Импульсный низкоиндуктивный высоковольтный сильноточный кабель

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал о таком явлении как электромагнитная индукция и ЭДС возникающая при самоиндукции и взаимной индукции. Устройства, в основе которых лежат данные явления и процессы, называются индуктивными элементами (катушки колебательных контуров, трансформаторы, дроссели, реакторы). В качестве одного из основных параметров данных элементов выступает индуктивность L(также имеет название коэффициента самоиндукции). О том, как рассчитать данный параметр пойдёт речь в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности.

При протекании переменного тока I

в катушке, магнитное поле создаёт в её витках ЭДС, которая препятствует изменению тока. При увеличении тока, ЭДС отрицательна и препятствует нарастанию тока, при уменьшении — положительна и препятствует его убыванию, оказывая таким образом сопротивление изменению тока на протяжении всего периода.

В результате созданного противодействия, на выводах катушки индуктивности в противофазе формируется напряжение U

, подавляющее ЭДС, равное ей по амплитуде и противоположное по знаку.

При прохождении тока через нуль, амплитуда ЭДС достигает максимального значения, что образует расхождение во времени тока и напряжения в 1/4 периода.

Если приложить к выводам катушки индуктивности напряжение U

, ток не может начаться мгновенно по причине противодействия ЭДС, равного
-U
, поэтому ток в индуктивности всегда будет отставать от напряжения на угол 90°. Сдвиг при отстающем токе называют положительным.

Запишем выражение мгновенного значения напряжения u

исходя из ЭДС (
ε
), которая пропорциональна индуктивности
L
и скорости изменения тока:
u = -ε = L(di/dt)
. Отсюда выразим синусоидальный ток .

Интегралом функции sin(t)

будет
-соs(t)
, либо равная ей функция
sin(t-π/2)
. Дифференциал
dt
функции
sin(ωt)
выйдет из под знака интеграла множителем 1
/ω
. В результате получим выражение мгновенного значения тока со сдвигом от функции напряжения на угол
π/2
(90°). Для среднеквадратичных значений
U
и
I
в таком случае можно записать .

В итоге имеем зависимость синусоидального тока от напряжения согласно Закону Ома, где в знаменателе вместо R

выражение
ωL
, которое и является реактивным сопротивлением:

Реактивное сопротивлениие индуктивностей называют индуктивным.

Изготовление

Катушки индуктивности могут быть приобретены или изготовлены самостоятельно. Обычно приобретаются большие изделия. Наверное, никто не захочет самостоятельно наматывать дроссель для люминесцентной лампы. Небольшие обмотки для радиоэлектроники легко и с удовольствием изготавливаются своими руками. Навыки самостоятельного изготовления будут полезны при ремонте катушек или при изменении их рабочих параметров. Для увеличения их индуктивности используются специальные магнитные сердечники. Их изготавливают из смеси оксида железа с оксидами других металлов.

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами:

Изолированная магнитная проволока наматывается непосредственно на магнитный сердечник, покрытый тонким слоем изолирующей бумаги. Перед изготовлением необходимо определить параметры с помощью специальных расчётных формул или программ. С их помощью будет определен размер и тип сердечника, число витков и диаметр проволоки.

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами:

• Расчет веса электрического кабеля
• Онлайн расчет силы тока в цепи
• Перевод Ватт в Амперы
• Расчет потерь напряжения
• Онлайн расчет сечения кабеля

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.

Вот что показали эти опыты:

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Вам интересно?

Сегодня очень много учёных, интересующихся магнетизмом и магнитными явлениями. Они изучают как магнитную, так и электрическую стороны веществ, пытаясь выявить закономерности и синтезировать мощные магниты с определёнными нужными свойствами: например, с высокой температурой плавления или сверхпроводимостью. Все эти материалы могут быть использованы в огромном количестве отраслей.

Приведём пример с аэрокосмической отраслью: перспективными для дальних межзвёздных перелётов являются ракеты с ионными двигателями, которые создают тягу посредством выброса ионизированного газа из сопла. Сила толчка в таком двигателе зависит от температуры газа и скорости его движения. Соответственно, чтобы придать газу максимальную силу для разгона, нам требуется очень сильный магнит, разгоняющий заряженные частицы и к тому же имеющий очень высокую температуру плавления для того, чтобы не расплавиться при выходе газов из сопла.

Создан для высокого КПД

Компактная катушка индуктивности с плоским проводом разработана для повышения КПД. Плоский провод имеет высокий коэффициент намотки 95%, поэтому в катушках с таким проводом – только 5% неиспользуемого пространства в зазорах между каждой обмоткой по сравнению с 30% неиспользуемого пространства в катушках на основе обычного провода с круглым сечением. На рисунке 2 проиллюстрирована экономия места за счет высокого коэффициента намотки с минимальными потерями в части неиспользованного пространства.

Рис. 2. Неиспользуемое пространство в плоских и круглых обмотках

Сердечник из прессованного порошкового железа SRP приформован непосредственно к намотке из плоской проволоки, что дает двойное преимущество: проводимость проводника увеличивается при работе на высоких частотах, а также не остается лишнего пространства, как это может иметь место в конструкциях с круглым проводом.

На рисунке 3 показано поперечное сечение двух индуктивностей и преимущество в части экономии места для плоского провода с сердечником из порошкового железа.

Рис. 3 Сердечник из прессованного порошкового железа повышает КПД

Данная технология обеспечивает меньший размер корпуса и больший КПД, при этом в настоящее время доступны значения индуктивности до 47 мкГн. Катушки индуктивности SRP имеют высокие токи насыщения до 60 А, значения которых связаны с падением значения индуктивности. Компактные корпуса занимают площадь от 4,8 до 14,8 мм и имеют высоту от 2 до 7 мм. Значения номинального тока зависят от температуры и достигают 46 А. Bourns продолжает расширять номенклатуру катушек индуктивности серии SRP. Недавно выпущенная индуктивность SRP4020FA имеет ширину 4,1 мм и высоту 1,9 мм и обеспечивает индуктивность в диапазоне 0,47…4,7 мкГн и ток до 13,2 А. Еще одна недавно выпущенная индуктивность SRP7030CA имеет ширину 7,8 мм и высоту 2,9 мм, обеспечивая индуктивность 1…8,2 мкГн при уровнях тока до 21,8 А. Дальнейшие планы разработки и выпуска индуктивностей серии SRP предполагают более крупные компоненты для более высоких значений тока, например, индуктивность с площадью основания 20 мм2, которая обеспечит ток насыщения 150 А. Также планируется выпуск катушек индуктивности меньшего размера с площадью основания до 3 мм2 при токе насыщения 10 А.

Программа позволяет производить расчет следующих типов катушек индуктивности:

• Одиночный круглый виток
• Однослойная виток к виткуВ качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
  Известны диаметр каркаса и диаметр провода, длина намотки вычисляется.
• Известны диаметр каркаса и длина намотки, диаметр провода вычисляется
• Однослойная катушка с шагом
• Катушка с не круглой формой витков
• Многослойная катушка В качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
  Известны диаметр каркаса, длина намотки и диаметр провода. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, ее омическое сопротивление постоянному току и приблизительная длина провода для намотки («сколько надо отрезать»).
• Известны диаметр каркаса, длина намотки и предельное омическое сопротивление катушки. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, нужный минимальный диаметр провода и приблизительная длина провода для намотки.
• Тороидальная однослойная катушка
• Катушка на ферритовом кольце
• Катушка в броневом сердечнике(Ферритовом и карбонильном)
• Тонкопленочная катушка(Плоская катушка на печатной плате с круглой и квадратной формой витков и в виде одиночного прямого проводника)

Подробнее о Coil32 …

Довольно часто перед радиолюбителем встает вопрос: » Как рассчитать индуктивность катушки?». Катушки используются и в высокочастотной связной аппаратуре, и при конструировании акустических систем, и даже взглянув на материнскую плату компьютера, Вы и там обнаружите индуктивные элементы. С помощью программы Coil32 можно быстро рассчитать индуктивность катушки. В программе учитываются наиболее распространенные варианты каркасов катушек. Можно рассчитать бескаркасную катушку в виде одиночного витка, на каркасах различной формы, на ферритовых кольцах и в броневых сердечниках, а также плоскую печатную катушку с круглой и квадратной формой витков. Для рассчитанной катушки можно «не отходя от кассы» рассчитать емкость конденсатора в колебательном контуре.

В чем преимущества программы перед аналогами?

• Программа рассчитывает индуктивность многих типов катушек. Можно подобрать оптимальный вариант, либо пересчитать катушку под имеющийся каркас.
• Результаты всех расчетов выводятся в текстовое поле, откуда их можно сохранить в файл. В дальнейшем Вы можете их просмотреть, чтобы не пересчитывать заново. Можно открыть этот файл в «MS Word» и распечатать.
• Есть возможность рассчитать добротность для радиочастотных однослойных катушек индуктивности.
• Рассчитываются основные параметры колебательного контура для однослойной катушки
• Можно рассчитать длину провода для намотки однослойной, многослойной катушки и катушки на ферритовом кольце
• Для катушек в броневых сердечниках есть возможность выбрать один из нескольких стандартных, что позволяет рассчитать катушку несколькими щелчками мыши.
• Для плоских катушек на печатной плате программа подскажет оптимальные размеры для достижения наивысшей добротности.
• В Сети часто встречаются программы для расчета индуктивности, работающие под DOS, о преимуществах Windows-интерфейса, думаю, говорить не приходится.
• Программа имеет возможность расширения функционала с помощью дополнительных плагинов для расчета индуктивностей
• Программа имеет мультиязычный интерфейс и скины, дополнительные наборы скинов можно найти на .

Программа распространяется в стиле «Portable» и не имеет установщика. Для установки программы распакуйте архив программы в любой каталог и запустите на выполнение файл Coil32.exe. При постоянной работе с программой, желательно создать для нее специальную папку и вынести ярлык Coil32.exe на рабочий стол.

Как рассчитать индуктивность многослойной катушки без сердечника с помощью линейки и омметра

• Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2012
• Петр Демченко, Литва
• EDN
• В статье показано, как рассчитать индуктивность многослойной катушки без сердечника, зная только ее размеры и сопротивление постоянному току
• Если размеры катушки выражены в миллиметрах, ее индуктивность в микрогенри может быть рассчитана по формуле:

где

• D – средний диаметр катушки,
• h – высота катушки,
• g – глубина (толщина намотки) катушки,
• N – количество витков (Рисунок 1).

Если количество витков неизвестно, индуктивность, все равно, можно рассчитать, используя значение сопротивления обмотки постоянному току. Предполагается, что катушка намотана аккуратно, виток к витку, цилиндрическим эмалированным проводом (Рисунок 2). В этом случае приближенное выражение для числа витков будет следующим:

1. где d – диаметр провода.
2. Однако, мы будем полагать, что диаметр нам неизвестен.

Какие параметры есть у катушки

От того, где будет применяться индуктивный элемент и на какой частоте работать, зависит его исполнение. Имеются общие параметры:

• L – индуктивность;
• R пот – сопротивление потерь;
• Q – добротность;
• свой резонанс и паразитарная ёмкость;
• коэффициенты ТКИ и ТКД.

Индуктивность (коэффициент самоиндукции) L – это главная электрическая характеристика элемента, которая показывает количество накапливаемой дросселем энергии при передвижении тока. Величина энергии в катушки тем выше, чем больше её индуктивность. Единица измерений L – 1 Гн.

При взаимодействии тока и магнитного поля в обмотке возникают вредные явления. Они способствуют возникновению потерь, которые обозначают R пот. Формула потерь имеет вид:

R пот = rω + rd + rs + re.

Слагаемые формулы – это потери:

• rω – в проводах;
• rd – в диэлектрике;
• rs – в сердечнике;
• re – на вихревые токи.

В результате таких потерь импеданс индуктивного двухполюсника нельзя назвать целиком реактивным.

Добротность двухполюсника определяется по формуле:

Q = ω*L/R пот,

где ω*L = 2π*L – реактивное сопротивление.

При наматывании витков элемента между ними возникает ненужная ёмкость. Из-за этого дроссель превращается в колебательный контур с собственным резонансом.

ТКИ – показатель, описывающий зависимость L от Т0С.

ТКД – показатель, описывающий зависимость добротности от Т0С.

Информация. Изменение основных параметров индуктивного двухполюсника зависит от коэффициентов ТКИ, ТКД, а также от времени и влажности.

Самоиндукция

Представим себе любую электрическую цепь, параметры которой можно менять. Если мы изменим силу тока в этой цепи — например, подкрутим реостат или подключим другой источник тока — произойдет изменение магнитного поля. В результате этого изменения в цепи возникнет дополнительный индукционный ток за счет электромагнитной индукции, о которой мы говорили выше. Такое явление называется самоиндукцией, а возникающий при этом ток — током самоиндукции.

Формула магнитного потока для самоиндукции

Ф = LI

Ф — собственный магнитный поток [Вб]

L — индуктивность контура [Гн]

I — сила тока в контуре [А]

Самоиндукция — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Самоиндукция чем-то напоминает инерцию: как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет самоиндукции.

Представим цепь, состоящую из двух одинаковых ламп, параллельно подключенных к источнику тока. Если мы последовательно со второй лампой включим в эту цепь катушку, то при замыкании цепи произойдет следующее:

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки так часто перегорают при отключении света.

ЭДС самоиндукции

ξis — ЭДС самоиндукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

ΔI/Δt — скорость изменения силы тока в контуре [А/с]

L — индуктивность [Гн]

Знак минуса в формуле закона электромагнитной индукции указывает на то, что ЭДС индукции препятствует изменению магнитного потока, который вызывает ЭДС. При решении расчетных задач знак минуса не учитывается.

Реактивное сопротивление конденсатора.

Электрический ток в конденсаторе представляет собой часть или совокупность процессов его заряда и разряда – накопления и отдачи энергии электрическим полем между его обкладками.

В цепи переменного тока, конденсатор будет заряжаться до определённого максимального значения, пока ток не сменит направление на противоположное. Следовательно, в моменты амплитудного значения напряжения на конденсаторе, ток в нём будет равен нулю. Таким образом, напряжение на конденсаторе и ток всегда будут иметь расхождение во времени в четверть периода.

В результате ток в цепи будет ограничен падением напряжения на конденсаторе, что создаёт реактивное сопротивление переменному току, обратно-пропорциональное скорости изменения тока (частоте) и ёмкости конденсатора.

Если приложить к конденсатору напряжение U

, мгновенно начнётся ток от максимального значения, далее уменьшаясь до нуля. В это время напряжение на его выводах будет расти от нуля до максимума. Следовательно, напряжение на обкладках конденсатора по фазе отстаёт от тока на угол 90 °. Такой сдвиг фаз называют отрицательным.

Ток в конденсаторе является производной функцией его заряда i = dQ/dt = C(du/dt)

. Производной от
sin(t)
будет
cos(t)
либо равная ей функция
sin(t+π/2)
. Тогда для синусоидального напряжения
u = Uampsin(ωt)
запишем выражение мгновенного значения тока следующим образом:

i = UampωCsin(ωt+π/2)

.

Отсюда выразим соотношение среднеквадратичных значений .

Закон Ома подсказывает, что 1/ωC

есть не что иное, как реактивное сопротивление для синусоидального тока:

Реактивное сопротивление конденсатора в технической литературе часто называют ёмкостным. Может применяться, например, в организации ёмкостных делителей в цепях переменного тока.

Онлайн-калькулятор расчёта реактивного сопротивления

Необходимо вписать значения и кликнуть мышкой в таблице. При переключении множителей автоматически происходит пересчёт результата.

Расчитать ёмкость или индуктивность для реактивного сопротивления:

Похожие страницы с расчётами:Расcчитать импеданс.Расcчитать частоту резонанса колебательного контура LC.Расcчитать реактивную мощность и компенсацию.

Формулы расчёта

Пришла пора нам перейти к основной теме статьи. Начнём мы с того, что расскажем о том, как произвести расчет индуктивности катушки без сердечника. Это самый простой вид расчёта. Но тут тоже есть свои тонкости. Возьмём, для простоты, катушку, обмотка которой лежит одним слоем. Для неё справедлив расчет однослойной катушки индуктивности:

L=D2*n2/(45D+100l).

Здесь L — индуктивность, D — диаметр катушки в сантиметрах, n — число витков, l — длина намотки в сантиметрах. Однослойная катушка предполагает то, что толщина намотки будет не больше одного слоя, а значит, для неё справедлив расчет плоской катушки индуктивности. В целом большинство формул для расчётов индуктивностей очень похожи: существенные различия только в коэффициентах при переменных в числителе и знаменателе. Самым простым тут является расчет индуктивности катушки без сердечника.

Представляет интерес также формула расчета индуктивности катушки с большим числом витков:

L=0,08*D2*n2/(3*D+9*b+10*c).

Здесь b — ширина провода, c — его высота. Такая формула эффективна для того, чтобы произвести расчет многослойной катушки индуктивности. Применяется она на практике чуть менее часто, чем та, о которой пойдёт речь ниже.

Самым актуальным, пожалуй, будет расчет индуктивности катушки с сердечником. Есть специальная формула, которая показывает, что эта индуктивность определяется материалом, из которого сделан сердечник, а точнее — его магнитной проницаемостью. Выглядит эта формула так:

L=m*m0*n2*S/l, где m — магнитная проницаемость материала сердечника, m0 — магнитная постоянная (она равна 12,56·10-7 Гн/м), S — площадь поперечного сечения катушки, l — длина намотки.

Расчет витков катушки индуктивности производится очень просто: это число намотанных на сердечник слоёв проводника.

Мы разобрались с формулами, а теперь немного о том, где же конкретно эти формулы и расчёты могут нам пригодиться.

Какие параметры есть у катушки

От того, где будет применяться индуктивный элемент и на какой частоте работать, зависит его исполнение. Имеются общие параметры:

• L – индуктивность;
• R пот – сопротивление потерь;
• Q – добротность;
• свой резонанс и паразитарная ёмкость;
• коэффициенты ТКИ и ТКД.

От чего зависит индуктивность

Индуктивность (коэффициент самоиндукции) L – это главная электрическая характеристика элемента, которая показывает количество накапливаемой дросселем энергии при передвижении тока. Величина энергии в катушки тем выше, чем больше её индуктивность. Единица измерений L – 1 Гн.

При взаимодействии тока и магнитного поля в обмотке возникают вредные явления. Они способствуют возникновению потерь, которые обозначают R пот. Формула потерь имеет вид:

R пот = rω + rd + rs + re.

Слагаемые формулы – это потери:

• rω – в проводах;
• rd – в диэлектрике;
• rs – в сердечнике;
• re – на вихревые токи.

В результате таких потерь импеданс индуктивного двухполюсника нельзя назвать целиком реактивным.

Добротность двухполюсника определяется по формуле:

Q = ω*L/R пот,

где ω*L = 2π*L – реактивное сопротивление.

При наматывании витков элемента между ними возникает ненужная ёмкость. Из-за этого дроссель превращается в колебательный контур с собственным резонансом.

ТКИ – показатель, описывающий зависимость L от Т0С.

ТКД – показатель, описывающий зависимость добротности от Т0С.

Информация. Изменение основных параметров индуктивного двухполюсника зависит от коэффициентов ТКИ, ТКД, а также от времени и влажности.

Типы RFID-меток

Существует три типа RFID-меток: активные, пассивные и полупассивные. В активных и полупассивных метках используются батареи для питания их микросхем. Они дороже пассивных меток, но зато у них больше полезных свойств. В частности, в активных метках собственный источник питания используется для питания передатчика, создающего электромагнитные волны, что позволяет существенно повысить дальность связи между меткой и считывающим устройством.

Активные метки

В связи с тем, что в активных метках имеются батареи, они могут хранить больше информации и обеспечивают бóльшую дальность связи. Они могут передавать радиосигнал, который можно принять на расстоянии до 100 метров. В связи с этой особенностью, активные RFID-метки удобны для организации учета материальных ресурсов. Срок службы батарей активных RFID-меток — до 10 лет. Из-за конструктивных особенностей меток, они обычно не подлежат замене, и по окончании их срока службы приходится заменять всю метку целиком.

Активные RFID-метки могут работать в двух режимах — транспондера и маяка. Для увеличения срока службы батареи, метка-транспондер «слушает» сигнал от считывателя и включает передатчик только в тех случаях, когда такой сигнал имеется. С другой стороны, метки-маяки включают передатчик, например, раз в 10 секунд, пытаясь отправить нужную информацию. Активные метки часто содержат различные датчики и позволяют считывать информацию об уровне влажности, температуре, давлении и других параметрах окружающей среды. Конструкция активных RFID-меток часто бывает значительно сложнее конструкции пассивных меток — поэтому активные метки дороже пассивных.

Пассивные метки

NFC-ключ от гостиничного номера, который одновременно выполняет функции общего выключателя освещения и различных бытовых приборов. Чтобы включить питание, гость должен войти в номер и вставить карточку-ключ в выключатель

В отличие от активных RFID-меток, пассивные метки очень простые и состоят всего из двух компонентов: антенны в форме катушки и интегральной микросхемы. Считыватель активизирует свою катушку, которая посылает электромагнитную энергию в катушку метки. Если метка находится в зоне считывания, обе катушки образуют трансформатор, который обеспечивает индуктивную связь, используемую для связи и обеспечения энергией самой метки — по тому же принципу, по которому работает беспроводный заряд смартфонов. Переменный ток, снятый с антенны метки, выпрямляется и используется для питания микросхемы метки, которая посылает сигнал с полезной информацией назад в катушку. Эта информация и считывается катушкой считывателя.

Имеется два типа пассивных радиочастотных меток: RFID-наклейки и метки жесткого типа. Благодаря слою клея на задней поверхности метки, их можно поместить куда угодно, например, на библиотечные книги, чтобы организовать учет библиотечного фонда. «Жесткие» метки надежны в эксплуатации и изготовляются из стекла, пластмассы, металла, керамики, резины и иных материалов. Пассивные RFID-метки тоньше и дешевле активных меток и служат весь срок эксплуатации, потому что в них нет батареи. Пассивные низкочастотные RFID-метки используются для чипирования животных. Они заключаются в стеклянную капсулу размером несколько больше рисового зерна и их можно на любой кошке или собаке, хозяева которых озабочены вероятной пропажей своих питомцев.

Платежный терминал системы оплаты проезда общественного транспорта PRESTO в провинции Онтарио, Канада

Полупассивные метки

Полупассивные RFID-метки обычно используются для мониторинга датчиков или работы различного оборудования путем считывания различных выходных данных, например, работы переключателей (включено—выключено) или клапанов (открыт—закрыт). Принцип их работы аналогичен принципу работы пассивных меток. Сигнал со считывателя вызывает отклик метки. Батарея полупассивной метки используется для питания электронных схем, которые используются для считывания информации с различных датчиков даже в том случае, если метка не опрашивается считывателем. Если метка посылает информацию на считыватель, она передает не только информацию с датчиков, но и свой заводской номер.

Выбираем магнитопровод

Если частота работы устройства до 3 кГц, то подойдет магнитопровод из трансформаторного железа. Если частота выше 7 кГц, то предпочтение следует отдать ферритам. На частотах 3 — 7 кГц можно использовать и железные и ферритовые сердечники. Но эффективность устройств на этих частотах обычно ниже, чем на других, так как тут железо уже теряет свою привлекательность, растут потери, а ферриты еще не могут раскрыть свой потенциал. До 150 кГц для дросселя с зазором (а подавляющее большинство дросселей делается с зазором), марка феррита значения не имеет. От магнитной проницаемости феррита в расчете ничего не зависит. На частотах свыше 150 кГц следует применять специальные высокочастотные марки ферритов.

Расчет для железа и ферритов на разных частотах имеет только одно отличие. Для железа максимальная индукция выбирается в районе 1 Тл. Для ферритов: при частоте до 100 кГц — 0.3 Тл, при частоте выше 100 кГц — 0.1 Тл. При желании снизить потери на перемагничивание магнитопровода максимальная индукция выбирается еще меньше.

Провод выбирается, исходя из плотности тока 5А / 1 кв. мм сечения. Это хуже европейских стандартов, но, как показала практика, вполне приемлемо. Если сила тока небольшая (менее 0.25 А), то дроссель мотается одним проводом нужного диаметра, если более 0.25 А, то жгутом из проводов 0.25 мм (для исключения скин — эффекта). Один такой провод хорошо работает при токе до 0.25 А.

Проверяя, хватит ли места для обмотки в окне магнитопровода, мы полагаем, что плотность заполнения окна не превысит 50%. Плотнее уложить провод удается только на станке. Вручную получить лучшую плотность нам не удавалось никогда.

Преимущества индуктивностей от Bourns

Компания Bourns на протяжении десятилетий является лидером в производстве катушек индуктивности. Bourns – это имя, которому доверяют, и продукцию компании следует иметь в виду при разработке новых DC/DC-преобразователей или преобразователей иной конструкции, требующих компонентов для поверхностного монтажа. Вероятность найти нужный компонент в линейке продукции, включающей 2000 наименований, весьма велика, причем найденное изделие, возможно, будет превосходить ваши требования.

При этом не стоит забывать, что расчет потерь в сердечнике для конкретного применения может зависеть от таких факторов, как плотность магнитного потока, потери в сердечнике и изменение температуры. Специалисты Bourns и программные продукты компании всегда помогут при расчетах и выборе нужного изделия.

Дроссели с плоским проводом серий SRP03\4\5\6* разработаны для приложений, требовательных к габаритам конечного изделия, особенно к его высоте. Индуктивности данного семейства относятся к классу низкопрофильных – их высота не превышает уровня 2 мм, что является конкурентным преимуществом при выборе катушек для DC/DC, используемых в портативной и миниатюрной электронике. При этом дроссели SRP03\4\5\6* позволяют получить достаточно высокий уровень индуктивности – до 10 мкГн – и высокие рабочие токи – до 15,5А. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 1.

Таблица 1. Дроссели серий SRP03\4\5\6* с плоским проводом

Дроссели с плоским проводом серий SRP*FA и SRP*CA разработаны для приложений, требовательных к высокой токовой нагрузке, например для DC/DC, питающих CPU\GPU\ARM, где рабочие токи могут достигать десятков ампер. Сердечник у дросселей данного семейства выполнен из металл-композитного материала (а не феррита), что позволяет получить сверхвысокие токи насыщения, не зависящие от температурного режима. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 2.

Таблица 2. Дроссели серий SRP*FA и SRP*CA с плоским проводом

Дроссели с плоским проводом и ферритовым сердечником серии PQ26* разработаны для приложений с высокой токовой нагрузкой и требованием очень низких активных потерь. Отличительной особенностью данного семейства является экстремально низкое значение параметра DCR (сопротивление на постоянном токе), которое не превышает уровня 2 мОм. Именно с применением дросселей этого семейства можно построить DC/DC-преобразователь с максимальным КПД и минимальными потерями. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 3.

Таблица 3. Дроссели серии PQ26* с плоским проводом

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности

Каждый дроссель можно представить в виде эквивалентной схемы.

Данная схема состоит из элементов:

• Rw – сопротивление обмотки с выводами;
• L – индуктивность;
• Cw – паразитная ёмкость;
• Rl – сопротивление потерь.

Изготавливая индуктивный элемент, стремятся снизить величину сопротивления потерь, паразитную ёмкость. При работе катушки на низкой частоте учитывают сопротивление её обмотки Rw. На таких частотах действуют токи большой величины.

Эквивалентная схема дросселя

Правильно рассчитанная катушка индуктивности будет иметь высокую добротность (180-300) и стабильность работы при влиянии внешних условий (температуры и влажности). Зная способы различной намотки и манипуляции с шагом, можно уменьшить влияние паразитных факторов.

Сопротивление индуктивное Википедия

Реакти́вное сопротивле́ние

(реактанс) — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и обратно).

Реактивное сопротивление определяет мнимую часть полного сопротивления (импеданса):

Z=R+jX{\displaystyle Z=R+jX}, где Z{\displaystyle Z} — полное сопротивление или импеданс, R{\displaystyle R} — величина активного сопротивления, X{\displaystyle X} — величина реактивного сопротивления, j{\displaystyle j} — мнимая единица.

В зависимости от знака величины X{\displaystyle X} какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:

• X>0{\displaystyle X>0}
  — элемент проявляет свойства индуктивности.
• X=0{\displaystyle X=0}
  — элемент имеет чисто активное сопротивление.
• X<0{\displaystyle X<0}
  — элемент проявляет ёмкостные свойства.

Величина реактивного сопротивления может быть выражена через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений:

X=XL−XC{\displaystyle X=X_{L}-X_{C}}

Индуктивное сопротивление

(XL{\displaystyle X_{L}}) обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующую изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности L{\displaystyle L} элемента и угловой частоты ω{\displaystyle \omega } протекающего тока: XL=ωL=2πfL{\displaystyle X_{L}=\omega L=2\pi fL}Ёмкостное сопротивление

(XC{\displaystyle X_{C}}). Величина ёмкостного сопротивления зависит от ёмкости элемента C{\displaystyle C} и также частоты протекающего тока f{\displaystyle f}: XC=1ωC=12πfC{\displaystyle X_{C}={\frac {1}{\omega C}}={\frac {1}{2\pi fC}}} Здесь ω{\displaystyle \omega } — циклическая частота, равная 2πf{\displaystyle 2\pi f}.

Способы соединения

Как и в случае с другими компонентами, элементы самоиндукции могут соединяться разными способами. Индуктивность катушек зависит от типа подключения.

В расчетах используется буквенное обозначение L, т.е. Ленц. Понимать их нужно, как энергию магнитного поля конкретной катушки.

Параллельное соединение

Для множества элементов формула индуктивности выглядит так:

Для двух она значительно упрощается:

При параллельном соединений плюс соединяется с плюсом, а минус с минусом. При этом:

Напряжение у всех элементов одинаковое. Сила тока равна в месте контакта равна силе тока отдельных элементов.

Последовательное соединение

Суть последовательного соединения – подключение плюса к минусу. Формула расчета намного проще: достаточно сложить показатели все элементов цепи:

Калькулятор расчета катушки индуктивности

Индуктивность можно рассчитать самостоятельно или выполнить онлайн расчет с помощью специального калькулятора. Для автоматического расчета наиболее часто используется программа Coil32. Её можно бесплатно скопировать с одноименного сайта либо воспользоваться онлайн калькулятором. Пользоваться этой программой достаточно просто.

При работе с ней сначала нужно выбрать тип изделия (однослойная или многослойная, с ферритовым сердечником или без него, возможны другие варианты). Задав в калькуляторе расчет геометрических параметров, диаметр провода, число витков, свойства сердечника можно с помощью программы получить ожидаемую индуктивность изделия. Для получения необходимой величины можно в расчетах изменять число витков и диаметр провода.

Собранное изделие по рассчитанным параметрам можно проверить с помощью тестера на соответствие необходимым параметрам. Такой прибор называется LC тестер. Он измеряет индуктивность катушек и ёмкость конденсаторов. При отклонении полученных параметров от заданной величины можно увеличить либо уменьшить количество витков проволоки на изделии.

При желании можно выполнить самостоятельно расчет индуктивности катушки без сердечника или с ним. Единой формулы нет, они строго индивидуальны для каждого случая. В общем случае они прямо пропорциональны количеству витков и диаметру витков. Например, расчет однослойной цилиндрической обмотки выполняют по формуле:

Расчет индуктивности катушки с сердечником более сложен. С его добавлением значение индуктивность сильно возрастает. В расчетах в формулу добавляются параметры магнитных свойств сердечника. Ещё более сложными являются формулы расчёта многослойных катушек или катушек тороидальной формы. При редком или первичном использовании лучше всего воспользоваться специальными калькуляторами. Полученные расчеты можно проверить по формулам вручную. В любом случае после изготовления можно проверить параметры собранного изделия и при необходимости их изменить.

Что такое катушка индуктивности?

Мы сталкиваемся с этими предметами постоянно, но вряд ли придаём им какое-то особое значение. Это для нас обыденность. На самом деле катушки индуктивности встречаются сегодня практически в каждом приборе, но наиболее яркий пример их использования — трансформаторы. Если вы думаете, что трансформаторы бывают только на энергетических подстанциях, то вы сильно ошибаетесь: ваше зарядное устройство от ноутбука или смартфона — тоже своего рода трансформатор, только меньшего размера, чем те, что используются на электростанциях и распределительных подстанциях.

Любая катушка индуктивности состоит из сердечника и обмотки. Сердечник представляет собой стержень из диэлектрического или ферромагнитного материала, на который наматывается обмотка. Последняя делается чаще всего из медной проволоки. Количество витков обмотки напрямую связано с величиной магнитной индукции полученной катушки.

Теперь, прежде чем рассмотреть расчет индуктивности катушек и формулы, необходимые для него, поговорим о том, какие параметры и свойства мы будем вычислять.

RFID-устройства, имплантируемые в тело человека

Человеческие RFID-метки обычно представляют собой пассивный RFID-транспондер, содержащий интегральную микросхему (называемую с подачи ленивых журналистов в просторечии чипом) в стеклянной капсуле. Метки имплантируются подкожно в руку или иную часть тела человека и обычно содержат уникальный идентификационный номер, который можно связать с информацией в базе данных, содержащей информацию о личности, проблемах с законом, медицинской истории, принимаемых лекарствах и так далее. Корпорация VeriChip приступила к производству RFID-имплантатов еще в 2002 году, а в 2004 году их устройства были сертифицированы Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA).

Будущие области применения пассивных RFID-меток, имплантируемых в тело человека:

• Предоставление данных для электронных систем хранения медицинской информации о пациентах
• Мониторинг пациентов в больницах
• Контроль времени приема лекарств пациентами в больницах
• Управление медицинским оборудованием
• Возможность извлечения медицинской информации при оказании срочной медицинской помощи
• Помощь дезориентированным больным с болезнью Альцгеймера
• Контроль местонахождения персонала
• Поиск потерявшихся детей
• Удобство открывания дверей, управления принтерами, разблокировки компьютеров в офисах

Конечно, с человеческими имплантатами связано много проблем, включая вероятные возникновения опухолей в месте инъекции метки, нежелательные миграции метки в теле; возможная несовместимость меток с устройствами, работающими на принципе магнитного резонанса, а также риски, связанные с безопасностью и неприкосновенностью частной жизни.

Форма

На рисунке слева — Ш-образный сердечник, справа — П-образный. A

— толщина сердечника,
B
— высота окна сердечника,
C
— ширина окна сердечника,
D
— ширина зуба.

Делая прокладку в сердечнике, не забудьте, что ее толщина должна быть вдвое меньше расчетного зазора, так как магнитная линия в Ш и П — образных сердечниках пересекает ее дважды.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.

Доброго дня. Можно ли применить методику для расчета моторного трехфазного дросселя (ПЧ+двигатель)? Какие особенности изготовления таких дросселей (например, взять три трансформатора и пр.)? Читать ответ…

Доброго здравия! По какой формуле включается предупреждение о недостаточности мощности сердечника? Читать ответ…

Здравствуйте! Я собираю сварочный инвертор по схеме из книги Негуляева (полумост резонансный), и пытался определить с помощью ваших онлайн-калькуляторов индуктивность дросселя резонанса, но в них надо подставлять известное значение индуктивности (и откуда, к слову, его взять если нет измерительных приборов) и получать витки. А мне то надо наоборот. Это нужно, чтобы попытать Читать ответ…

В расчёте дросселя, а именно определении зазора, есть расхождения около 30% в меньшую сторону. Как можете это прокомментировать. Читать ответ…

При токе 50-60 А на Ш образном сердечнике витки, расположенные в непосредственной близости к зазору начинают обугливаться. Любая железка, введённая в зазор просто плавится. Это же индукционка какая-то получается. Практика подсказывает, нужно как можно дальше удалять витки от зазора. Предпочтение в таких случаях отдаётся П — обр. сердечникам. Так ли это? Читать ответ…

Помимо непонятного выражения в формуле зазора, еще непонятно почему в других источниках приведены, кажется, какие-то иные расчеты? Вот например, в этой книге , я так понял, какой-то общий случай расчета, или почему-то другие они. Читать ответ…

Здравствуйте. А что значит выражение в формуле величины зазора в сердечнике? Читать ответ…

Спасибо за материал! ‘Провод 0.25мм’ — это диаметр или площадь сечения? Читать ответ…

Здравствуйте. Для сборки импульсного источника синусоидального напряжения расчитываю параметры дросселя L1. Имеющийся Ш-образный сердечник 20*28 N87 мал по размерам, как указывает онлайн расчет. Но в программе нет возможности по требуемым параметрам подобрать необходимый размер. Чтобы пойти и купить нужный. Подскажите или требуемые габаритные размеры или программку для выбора Читать ответ…

Здравствуйте, не могли бы вы помочь с расчётом дросселя для схемы опубликованной на вашем сайте: https://hw4.ru/circuitry-switching-sinus

В наличие имеется провод диаметром 0,5мм и ферритовые кольца B64290L0651X03 https://static.advonics.com/content/pdfs/221/7092193.pdf

Размер R22,1×13,7×12,5(mm) Материал Т38 Начальная проницаемость 10 000

Номинальный вы Читать ответ…

Еще статьи

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са… Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы…

Силовой мощный импульсный трансформатор, дроссель. Намотка. Изготовить… Приемы намотки импульсного дросселя / трансформатора….

Импульсный источник питания. Своими руками. Самодельный. Сделать. Лабо… Схема импульсного блока питания. Расчет на разные напряжения и токи….

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра… Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим…

Проверка дросселя, катушки индуктивности, трансформатора, обмотки, эле… Как проверить дроссель, обмотки трансформатора, катушки индуктивности, электрома…

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники…. Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы….

Пушпульный импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен… Как рассчитать пуш-пульный импульсный преобразователь напряжения. Как подавить п…

Повышающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен… Как рассчитать повышающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу…

Расчет параметров катушки

Приходится при расчётах рассматривать разные варианты. Расчет индуктивности зависит от исходных данных и заданных конечных параметров.

Расчет L в зависимости от заданной конструкции

Если исходными параметрами являются: w, D каркаса и длина намотанного провода, то формула для расчёта имеет вид:

L = 0,01*D*w2/(l/D) + 0,46,

где:

• D – диаметр каркаса, см;
• w – число витков;
• l – длина намотки, см;
• L – индуктивность, мкГн.

Подставляя численные значения в формулу, получают значение L.

Расчет количества витков по индуктивности

Зная D каркаса и L, рассчитывают количество витков в катушке, формула имеет вид:

w = 32*√(L*D),

где:

• L – индуктивность, мкГн;
• D – диаметр каркаса, мм.

Если в качестве исходных параметров берутся длина навитого в ряд проводника и его диаметр, то количество витков находят, используя формулу:

w = l/d,

где:

• l – длина намотки, мм;
• d – диаметр провода, мм.

Измерения диаметра провода проводят линейкой или штангенциркулем.

Расчёт индуктивности прямого провода

Собираясь найти L круглого прямого проводника, обращаются к приближённой формуле:

L = (μ0/2π)*l*( μe*ln(l/r) + 1/4* μi,

где:

• μ0 – магнитная постоянная;
• μe – относительная магнитная проницаемость (ОМП) среды (для вакуума – 1);
• μi – ОМП проводника;
• l – длина провода;
• r – радиус провода.

Формула справедлива для длинного проводника.

Расчёт однослойной намотки

Однослойные дроссели без сердечника легко и быстро можно рассчитать при помощи онлайн-калькулятора, в окно которого можно забить все известные характеристики, и программа выдаст значение L.

Вычисления проводятся и вручную, с использованием математического выражения. Оно имеет вид:

L = D2*n2/45D + 100*l,

где:

• D – диаметр катушки, см;
• l – длина намотанного провода, см;
• n – количество витков.

Формула подходит для вычислений L дросселей без ферритовых сердечников.

Однослойная катушка виток к витку

Дроссель с сердечником

При наличии сердечника следует учесть его размеры и форму. В случае одинаковых катушках индуктивность больше у той, которая располагается на сердечнике.

Расчёт однослойной намотки с сердечником

Многослойная намотка

Особенности расчёта при подобном способе наматывания провода заключаются в том, что нужно учитывать его толщину. Формула для дросселя без сердечника имеет вид:

N²=(L*(3Dk+9l+10t))/0.008Dk²,

где:

• Dk – общий диаметр (диаметр каркаса и намотки);
• t – толщина слоя;
• l – длина накрученного провода.

Все значения подставляют в мм, величину L – в мкГн.

Многослойная намотка

RFID и NFC — в чем разница

Итак, что же такое RFID и NFC? И то, и другое — близко связанные друг с другом способы передачи информации, имеющие многочисленные области применения. Примерами являются управление материально-техническими ресурсами, проведение бесконтактных платежей, обмен контактной информацией, фотографиями и видео, электронная оплата проезда по платным дорогам и мостам и многое другое. Радиочастотная идентификация (RFID, англ. Radio Frequency Identification) — это технология, использующая электромагнитные поля для идентификации и отслеживания перемещения меток, прикрепленных к различным объектам. Ближняя бесконтактная связь (NFC, англ. Near-Field Communication) — технология, основанная на существующих стандартах радиочастотной идентификации, позволяющая осуществлять связь между двумя расположенными рядом на расстоянии менее 10 см электронными устройствами. Обычно это два смартфона или считывающее устройство и смартфон, или смартфон и RFID-метка. Для организации связи с помощью NFC используется диапазон со средней частотой 13,56 МГц. Эта же частота стандартизирована и для RFID-устройств.

Микросхема и катушка антенны RFID-метки

Радиочастотная идентификация (RFID)

позволяет осуществлять одностороннюю или двухстороннюю связь между RFID-метками и RFID-приемником. Метки могут быть пассивными (без собственного источника питания), активными (со своей батареей) и полупассивными (также с батареей). Приемники имеют собственное питание и могут быть пассивными (работающими в режиме только чтения меток) и активными (они могут не только считывать, но и передавать информацию на метки). RFID-метки можно считывать на больших расстояниях, до 200 метров без прямой видимости между считывателем и меткой. Поэтому их можно использовать, например, для обработки багажа в аэропорту. RFID использует несколько радиочастотных диапазонов, показанных в таблице ниже. Связь между устройством чтения и метками осуществляется с использованием стандартизированных протоколов. Для разных диапазонов частот применяются различные протоколы.

Ближняя бесконтактная связь (NFC)

работает в частотном диапазоне 13,56 МГц и является расширением стандарта и протоколов RFID. В связи с этим многие физические свойства NFC совпадают со свойствами высокочастотных RFID-устройств. NFC позволяет осуществлять двухстороннюю связь между двумя близко расположенными (на расстоянии менее 5 см) электронными устройствами, одно из которых обычно бывает смартфоном, а другое — смартфоном, считывателем платежных карт или NFC-меткой. NFC объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя смарт-карт в одном устройстве. Как высокочастотная связь RFID, так и NFC работают в одном и том же частотном диапазоне с центральной частотой 13,56 МГц. В отличие от RFID, которая работает хорошо на расстояниях 100 м и более, NFC работает на максимальном расстоянии всего 10 см.

Примерами связи между двумя мобильными телефонами является обмен файлами с помощью приложения Android Beam, сопряжения (паринга) между двумя Bluetooth-устройствами и установления соединения между ними без необходимости ввода паролей. Можно привести множество примеров связи между мобильным телефоном и меткой, которую можно легко запрограммировать с телефона: вызов сайта социальной сети, запуск приложения Google Maps или иного приложения с картами и маршрутом для возвращения домой, открытие ссылки на видеосюжет, отправка почтового сообщения, организация связи постеров с онлайн-объектами и многое другое. Возможно, одним из основных применений NFC является прием платежей с установлением соединения между мобильным телефоном и платежным терминалом. Телефон с возможностями установки NFC-соединения может открывать и закрывать двери. Отметим, что при подготовке этой статьи (лето 2022 г.) устройства Apple поддерживали только прием платежей. Всё остальное для яблофонов пока недоступно.

Ключ зажигания автомобиля Honda: 1 — литиевая батарея, 2 — корпус пульта дистанционного управления с RFID-транспондером, 3 — задняя стенка ключа, 4 — передняя стенка корпуса ключа с металлическим ключом, 5 — уплотнительная прокладка, 6 — ключ Honda в сборе, 7 — передняя крышка пульта управления с кнопками, 8 — печатная плата пульта дистанционного управления, 9 — увеличенное изображение печатной платы, 10 — кварцевый генератор, 11, 15, 16, 17 — кнопки, 13 — катушка индуктивности 2,63 мГн 25 Ом, используемамя в качестве катушки транспондера, 14 — микросхема пульта дистанционного управления и RFID-транспондера

Ниже в таблице приведены различия между технологиями высокочастотной RFID и NFC