220

2 и 6

2 и 8

2 и 8 1 и 6 1 и 6 1 и 6 3 н7

1 и 6 2 и 8 2 и 8 3 и 7 1 и 6

Таблица 40

Трансфор-матор

Напряжение на выводах вторичных обмоток, В

Максимальный ток между вы­водами вторичных обмоток, А

11 — 12

13 — 14

15 — 16 17 — 18

19-20

21-22

11 — 12

13 — 14

15 — 15

17 — 18

19 — 20

21 — 22

ШЛ*16Х20; 15 Вт

ТА1

ТА 7

28

180

28

112

6

20

6

20

0,2

0,026

0,15

 0,028

0,148

 0,026

ШЛ 16X25; 26 Вт

ТА 11

ТА 20

ТА 25

28

125

200

28

112

180

6

14

20

6

14

 20

0,325

0,039

 0,042

0,255

 0,085

 0,042

0,26

 0,075

 0,032

ШЛ 16x32; 26 Вт

ТА 33

ТА 38

ТА 50

56

 80

 200

40

 80

 180

12

20

 20

10

20

 20

0,22

 0,115

 0,058

0,13

 0,11

 0,068

0,2

0,12

0,047

ШЛ 20X20, 40 Вт

ТА 69

ТА 75

125

160

112

140

14

 20

14

 20

0,067

0,049

0,142

 0,12

0,121

 0,095

ШЛ 20X25; 54 Вт

ТА 88

ТА 105

28

180

28

112

6

20

6

20

0,65

0,114

0,55

0,116

0,48

0,088

ШЛ20Х32; 68 Вт

ТА 152

ТА 161

250

355

224

200

25

40

25

40

0,096

0,03

0,11

0,125

0,07

 0,105

ШЛ20Х40, 86 Вт

ТА 163

ТА 170

ТА 177

28

180

315

28

112

200

6

20

40

6

20

40

1,0

0,22

0,1

1,0

0,268

0,17

0,71

0,15

0,09

* Указаны типоразмеры и мощность Ш-образных магнитопроводов из лен­точных трансформаторных сталей.

11. Ток, потребляемый автотрансформатором из сети, I1=» -1,1 Pн/U1=1,1-120/70= 1,885 А=Iах+I2=0,785+1,1 = 1,885 А.



12. Примем плавность регулировки напряжения ДU=10 В, тогда в повышающей части обмотки следует сделать отводы через каждые w0-ДU=5-10=50 витков. Поскольку повышающая часть обмотки содержит W2 — W1=600 — 350=250 витков, то число отво­дов от нее составит k= (w2 — w1)/(w0ДU) =250/50=5.

Для сетей с частотой 50 и 400 Гц промышленность выпускает анодные ТА, анодно-накальные ТАН, накальные ТН унифицированные трансформаторы, а.для электропитания устройств на полупроводниковых приборах — ТПП с выходными мощностями от единиц до сотен ватт (см. рис. 13,6).

Напряжение, снимаемое со вторичных обмоток, можно изменять, используя отводы первичной обмотки. Диапазон изменения напря­жения составляет от — 3 до +9 % номинального. Выходное напря­жение можно варьировать последовательным согласованным или встречным соединением первичной обмотки со вторичными компен­сационными обмотками. Рекомендации по соединению обмоток для питания от сети напряжением 127 и 220 В частотой 50 Гц приве­дены в табл. 39, а основные характеристики броневых анодных трансформаторов ТА — в табл. 40.



Содержание раздела