0 : Odsłon:
CEWKA INDUKCYJNA I JEJ ZASTOSOWANIE W PRAKTYCE:
2020-11-11
Pomimo powszechnego już zastosowania układów cyfrowych, takich jak procesory, programowalne układy logiczne oraz będące ich połączeniem układy SoC, niejednokrotnie elektronik konstruktor musi sięgnąć po elementy „analogowe”, takie jak rezystory, kondensatory lub cewki indukcyjne. Co ciekawe, o ile stosunkowo łatwo wykonać w strukturze układu scalonego rezystor lub kondensator (o pojemności rzędu pikofaradów), o tyle bardzo trudno jest wykonać cewkę. Dlatego w notach aplikacyjnych wielu elementów nadal znajduje się cewka indukcyjna dołączana jako element zewnętrzny. W artykule podano podstawowe informacje na temat cewek oraz opisano elementy ich budowy wpływające na parametry.
Budowa cewki indukcyjnej
Czym jest cewka indukcyjna?
Cewka indukcyjna – podstawowe parametry
Cewka nieidealna
Słowem zakończenia
BUDOWA CEWKI INDUKCYJNEJ
Cewka indukcyjna nie jest skomplikowanym elementem. Składa się z rdzenia oraz owiniętych wokół niego, izolowanych zwojów przewodnika. Rdzeń cewki może być powietrzny lub wykonany z materiałów magnetycznych. Ważne, aby zwoje owinięte wokół rdzenia były izolowane, dlatego do wykonania cewek stosuje się drut w izolacji lub nawija się je drutem nieizolowanym (na przykład tak zwaną srebrzanką), ale z zachowaniem odpowiedniej szczeliny powietrznej zapewniającej wymaganą separację zwoju od zwoju. Jeśli cewka zostanie nawinięta drutem nieizolowanym zwój przy zwoju, to stanowi zwarcie i owszem, będzie miała pewną indukcyjność, ale na pewno różną od zamierzonej.
Często w praktyce na skutek przekroczenia dopuszczalnej temperatury lub napięcia dochodzi do uszkodzenia cewki indukcyjnej polegającego na zwarciu pomiędzy uzwojeniami na skutek przebicia izolacji drutu nawojowego. Tak uszkodzona cewka indukcyjna wymaga przewinięcia lub wymiany na nową. Często w ten sposób są uszkadzane transformatory sieciowe. Dalsze użytkowanie takiego uszkodzonego transformatora może doprowadzić do jego przegrzania, zwarcia w sieci energetycznej lub wręcz zapalenia się samego transformatora czy zasilanego nim urządzenia.
CZYM JEST CEWKA INDUKCYJNA?
Cewka indukcyjna jest elementem, który przechowuje energię w rdzeniu w postaci pola magnetycznego, a więc dokonuje zamiany energii prądu elektrycznego w energię pola magnetycznego lub odwrotnie. Zmiana prądu płynącego przez uzwojenia powoduje wygenerowanie siły elektromotorycznej o kierunku przeciwdziałającym tej zmianie. Podobnie zmienne pole magnetyczne przenikające rdzeń wywołuje indukowanie się napięcia. Za pomocą wzoru można to wyrazić w sposób następujący:
wzór_1 W tym wzorze:
e - to siła elektromotoryczna (napięcie w woltach) wytwarzane przez cewkę,
dϕ/dt - jest zmianą strumienia magnetycznego w czasie,
di/dt - jest zmianą prądu w czasie,
L - to parametr cewki nazywany indukcyjnością; jego jednostką jest Henr.
Łatwo zauważyć cechę, o której była mowa wcześniej – siła elektromotoryczna e ma zwrot przeciwny, niż napięcie wywołujące przepływ prądu. Przeciwdziała to gwałtownym zmianom prądu płynącego przez cewkę i prowadzi do jednej z jej podstawowych aplikacji – zastosowania cewki indukcyjnej jako tak zwanego dławika.
CEWKA INDUKCYJNA – PODSTAWOWE PARAMETRY
Podstawowymi parametrami cewki są jej indukcyjność oraz częstotliwość rezonansowa. Indukcyjność to inaczej zdolność cewki do przechowywania energii w postaci pola magnetycznego wywoływanego przez przepływ prądu. Indukcyjność mierzy się w Henrach i wyraża jako stosunek chwilowego napięcia do zmiany prądu w czasie.
wzor_4
wzor_6
wzor_3
Wykres prądu i spadku napięcia na zaciskach cewki indukcyjnej Wykresy prądu i spadku napięcia na zaciskach cewki indukcyjnej. Spadek jest największy w momencie załączenia zasilania i maleje z upływam czasu. Ten spadek przeciwdziała wzrostowi prądu i dlatego natężenie prądu jest najmniejsze w momencie załączenia zasilania i rośnie z upływem czasu. Często mówi się, że na cewce napięcie wyprzedza prąd
Na rysunku wyżej pokazano, co dzieje się z napięciem występującym na cewce oraz płynącym przez nią prądem po dołączeniu do jej zacisków źródła napięcia. Czerwona, ciągła linia ilustruje przepływ prądu. Jak można zauważyć, prąd rośnie od momentu dołączenia źródła aż do osiągnięcia wartości maksymalnej określanej przez prawo Ohma, to jest stosunku napięcia występującego na zaciskach do rezystancji cewki. Przerywana linia niebieska ilustruje przebieg spadku napięcia występującego na cewce. Jak można zauważyć, ten spadek jest największy w momencie załączenia, a najmniejszy po tym, jak prąd osiągnie wartość maksymalną. Jest to związane ze wspomnianym faktem, że napięcie indukcji ma kierunek przeciwny niż przyłożone do zacisków.
O częstotliwości rezonansowej cewki napisano przy okazji omawiania parametrów cewki nieidealnej, ponieważ jest ona związana z pojemnością pasożytniczą.
Materiał rdzenia i przenikalność magnetyczna względna
Bardzo ważnym elementem cewki indukcyjnej jest rdzeń. Rdzeń jest charakteryzowany przez rodzaj zastosowanego materiału oraz związaną z tym względną przenikalność magnetyczną. Względną, ponieważ jest ona wyznaczana w stosunku do przenikalności próżni. Jest to liczba bezwymiarowa określana jako stosunek przenikalności magnetycznej (bezwzględnej μ) danego ośrodka do przenikalności magnetycznej próżni μ0.
Zgodnie z definicją przenikalność magnetyczna to wielkość określająca zdolność danego materiału lub ośrodka do zmiany indukcji magnetycznej przy zmianie natężenia pola magnetycznego. Inaczej można też powiedzieć, że przenikalność to własność materiału lub ośrodka określająca jego zdolność koncentracji linii pola magnetycznego.
Przenikalność magnetyczna próżni zgodnie z danymi opublikowanymi w 2002 roku przez Komitet Danych dla Nauki i Techniki (CODATA) jest skalarem, który oznacza się symbolem μ0 i którego wartość w układzie SI wynosi μ0 = 4·Π·10-7= około 12,566370614·10-7 [H/m = V·s/A·m].
Indukcyjność cewki wyraża się wzorem:
wzor_2
We wzorze poszczególne symbole oznaczają:
L - indukcyjność w Henrach,
μ0 - przenikalność magnetyczna próżni,
μ - przenikalność względna materiału rdzenia,
Z - liczba zwojów cewki,
S - pole przekroju poprzecznego cewki,
l - długość cewki.
Przenikalność względna niezanieczyszczonego powietrza niewiele odbiega od przenikalności próżni, więc dla uproszczenia w praktyce inżynierskiej przyjmuje się, że μ = 1 i wzór na indukcyjność cewki powietrznej przyjmuje postać:
wzor_indukcyjnosc_cewki_powietrznej
Siła pola magnetycznego Na niebiesko narysowano linie sił pola magnetycznego o kierunku zgodnym z regułą Lentza (tzw. „Reguła prawej dłoni”).
Materiały pod względem własności magnetycznych dzielą się na paramagnetyki (stające się magnesami po ich umieszczeniu w polu magnetycznym), ferromagnetyki (ulegające namagnesowaniu w obecności pola magnetycznego) oraz diamagnetyki (osłabiające pole magnetyczne). Rodzaj materiału rdzenia silnie wpływa na parametry cewki. W próżni doskonałej nie ma cząsteczek, które mogłyby wpłynąć na zależność indukcji od natężenia pola magnetycznego. Wobec tego w każdym ośrodku materialnym wzór na indukcyjność będzie zmodyfikowany w związku z występowaniem przenikalności magnetycznej tego ośrodka. Dla próżni przenikalność względna jest równa dokładnie 1. Dla paramagnetyków przenikalność względna jest niewiele większa od 1, dla diamagnetyków jest niewiele mniejsza od jedności – dla obydwu tych typów ośrodków różnica jest na tyle niewielka, że w zastosowaniach technicznych często się ją zaniedbuje przyjmując wartość równą 1.
Podsumujmy ten akapit podając w podpunktach parametry cewki, które najbardziej wpływają na jej indukcyjność:
Indukcyjność cewki rośnie wraz z:
liczbą zwojów,
przenikalnością względną materiału rdzenia,
polem powierzchni cewki,
zmniejszaniem się długości cewki.
Indukcyjność cewki maleje, gdy:
zmniejsza się liczba zwojów,
maleje przenikalność względna materiału rdzenia,
maleje pole powierzchni,
rośnie długość cewki.
Po co używa się rdzeni? Pierwszym powodem jest możliwość przechowywania większej ilości energii przy mniejszej liczbie zwojów, niż ekwiwalent z rdzeniem powietrznym. Drugim jest budowa mechaniczna cewki – rdzeń zapewnia szkielet dla zwojów oraz jej mocowanie w urządzeniu docelowym. Trzeci ważny powód, to koncentracja oraz przewodzenie pola magnetycznego. W pewnych zastosowaniach istotna też będzie możliwość regulacji indukcyjności cewki za pomocą zmiany położenia rdzenia względem zwojów, na przykład przez jego wsuwanie lub wysuwanie.
CEWKA NIEIDEALNA
Dotychczas rozważaliśmy parametry cewki idealnej. Tymczasem w rzeczywistych warunkach drut nawojowy będzie miał pewną rezystancję oraz pojemność, co będzie miało wpływ na rzeczywiste parametry cewki, których jeszcze nie rozważaliśmy.
Na rysunku pokazano zastępczy schemat stałoprądowy rzeczywistej cewki. Szeregowo ze zwojami włączono opornik reprezentujący rezystancję drutu nawojowego. Przy przepływie prądu przez cewkę będzie on powodował nie tylko spadek napięcia, ale również straty mocy w postaci ciepła, co może powodować grzanie się cewki i zmianę parametrów rdzenia. W konsekwencji maleje też sprawność energetyczna całego urządzenia.
Zastępczy schemat stałoprądowy rzeczywistej cewki Zastępczy schemat ideowy cewki przy analizie stałoprądowej
Przy analizie zmiennoprądowej należy również uwzględnić pojemność pasożytniczą tworzoną przez odizolowane warstwy przewodnika i dlatego na schemacie zastępczym oprócz rezystora pojawia się też kondensator dołączony równolegle do zacisków cewki. Tworzy się w ten sposób obwód rezonansowy RLC, a sama cewka przed osiągnięciem częstotliwości rezonansowej ma charakter indukcyjny, a po jej osiągnieciu – pojemnościowy. Dlatego impedancja cewki rośnie do częstotliwości rezonansowej, by w rezonansie osiągnąć wartość maksymalną oraz maleje po jej przekroczeniu.
Zmiana charaktery rzeczywistej cewki Zmiana charakteru rzeczywistej cewki po osiągnięciu częstotliwości rezonansowej. Oznaczenia na schemacie zastępczym: L – indukcyjność, EPC – pojemność pasożytnicza, EPR – rezystancja równoległa symbolizująca straty mocy, ESR – rezystancja szeregowa symbolizująca rezystancję drutu nawojowego)
Trzy rodzaje strat mocy w cewkach indukcyjnych
W aplikacjach cewek rozpatruje się trzy dominujące rodzaje strat mocy. Pierwszym jest wspomniana wcześniej strata występująca na rezystancji szeregowej, to jest na rezystancji drutu nawojowego. Ta strata mocy powinna być brana pod szczególną uwagę, gdy prąd płynący przez cewkę ma duże natężenie. Najczęściej mamy z nią do czynienia w zasilaczach i obwodach zasilania. Ten rodzaj strat powoduje grzanie się cewki, a w konsekwencji całego urządzenia. Jest on też najczęstszą przyczyną uszkodzenia, ponieważ wysoka temperatura można spowodować uszkodzenie izolacji i zwarcie zwojów.
Drugą rodzajem strat mocy są straty występujące w rdzeniu. Pojawiają się one na skutek nierównomierności wykonania rdzenia, występowania prądów wirowych oraz zmiany położenia domen magnetycznych. Te straty są dominujące, gdy prąd płynący przez cewkę ma małe natężenie. Można się z nimi spotkać w obwodach dużej częstotliwości, separatorach sygnałów cyfrowych i innych. Doprowadza on nie tyle do uszkodzenia cewki, ile do problemów ze stratami poziomu sygnału w czułych obwodach.
Trzecim rodzajem strat mocy są te występujące na skutek strat strumienia magnetycznego, który może być rozpraszany przez mechaniczne elementy mocujące, szczeliny powietrzne w rdzeniu czy wreszcie niestaranność wykonania samej cewki.
Sprawdź ofertę
NA KONIEC
Cewka indukcyjna jest komponentem nieskomplikowanym i przez to być może nieco lekceważonym. Tymczasem budując obwód elektroniczny wyposażony w dławiki czy transformatory trzeba zwrócić szczególną uwagę na wybierane komponenty indukcyjne, w tym na ich częstotliwości rezonansowe oraz parametry materiału rdzenia. Inne rdzenie są stosowane przy częstotliwości prądu rzędu dziesiątek czy setek herców, a inne przy setkach megaherców i więcej. Niekiedy, przy sygnałach o wysokiej częstotliwości wystarczy odcinek przewodu z nanizanym koralikiem ferrytowym.
Cewki indukcyjne mogą być wykonane w różny sposób. Typowo, nawija się od kilku do kilkuset zwojów drutu na rdzeniu. W niektórych zastosowaniach wykonuje się zwoje w postaci ścieżek na płytce drukowanej niekiedy zamykając je w kubku ferrytowym. Współcześnie większość cewek, a zwłaszcza dławików stosowanych w obwodach zasilania, wykonuje się z przeznaczeniem do montażu SMD. Przy tym nadal trwa wyścig technologiczny i stale są opracowywane coraz to nowsze materiały magnetyczne, zachowujące swoje właściwości pomimo wzrostu temperatury, mające mniejsze straty itd.
Cewka przeznaczona do pracy przy małej częstotliwości zwykle ma rdzeń żelazny i dużą liczbę zwojów, przez co ma stosunkowo duży ciężar. Dlatego w wielu aplikacjach, zwłaszcza tych narażonych na wstrząsy i udary, ogromne znaczenie ma sposób montażu. Zwykle przylutowanie cewki nie wystarczy - jej rdzeń trzeba pewniej przymocować, za pomocą obejmy, uchwytów czy śrub. Wybierając cewkę lub transformator do urządzenia, warto to mieć to na uwadze.
ZASTOSOWANIE CEWEK W ELEKTRONICE
Cewki stosuje się do:
blokowania przepływu prądu przemiennego w obwodzie,
zwierania prądu (napięcia) stałego,
pomiaru upływu czasu na podstawie zanikania przepływu prądu,
budowania obwodów oscylacyjnych,
budowania filtrów na określone częstotliwości,
sprzęgania stopni wzmacniaczy,
obniżania lub podwyższania napięcia.
Niektóre zastosowania cewki są zbliżone do aplikacji kondensatora. Jak już wiemy, cewka zachowuje się jak kondensator po przekroczeniu częstotliwości rezonansowej. Nie oznacza to jednak, że te elementy można w układzie stosować zamiennie.
: Wyślij Wiadomość.
Przetłumacz ten tekst na 91 języków
: Podobne ogłoszenia.
TARCHEM. Firma. Usługi chemiczne. Roztwory mianowane.
Firma nasza rozpoczęła działalność w 1989 roku przejmując część asortymentu produkcyjnego Zakładów Chemicznych „Tarnowskie Góry”. Jako firma z długoletnim doświadczeniem, Tarchem ma mocną pozycję rynkową oraz wielu stałych odbiorców swoich produktów.…
Anunnaki : historia wymyślona po to, by odwieść nas od prawdy.
Anunnaki : historia wymyślona po to, by odwieść nas od prawdy. To on przedstawił starożytne mity o Nibiru jako Planecie X i obcych gościach Annunaki. Zecharia Sitchin był masonem wysokiego stopnia. Zecharia Sitchin specjalizuje się w historii…
MTUSA. Company. Engines designs, develops, manufactures.
MTU Aero Engines North America (MTU AENA), a U.S. company, is a subsidiary of MTU Aero Engines, headquartered in Munich, Germany. MTU Aero Engines designs, develops, manufactures, and supports commercial and military aircraft and industrial gas turbines.…
Tak wyglądałyby nasze ulice, gdybyśmy używali DC Edisona zamiast AC Tesli.
Tak wyglądałyby nasze ulice, gdybyśmy używali DC Edisona zamiast AC Tesli. Zdjęcie pochodzi z Nowego Jorku w 1888 roku. Budynki pełne są kabli przewodzących prąd stały. „Fakt, że nasze miasta nie są na tym obrazie, jest w rzeczywistości oparty na toczącej…
Kalasam w Świątyni Srikanteswara, Nanjangud, Karnataka, Indie.
Kalasam w Świątyni Srikanteswara, Nanjangud, Karnataka, Indie. Kalasam jest jak odwrócony garnek wykonany ze stopu pięciu metali (iyympon), który zwykle znajduje się na szczycie wieży świątyni hinduistycznej/Gopuram. Metale, w tym złoto, srebro, miedź i…
Prawdziwe znaczenie swastyki.
Prawdziwe znaczenie swastyki. Starożytne historie praktycznie wszystkich narodów i religii, które używały tego symbolu, wspominały o biegunie północnym jako o świętym raju. Wielki kartograf Gerhard Mercator, znany dziś przede wszystkim ze swojej…
Piramidy zachodniego świata...
Piramidy zachodniego świata... Jedna ze starożytnych cywilizacji znajduje się w Peru, można ją nazwać „kolebką świata zachodniego” , ponieważ cywilizacja ta całkowicie łączy świat zachodni (nieznany) z kwitnącym światem wschodnim Egiptu, Saraswati i…
Panel podłogowy: alabama
: Nazwa: Panel podłogowy: : Model nr.: : Typ: Deska dwuwarstwowa : Czas dostawy: 96 h : Pakowanie: pakiet do 30 kg lub paleta do 200 kg : Waga: : Materiał: Drewno : Pochodzenie: Polska . Europa : Dostępność: detalicznie. natomiast hurt tylko po umówieniu…
EUROWET. Producent. Preparaty dla zwierząt towarzyszących.
Jesteśmy producentem i dystrybutorem preparatów dla zwierząt towarzyszących takich jak: psy, koty, gołębie, ptaki ozdobne, króliki, świnki morskie, chomiki i żółwie. Wszystkie nasze produkty zostały opracowane w trosce o zdrowie i dobre samopoczucie…
CZARNE SWIECE.
CZARNE SWIECE. Czarne świece to poważna sprawa i nie należy jej lekceważyć. Sam kolor pochłania wszystkie inne, dlatego świece służą do odpędzania lub pochłaniania negatywnej energii. Możesz także zapalić czarne świece, gdy musisz odwrócić jakiekolwiek…
Jeśli porównamy, to olbrzym jest jakieś 6 razy większy.
Algierskie malowidło jaskiniowe, datowane na ok. 6000 p.n.e. Ma nienormalnie dużą głowę i trzyma coś w dłoni, obok niego ktoś kto wygląda na człowieka. Jeśli porównamy, to olbrzym jest jakieś 6 razy większy.
Dostęp do archiwów prywatnych w Watykanie.
Dostęp do archiwów prywatnych w Watykanie. W 1881 r. papież Leon XIII zezwolił naukowcom na zapoznanie się z częścią zawartości archiwum. Przeglądanie dokumentów nie było jednak proste, a procedura niewiele się zmieniła przez ostatnie 200 lat. Przede…
Niedokończona piramida Zawiyet el-Aryan w Egipcie
Niedokończona piramida Zawiyet el-Aryan w Egipcie Piramida Zawiyet el-Aryan od wielu dziesięcioleci jest niedostępna dla turystów. Głęboki na 23 metry korytarz został wycięty z litego wapiennego podłoża. Naukowcy wciąż zastanawiają się, jak ludzie w…
Oczyszczanie odbywa się w naturze.
Pożądane jest, aby kobieta raz w miesiącu oczyściła się za pomocą Ziemi, Powietrza, Ognia, Wody i Miłości... Intuicyjnie wybierz dzień. Oczyszczanie odbywa się w naturze. Ziemia. Najpierw stań na Ziemi boso, wyobrażając sobie, jak Ziemia zabiera wszystko,…
Načini okužbe z gripo in zapleti: Kako se ubraniti pred virusi:
Načini okužbe z gripo in zapleti: Kako se ubraniti pred virusi: Virus gripe je razdeljen na tri vrste, A, B in C, od katerih so ljudje v glavnem okuženi s sortami A in B. Najpogostejši tip A, odvisno od prisotnosti specifičnih beljakovin na površini…
FAGUMIT. Producent. Węże gumowe.
Nasze tradycje sięgają 1908 roku, kiedy to na terenie Wolbromia została utworzona fabryka wyrobów gumowych, która w okresie późniejszym przejęła nazwę Wolbromskie Zakłady Przemysłu Gumowego "Stomil". W roku 1992 ma miejsce podział WZPG "Stomil". W wyniku…
Dla przypomnienia. Inicjacja Królowej Elżbiety w 1946 r w zakonie Druidów.
Dla przypomnienia. Inicjacja Królowej Elżbiety w 1946 r w zakonie Druidów. Starożytny Zakon Druidów został założony w 1781 roku przez Henry'ego Hurle'a. Starożytny Zakon Druidów przyjął rytuały przypominające masońskie, które odtwarzały udawana…
10 признака, че се срещате с емоционално недостъпен човек:
10 признака, че се срещате с емоционално недостъпен човек: Всички ние търсим някой, който ни обича безусловно и завинаги, нали? Въпреки че перспективата да бъдете влюбени и обичани може да ви накара да почувствате пеперуди в стомаха си, трябва да сте…
The Covert Remote Viewing and Psychic Warfare Program.
The Covert Remote Viewing and Psychic Warfare Program. Tuesday, August 23, 2016 ESP - Mind Control - Psychic Targeting - Intuitive Vision - Deep Military Programs - Stargates - Black Budget Experiments! Dark Journalist goes deep into the covert Remote…
GREMEX. Producent. Torby, pokrowce.
Głównym przedmiotem działalności firmy GREMEX jest produkcja pokrowców ochronnych do wielu branż od motoryzacyjnej po sportową, odzieżową, wędkarską jak i pokrowce szyte na zamówienie wg. wytycznych klienta. Oprócz pokrowców zajmujemy się również…
Portret Angeliki 13 maja piątek 2022 roku namalowany farbami olejnymi przez Kubę Nowaka w Miechowie w Polsce.
Portret Angeliki 13 maja piątek 2022 roku namalowany farbami olejnymi przez Kubę Nowaka w Miechowie w Polsce.
Długopis : Slider edge niebieski
: Nazwa: Długopisy : Czas dostawy: 96 h : Typ : Odporna na uszkodzenia i twarda kulka wykonana z węglika wolframu : Materiał : Metal plastik : Kolor: Wiele odmian kolorów i nadruków : Dostępność: Detalicznie. natomiast hurt tylko po umówieniu :…
Strój starożytnej Azji Zachodniej.
Strój starożytnej Azji Zachodniej. „Mantasha” to naturalnie tkana drewniana laska, używana specjalnie przez irańskich derwiszów. Po lewej: Stela Nabonidusa trzymająca długi, zawiązany kij, 556-539 pne (po pokonaniu przez Cyrusa Wielkiego został wysłany do…
Quod perfectum est speciale occasionem vestis;
Quod perfectum est speciale occasionem vestis; Quisque ex nobis Upcycle: appropinquare nuptias, christmas a celebrationem, in Dominica est optimus vos postulo ut exhiberet convivium: sed utique quod non. Nos ire copia, quod sit emere, quod non vis. Vere…

