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.
Posąg Setiego I
Posąg Setiego I Posąg został znaleziony w skarbcu świątyni w Karnaku. Został zbudowany z kawałków połączonych ze sobą jak drewniana rzeźba. Nakrycie głowy neme zostało usunięte podczas pochówku na dziedzińcu świątyni. Figura ta, typowa dla okresu…
AIRTECHCANADA. Company. Aero plane. Accessories for airplane. Aircraft parts.
pecializing in aircraft modifications and repairs to fixed and rotary winged aircraft, we provide a wide range of engineering, manufacturing and modification services. Known widely for our Aero-Medical - EMS/Medevac conversions and DHC-3/1000 Otter…
18දණහිස සහ වැලමිට සන්ධි සඳහා කොලජන් - අවශ්යද?
දණහිස සහ වැලමිට සන්ධි සඳහා කොලජන් - අවශ්යද? කොලජන් යනු ප්රෝටීන, සම්බන්ධක පටක වල සං component ටකයක් වන අතර අස්ථි, සන්ධි, කාටිලේජ මෙන්ම සම සහ කණ්ඩරාවල ප්රධාන ගොඩනැඟිලි කොටස් වලින් එකකි. මෙය හොඳ ශරීර සෞඛ්යයක් සඳහා ප්රධාන අංගයකි, මන්ද එයට විවිධ කාර්යයන්…
Olis essencials i aromàtics naturals per a l’aromateràpia.
Olis essencials i aromàtics naturals per a l’aromateràpia. L’aromateràpia és una àrea de medicina alternativa, també anomenada medicina natural, que es basa en l’ús de les propietats de diverses olors, aromes per alleujar diverses dolències. En…
A Creator does not run your world, my dear.
Stwórca nie kieruje twoim światem, mój drogi. Ty jesteś. Im szybciej to zrozumiesz, tym lepiej. Nie ma więc „pozwolenia” na nic. Energia Ziemi jest tym, co stworzyliście wolną wolą. Żyjesz w dualności, która może żądać dowolnej energii bez ingerencji z…
Tyle symboliki w jednym obrazie.
Tyle symboliki w jednym obrazie. Giulio Romano, Alegoria nieśmiertelności, 1540 r 1...4 żywioły (ziemia, woda, powietrze, ogień) ułożone w krzyż, symbol śmierci i zmartwychwstania Chrystusa, odzwierciedlający proces alchemiczny; 2...Gigant, który…
Czy to najtańszy wideo grabber na rynku?
Czy to najtańszy wideo grabber na rynku? Nie, ale to urządzenie do przechwytywania obrazu faktycznie działa i kosztuje tylko 100 zł. Testuję Unitek HDMI to USB-C/A Video Capture Card. Urządzenia do przechwytywania obrazu – zwane popularnie video…
CAWARRA. Company. Organic natural skincare, hair care and body products.
Over eight years ago Cawarra Cosmetics became a certified organic processor, cementing our niche as a natural & organic manufacturer, a pioneer in the contract manufacturing industry. Our speciality over the years has ensured we have developed our own…
ELMETOR. Producent. Silniki elektryczne.
Należymy do grupy największych krajowych dystrybutorów silników elektrycznych. Oferujemy szeroką gamę silników jednofazowych i trójfazowych w wykonaniu standardowym oraz w wykonaniu specjalnym w zależności od potrzeb klientów. Jesteśmy przedstawicielem…
FLEXOVIT. Company. High quality abrasive tools.
With our state-of-the-art manufacturing facility and with four sales and distribution centers strategically located throughout the United States, Canada and Mexico, Flexovit is committed to providing its customers products unsurpassed in quality and…
LG Display pokazało prototyp ekranu, który można rozciągać jak gumę.
Zapomnijcie o składanych telefonach: LG Display pokazało prototyp ekranu, który można rozciągać jak gumę. Czy to oznacza koniec smartfonów, jakie znamy? 2024.11.22 AD. Gdzie ten prawdziwy przełom? Może czekamy na holograficzne wyświetlacze rodem ze Star…
Nicola Tesla był wybitnym wynalazcą i naukowcem, który przez niektórych uważany jest za największego geniusza wszechczasów.
Nicola Tesla był wybitnym wynalazcą i naukowcem, który przez niektórych uważany jest za największego geniusza wszechczasów. Istnieje nawet cytat Einsteina, który mówi, że pewnego dnia zapytano Einsteina, jak to jest być największym geniuszem na świecie?…
GLOBAL. Company. Room furniture. Design furniture.
ABOUT GLOBAL FURNITURE USA Founded in 1999, Global Furniture USA has become one of the premier importers and distributors of fine home furnishings in the United States as well as serving as a prominent force in the international market. We offer single…
Co to jest koral?
Co to jest koral? Koral to w rzeczywistości kolonia tysięcy maleńkich stworzeń koralowych zwanych polipami. Polipy te żyją w symbiozie z mikroskopijnymi algami w relacji, która odzwierciedla rośliny i grzyby na lądzie. Algi wykorzystują produkty…
Obraz z około 1900r. tytuł Smolarze autor E. Perle
przesyłam foto obrazu do sprzedania: Tytuł obrazu: Smolarze. E.Perle jest w rodzinie od około 1900r w Sosnowcu, a obecnie w Miechowie. Technika artystyczna: piórko, jest to czarny tusz i trochę akwarelki. Obraz jest za szkłem w oryginalnej ramie…
To nie pierwszy raz, gdy ktoś w rządzie twierdzi, że Stany Zjednoczone odzyskały UFO niepochodzące od człowieka.
36-letni David Charles Grusch, weteran National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) i National Reconnaissance Office (NRO), twierdzi, że Stany Zjednoczone odzyskały i zbadały UFO pochodzenia innego niż ludzkie. „Grusch twierdzi, że przekazał Kongresowi i…
Видови на правосмукалки за домаќинство.
Видови на правосмукалки за домаќинство. Правосмукалка е една од најпотребните уреди во секој дом. Без оглед на тоа дали живееме во студио или во голема куќа со едно семејство, тешко е да се замисли живот без тоа. Само кој вид правосмукалка треба да…
Starożytny system akweduktów został odkryty w prowincji Lorestan w Iranie, po wykopaliskach w celu wzniesienia nowego budynku.
Starożytny system akweduktów został odkryty w prowincji Lorestan w Iranie, po wykopaliskach w celu wzniesienia nowego budynku.
CERAMSKI. Producent. Ceramika szlachetna.
Firma CERAMSKI istnieje na rynku ceramiki szlachetnej od roku 1975. Od tego czasu pozyskała zaufanie i uznanie Klientów. Przez cały czas istnienia zajmowaliśmy się produkcją rozmaitej galanterii ceramicznej. Prowadzimy produkcję ceramicznych artykułów…
Cuscino ortopedico antropometrico, medico, svedese:
Cuscino ortopedico antropometrico, medico, svedese: Indipendentemente dalla forma profilata, che supporta il rilassamento o la contrazione, stringe i muscoli del collo, l'isolamento o il rivestimento termoconduttivo è estremamente importante. Fino ad…
Kwiaty rośliny:: Mahonia
: Nazwa: Kwiaty doniczkowe ogrodowe : Model nr.: : Typ: Ogrodowe rośliny:: ozdobne : Czas dostawy: 96 h : Pakowanie: Na sztuki. : Kwitnące: nie : Pokrój: krzewiasty iglasty : Rodzaj: pozostałe : Stanowisko: wszystkie stanowiska : wymiar donicy: 9 cm do…
Meditatie. Hoe je vrijheid uit je verleden kunt vinden en verleden pijn kunt loslaten.
Meditatie. Hoe je vrijheid uit je verleden kunt vinden en verleden pijn kunt loslaten. Meditatie is een eeuwenoude praktijk en een effectief hulpmiddel om uw lichaam en geest te genezen. Het beoefenen van meditatie kan helpen stress en door stress…
Lit przyszłością Czech.
W odległości około 100 kilometrów od czeskiej stolicy, Pragi, w malowniczej miejscowości Cinovec, znajdują się największe złoża litu na terenie Europy. Szacunki wskazują, że złoża te mogą stanowić od 3 do 5 procent globalnych zasobów tego pierwiastka,…
BioNTech, moderna, curevac, covid-19, coronavirus, vaccin:
BioNTech, moderna, curevac, covid-19, coronavirus, vaccin: 20200320AD BTM Innovations, offentlig-privat partnerskap, Apeiron, SRI International, Iktos, antivirala läkemedel, AdaptVac, ExpreS2ion Biotechnologies, pfizer, janssen, sanofi, I mars 16…
Harpia. (1610).
Harpia. (1610). Porywające dzieci demony z mitologii greckiej zostały przedstawione przez Ulissesa Aldrovandiego w księgach na temat ornitologii. Mityczna istota o ciele ptaka i kobiecej głowie widnieje między strusiami, szkieletem papugi i nietoperza…

