Как рассчитать дроссель на ферритовом кольце: Расчет дросселей и катушек индуктивности на ферритовых кольцах, формула и калькулятор

Расчет индуктивности дросселя на ферритовом кольце

Все права защищены. Для более чем заказчиков по всему миру мы делаем свыше онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день! Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element. Подписаться на новости Введите свой email адрес:.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Расчет катушек индуктивности

Изготовление ферритовых дросселей


При повторении импульсных вторичных источников питания и стабилизаторов напряжения или самостоятельной их разработке радиолю-бители испытывают трудности при подборе магнитопроводов и расчете индуктивных элементов устройств. В [99] приведены рекомендации, кото-рые могут помочь в решении таких задач. В однотактных импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии.

Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных ферритовых магнитопроводах с зазором или кольцах из магнитодиэлектрика П или П []. И те и другие магнитопроводы достаточно дороги и дефицитны. В то же время в большинстве случаев индуктивные элементы таких устройств можно выполнить на широко распространенных кольцах из феррита с проницаемостью …, если в них ввести зазор.

Зная величину А L нетрудно определить число витков катушки для получения необходимой индуктивности:. Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. В табл. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами.

Поэтому величины A L , взятые из табл. Для этого следует намотать на магнитопроводе пробную катушку, например, из десяти витков и измерить ее индуктивность L пр. Здесь себя хорошо зарекомендовал прибор, описанный в [].

Расчетное значение N следует увеличить на несколько витков до N 1 , по результату измерения L 1 уточнить необходимое число витков и отмотать лишние витки. Описанным выше образом можно рассчитать индуктивность катушки или необходимое число витков. Однако, как только речь заходит о дросселях для импульсных источников питания, сразу возникает вопрос, какой ток может выдержать дроссель без насыщения магнитопровода?

Максимально допустимая индукция В max для материалов магнитопроводов приводится в справочных данных и лежит в пределах 0,25…0,4 Тл. Именно поэтому в табл. Для определения допустимого тока реального дросселя достаточно табличное значение I max разделить на число витков N. Понизить эффективную магнитную проницаемость таких магнитопроводов можно введением зазора, при этом. Это различие возникает из-за того, что магнитное поле, существующее рядом с зазором рис.

Для того, чтобы рассчитать влияние этого поля, можно обратиться к аналогии между магнитным и электрическим полями. Воспользуемся формулой для емкости конденсатора из двух цилиндров с близко расположенными торцами []:.

Нетрудно заметить, что первое слагаемое соответствует емкости зазора между цилиндрами, а второе — емкости, вносимой боковыми поверхностями цилиндров. Это означает, что мы учтем только емкость ближайшей к зазору части боковой поверхности цилиндров, пренебрегая дальней.

Расчеты при длине цилиндров в 3 или 4 диаметра дают практически тот же результат. Для того, чтобы в дальнейшем перейти от емкости между цилиндрами к емкости между прямоугольными брусками а это по форме ближе к сечению ферритового кольца , будем считать, что емкость, вносимая боковыми поверхностями, пропорциональна периметру зазора, и выразим в этой формуле диаметр цилиндров через периметра р их кругового сечения: , высота цилиндров.

Если в формулу для емкости подставить эти выражения, можно определить из нее отношение полной емкости к емкости между торцами в функции от отношения зазора к периметру цилиндров. Формула эта, однако, получается довольно громоздкой и неудобной для применения.

На рис. Из подобия уравнений, описывающих электрическое и магнитное поле, следует, что аналогично выглядит и зависимость отношения эффективного магнитного зазора к геометрическому от отношения геометрического магнитного зазора к периметру.

Из графика на рис. Вышесказанное позволяет сделать вывод, что необходимые число витков и зазор практически не зависят от начальной магнитной проницаемости материала магнитопровода, и поэтому можно применить ферриты с любой проницаемостью, большей Для любого имеющегося кольца с табличным зазором по значению А L нетрудно вычислить индуктивность или необходимое число витков и рассчитав , по графику рис. По найденному значению и приведенной ранее формуле можно найти максимальный ток, не вызывающий насыщения сердечника.

Однако существует еще одно обстоятельство, влияющее на выбор магниторовода — возможность намотки на него требуемого числа витков проводом соответствующего сечения.

Необходимая площадь окна кольца составляет , где — сечение провода, а — коэффициент заполнения окна. Расчет производят по формуле , где j — допустимая плотность тока.

Подставив в формулу для расчета площади окна выражения для N и A L , получим следующую формулу:. Подобное выражение можно получить и из формулы для максимального тока, который можно пропустить через дроссель без насыщения сердечника:.

Однозначного расчета конструктивных параметров дросселя по заданным индуктивности и току не существует. Однако при подборе кольца и определении данных обмотки могут помочь последние восемь колонок табл. Пусть необходим дроссель индуктивностью 22 мкГн на рабочий ток 1,2 А. Для него значение. При введении в него зазора 0,25 мм имеем возможность намотать дроссель с большим запасом по току табл. Определим параметры дросселя при зазоре 0,25 мм. Для него коэффициент индуктивности по табл.

При коэффициенте заполнения необходимая площадь окна составит мм 2. Площадь окна по табл. Необходимом за счет увеличения плотности тока уменьшить сечение провода до мм 2. Диметр провода указанного сечения по меди можно рассчитать по формуле:. Пусть необходим дроссель 88 мкГн на ток 1,25 А. Поэтому необходимо перейти к кольцу большего размера. На одном кольце невозможно намотать необходимы дроссель, ни по насыщению сердечника, ни по заполнению окна. Можно сложить два кольца вместе.

В этом случае эффективное сечение магнитопровода увеличивается в два раза, а допустимые значение I 2 L вырастут по насыщению несколько более, а по заполнению несколько менее, чем в два раза. Поэтому необходимый дроссель при геометрическом зазоре 0. Только табличными сведениями теперь не обойтись, необходим полный расчет. Для двух колец периметр сечения мм, при зазоре 0,25 мм. По графику на рис. Найденное значение. Необходимое число витков округляя в большую сторону до 33 витков.

Максимальный ток через дроссель А. Сечению мм 2 соответствует диаметр мм. Иногда удобнее ввести два одинаковых зазора. В этом случае табличное значение А L для половинного зазора следует уменьшить в два раза, а табличное значение I 2 L для половинного зазора — удвоить. Технология введения зазора такова. Небольшое кольцо перед намоткой разломить на две части, надпилив его надфилем, лучше алмазным.

Половинки склеивают между собой эпоксидным клеем с наполнителем, в качестве которого удобно использовать тальк. При склеивании в один из зазоров или в оба на часть глубины вводят прокладку из гетинакса, текстолита или нескольких слоев бумаги. Можно считать, что толщина одного листа бумаги для ксероксов и лазерных принтеров составляет 0,1 мм. Для сохранения формы кольца в процессе полимеризации клея оно должно лежать на обрезке органического стекла, от которого затем легко отделяется при изгибе этого обрезка.

Перед намоткой острые грани колец следует тщательно скруглить небольшим наждачным камнем. У большого кольца зазор можно также выполнить ножовкой с алмазным полотном, однако его ширина при этом однозначно определяется толщиной полотна. В такой зазор для сохранения прочности кольца следует вклеить прокладку их жесткого диэлектрика. Для экспериментальной проверки тока насыщения дросселей в[] на микросхеме DD 1собран генератор импульсов положительной полярности длительностью, регулируемой в пределах Импульсы с его выхода поданы на затвор мощного, но низковольтного и относительно недорогого полевого транзистора VТ 2.

Транзистор открывается и через проверяемую катушку индуктивности L 1 начинает течь линейно нарастающий ток. Когда импульс заканчивается, накопленная энергия передается через диод VD 2в нагрузку, которой служат стабилитроны VD 3и VD 4.

Напряжение с резистора R 7 , пропорциональное току через катушку L 1, подается на осциллограф. Для синхронизации осциллографа лучше использовать сигнал с выхода DD 1. Если ток превысит 6 А, откроется транзистор VТ 1и оборвет формирование импульса. Пока сердечник катушки не входит в насыщение, зависимость тока от времени, как указывалось выше, носит линейный характер. При плавном увеличении длительности импульсов и подходе максимального тока через дроссель к току насыщения на экране осциллографа хорошо видно резкое отклонение зависимости от линейной.

Источник напряжением 20 В должен допускать выходной ток не менее 1 А. Дата добавления: ; просмотров: ; Опубликованный материал нарушает авторские права? Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога — — или читать все Система источников конституционного права I.

Анализ источников финансирования инвестиционных проектов III. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам Обратная связь. Отключите adBlock!


Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах

Катушкой индуктивности — это элемент электрической цепи с высоким значением индуктивности, при этом низкими емкостью и активным сопротивлением. Их используют:. Катушка представляет собой намотанную на каркасе проволоку в виде спирали, а намотка может быть однослойной или многослойной, виток к витку или с расстоянием. Они бывают различных типов и форм, например, без сердечника обладают небольшой индуктивностью, а с сердечником она значительно увеличивается. Это обусловлено магнитной проницаемостью материала. Форма сердечника может быть разной, выделяют броневые, стержневые и тороидальные.

Радиоприемники · Расчет трансформатора · Расчет источника · Программы по Катушки индуктивности в зависимости от условий использования и Низкочастотные катушки (дроссели) и трансформаторы в некоторых .. Намотать катушку на ферритовое кольцо можно и не раскалывая кольца.

Калькулятор для расчета катушки индуктивности

Coil32 — прекрасная программа для всевозможных расчетов, связанных с катушками индуктивности. Доброго дня уважаемые радиолюбители! Сегодня я хочу познакомить вас с очередной радиолюбительской программой. Программа называется Coil32 и предназначена для расчета индуктивности катушек. Перед тем как мы рассмотрим эту программу, хочу выразить благодарность ее автору и создателю. Сайт создателя программы — coil Если у вас будут какие-либо замечания по работе программы, предложения, или вы захотите поблагодарить автора возможно и материально — пожертвовав один рубль на развитие проекта вы всегда сможете сделать это на сайте создателя программы. 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.

Расчет индуктивности высокочастотной катушки на тороидальном ферритовом сердечнике

Катушкой индуктивности — это элемент электрической цепи с высоким значением индуктивности, при этом низкими емкостью и активным сопротивлением. Их используют:. Катушка представляет собой намотанную на каркасе проволоку в виде спирали, а намотка может быть однослойной или многослойной, виток к витку или с расстоянием. Они бывают различных типов и форм, например, без сердечника обладают небольшой индуктивностью, а с сердечником она значительно увеличивается.

Катушки индуктивности являются неотъемлемым элементом различных радиоэлектронных схем. Основным её свойством является наличие большой индуктивности при малой емкости и низком активном сопротивлении.

Катушка на ферритовом кольце

Доступна новая версия приложения получившая название Coil Это мультиплатформенное приложение с открытым исходным кодом, работающее на bit и bit Windows 7, 8, 8. Поддержка и обновление приложения Coil32 будут прекращены. Постепенно большинство расчетов, доступных сейчас в приложении Coil32 будут перенесены в Coil В новой версии Coil64 доступен расчет однослойной катушки, намотанной проводом прямоугольного сечения шинкой или лентой.

Программа Coil32

Тороидальные катушки на ферритовых кольцах или кольцах из карбонильного порошкового железа широко используются в радиолюбительских конструкциях. Их преимуществом является высокая индуктивность в сочетании с малым полем рассеяния. Расчет такой катушки можно вести разными способами. На Западе принят способ расчета с использованием специального параметра A L. Этот параметр обычно входит в спецификации ферромагнитных колец и публикуется производителями [ Пример для кольца фирмы Amidon ]. Численно параметр A L равен индуктивности в микрогенри при витках катушки для карбонильного кольца или в миллигенри при витках для ферритового кольца. Зная параметр A L из спецификации, число витков тороида можно рассчитать по следующим формулам:.

Controlled swing — то же, но здесь индуктивность дросселя не должна использовать сердечники, составленные из ферритового и порошкового.

Расчет индуктивности катушек: формула. Калькулятор катушка индуктивности

При повторении импульсных вторичных источников питания и стабилизаторов напряжения или самостоятельной их разработке радиолю-бители испытывают трудности при подборе магнитопроводов и расчете индуктивных элементов устройств. В [99] приведены рекомендации, кото-рые могут помочь в решении таких задач. В однотактных импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии. Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных ферритовых магнитопроводах с зазором или кольцах из магнитодиэлектрика П или П [].

Катушки индуктивности предназначены для фильтрации токов высокой частоты. Они устанавливаются в колебательных контурах и используются для других целей в электрических и электронных схемах. Готовое устройство заводского изготовления надёжнее в работе, но дороже, чем изготовленное своими руками. Кроме того, не всегда удаётся приобрести элемент с необходимыми характеристиками. Каркас устройства изготавливается из диэлектрика. Это может быть тонкий нефольгированный гетинакс, текстолит, а на тороидальных сердечниках —просто обмотка из лакоткани или аналогичного материала.

Сначала цифрами указывается величина начальной магнитной проницаемости, затем марка используемого материала, и потом размер кольца в миллиметрах:.

By Borodach , May 6, in Трансформаторы, дроссели, ферриты. Дроссель — катушка индуктивности , обладающая высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. В связи с большим количеством импульсных устройств в наших самоделках и не только, хотелось бы выделить эту тему в отдельный топик. Было бы не плохо собрать здесь разные проги, схемы для проверки дросселей и любую другую информацию, которая могла бы нам пригодиться при изготовлении, проектировании и ремонте импульсных устройств Если тема не пойдёт, то я её удалю, но думаю, этого не произойдёт! Для начала перенесу сюда схемы для проверки насыщения сердечников дросселей и небольшую статью по проверке сердечников.

Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность. Применяются для подавления помех , сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока , в резонансных колебательный контур и частотно-избирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей , датчиков перемещений и так далее. Индуктивная катушка — элемент электрической цепи, предназначенный для использования его индуктивности [1] ГОСТ , см. Катушка индуктивности — индуктивная катушка, являющаяся элементом колебательного контура и предназначенная для использования её добротности [2] ГОСТ , см.


ЗАМЕНА ФЕРРИТОВОГО КОЛЬЦА ДРОССЕЛЕМ

Раньше в повышающих преобразователях напряжения с успехом использовал ферритовые кольца, снятые с плат, вышедших из строя компактных люминесцентных лампочек (КЛЛ) или попросту «энергосберегаек», о чём недавно рассказывал — сейчас это стало делать сложнее. КЛЛ последних выпусков стали более надёжные и из строя выходят не так часто как раньше и соответственно теперь «на каждом углу» не валяются, а ферритовые кольца с их плат сильно уменьшились в размерах и для их превращения в трансформатор (намотки) уже не получается использовать приспособление под названием челнок, да и без него в другой раз намотать тоже не получиться, в том числе и из-за недостатка места для обмотки. А так как уже слышал, что возможно в данном случае для намотки использовать индуктивность с сердечником, решил попробовать. 

Взял индуктивность номиналом практически 2000 микрогенри, с диаметром намотанного провода 0,27 мм и рассудив, что его на сердечнике намотано более чем достаточно, отмотал 50 витков, сделал отвод и вновь намотал. Ни тебе поисков подходящего провода для намотки, ни изменения внешней формы индуктивности. Короче сплошная идиллия, вот только при установке в схему преобразователя эта конструкция выдала «на гора» вместо желаемых 9 В всего пять с половиной при входящих 1,2 В.

Следующей была индуктивность с номиналом в 320 микрогенри с диаметром намотанного провода также 0,27 мм, тут ни чего отматывать не стал, а отыскал провод близкий по диаметру (0,26 мм) и намотал те же 50 витков. Преобразователь с этим трансформатором сразу выдал 8,69 В при входных 1,2 В, однако при подключении нагрузки напряжение катастрофически просело до недопустимого предела.

Тогда добавил второй аккумулятор и входное напряжение было увеличено до 2,4 В, на выходе сразу стало 10 полноценных вольт, при подключении нагрузки напряжение  практически не снизилось, а замер токоотдачи показал, что преобразователь с данным трансформатором уже достаточно функционален. Если не быть придирой то вопрос можно считать закрытым.

Однако это сказка скоро сказывается, а при установке намотанного трансформатора в схему необходимо отработать восемь вариантов его подключения, которые представлены на фото выше. Для того и выполнил необходимый отвод по схеме как отдельную обмотку (без внутреннего соединения проводов). Сравните изображённый на фото «трансформатор в схеме» и «намотанный трансформатор». В каждом конкретном случае подходящим может оказаться любой из восьми возможных вариантов, тут уж лучше не «делать на удачу».  

Итого

Это не итоговый результат, изыскания можно продолжить и дальше, например в первом неудавшемся варианте уменьшить индуктивность путём отмотки витков, но это уже другая история. Автор Babay iz Barnaula.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ЗАМЕНА ФЕРРИТОВОГО КОЛЬЦА ДРОССЕЛЕМ





ПРОСТЕЙШИЙ ГАУСС ГАН

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.



расчет катушки на ферритовом стержне

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:
    1. Известны диаметр каркаса и диаметр провода, длина намотки вычисляется.
    2. 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:
    1. 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»).
    2. 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.

Калькулятор взаимной индукции

Этот калькулятор определяет взаимоиндукцию двух связанных катушек индуктивности.

Пример. Рассчитать взаимную индуктивность двух расположенных рядом катушек индуктивности 10 мкГн и 5 мкГн с коэффициентом связи 0,5.

Входные данные
Индуктивность первой катушки, L1

генри (Гн)миллигенри (мГн)микрогенри (мкГн)наногенри (нГн)пикогенри (пГн)
Индуктивность второй катушки, L2

миллигенри (мГн)

Коэффициент связи, k

0 ≤ k ≤ 1

Выходные данные
Взаимоиндукция
M миллигенри (мГн)

Введите величины индуктивностей и коэффициента связи, выберите единицы индуктивности в генри (Гн), миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн) или пикогенри (пГн) и нажмите кнопку Рассчитать.

В токоизмерительных клещах с разъемным магнитопроводом для безопасного измерения тока без необходимости подключать прибор к схеме используется измерительный трансформатор. В приборе используется явление взаимной индукции. На разъемном магнитопроводе надета катушка, являющаяся вторичной обмоткой измерительного трансформатора. Первичной «обмоткой» является охватываемый магнитопроводом провод с током. Электродвижущая сила, возникающая в катушке на магнитопроводе, пропорциональна току, текущему в проводнике, охваченном клещами. Прибор измеряет напряжение на зажимах катушки и указывает на дисплее значение измеряемого тока.

Калькулятор определит взаимоиндукцию M двух связанных катушек индуктивности по формуле:

где k — коэффициент связи, L₁ — индуктивность первой катушки и L₂ — индуктивность второй катушки. Коэффициент связи определяется как отношение взаимоиндукции двух катушек к максимально возможному значению их взаимоиндукции. Коэффициент связи изменяется в пределах от 0 до 1 и зависит от близости катушек или обмоток, материала их сердечника, их взаимной ориентации, формы и количества витков. У слабо связанных катушек или обмоток коэффициент связи k 0.5. Если две катушки плотно намотаны одна над другой на общем ферромагнитном сердечнике, их связь почти идеальна и значение коэффициента связи k приближается к единице. Если же расстояние между катушками велико, значение k очень мало и приближается к нулю.

Тороидальные трансформатор и дроссель в импульсном блоке питания

Пример расчетов. Коэффициент связи двух катушек с индуктивностью 2 мкГн и 3 мкГн равен 0,5. Взаимоиндукция в микрогенри определяется как

Две катушки с взаимной индукцией на принципиальной схеме

При увеличении электрического тока, протекающего через катушку индуктивности L₁ от внешней цепи, вокруг катушки создается увеличивающееся магнитное поле, в котором сохраняется энергия. При уменьшении тока магнитное поле также уменьшается. При этом на выводах катушки возникает напряжение (ЭДС самоиндукции) в направлении, противоположном направлению тока, и сохраняемая в магнитном поле энергия отдается обратно во внешнюю цепь. Если рядом с первой катушкой поместить вторую катушку L₂, то магнитное поле, возникшее в первой катушке, создаст напряжение во второй катушке. Если общее магнитное поле пронизывает несколько катушек, говорят, что у них имеется взаимная индукция. Она обычно обозначает буквой M и измеряется в единицах индуктивности (генри).

Взаимоиндукция в вашем автомобиле: для создания искры в свечах зажигания используется катушка зажигания, представляющая собой трансформатор с высоким коэффициентом трансформации. Когда ток через первичную обмотку с малым числом витков прерывается, очень большая ЭДС возникает во вторичной обмотке с большим числом витков, которая достаточна для создания искры в зазоре автомобильной свечи зажигания

В обратной ситуации, если ток течет в катушке L₂, а наводится ток в катушке L₁, взаимоиндукция будет той же. Отметим, что электродвижущая сила (ЭДС) возникает только при изменении тока, причем чем быстрее изменяется ток, тем больше будет ЭДС. То есть, ЭДС взаимной индукции прямо пропорциональна скорости изменения тока

Явление взаимной индукции используется в трансформаторах, электродвигателях, генераторах и других устройствах, в которых для функционирования необходимо взаимодействие с магнитным полем. В то же время взаимоиндукция часто бывает нежелательной, когда возникает паразитная индуктивная связь между проводниками в схеме или даже между силовыми кабелями и металлическими кабельными каналами, в которых они помещены.

Расчет катушек на кольцах Amidon из порошкового железа:

Ферритовые кольца фирмы Amidon не имеют цветовой маркировки (блестящие черные либо тускло-серые), Здесь калькулятор для их расчета. Изделия из порошкового железа (карбонильного) маркируются цветом в зависимости от материала кольца. – здесь полный набор характеристик. Расчет ведется по формуле:

ВЫБЕРИТЕ КОЛЬЦО:

Тип материала кольца – 123678101215171826304052
Типоразмер кольца – T-5T-10T-12T-16T-20T-25T-30T-37T-44T-50T-68T-80T-94T-106T-130
Доступная информация о кольце:

Цветовой код:  Материал:   Рабочие частоты LC цепей  Начальная магнитная проницаемость (μ):  Размеры (OD x ID x H):    дюймммAL фактор:   мкГн/(N/100)2ВВЕДИТЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

L = мГнмкГннГн – Требуемая индуктивность

Рассчитать

Результат:

N – Число витков

МАТЕРИАЛ №0: В основном используется на частотах выше 100 МГц. Индуктивность (или число витков), полученная из расчетов, исходя из заданного параметра AL, не может быть достаточно точной и сильно зависит от техники намотки.МАТЕРИАЛ №1: Очень похож на материал №3 за исключением более высокого объемного сопротивления и повышенной стабильности.МАТЕРИАЛ №2: Carbonyl ‘E’ порошковый материал с высоким объемным сопротивлением. Для изготовления высокодобротных катушек на частотах от 2 МГц до 20 МГц.МАТЕРИАЛ №3: Carbonyl ‘HP’ материал с прекрасной стабильностью и добротностью для низких частот от 50 КГц до 500 КГц.МАТЕРИАЛ №6: Carbonyl ‘SF’ материал. Предназначен для катушек с высокой добротностью и температурной стабильностью для частот 20 МГц — 50 МГц.МАТЕРИАЛ №7: Carbonyl ‘TH’ материал. Очень похож на №2 и №6, но имеет более высокую температурную стабильность.МАТЕРИАЛ №8: Этот материал имеет низкие потери в сердечнике и хорошую линейность в условиях высокого смещения по кривой намагничивания. Хороший высокочастотный материал. Самый дорогой материал.МАТЕРИАЛ №10: Порошковый материал «W». Обеспечивает хорошую добротность и высокую стабильность для частот от 40 МГц до 100 МГц.МАТЕРИАЛ №12: Синтетический оксидный материал, который обеспечивает хорошую добротность и умеренную стабильность для частот от 50 МГц до 200 МГц. Если высокое значение Q имеет первостепенное значение, этот материал является хорошим выбором. Если первостепенное значение имеет стабильность, предпочтительным будет материал № 17.МАТЕРИАЛ №15: Карбонильный материал «GS6». Обладает отличной стабильностью и хорошей добротностью. Хороший выбор для коммерческих частот вещания, где важны «Q» и стабильность.МАТЕРИАЛ №17: Это новый карбонильный материал, который очень похож на материал № 12, но он обладает лучшей температурной стабильностью. Однако по сравнению с материалом № 12 наблюдается небольшая потеря добротности, составляющая около 10% в диапазоне от 50 МГц до 100 МГц. На частотах выше 100 МГц добротность хуже примерно на 20%.МАТЕРИАЛ №18: Этот материал имеет низкие потери в сердечнике, аналогично материалу № 8, но с более высокой проницаемостью и более низкой стоимостью. Хорошие характеристики насыщения при постоянном токе.МАТЕРИАЛ №26: Материал с пониженным содержанием водорода. Обладает наивысшей проницаемостью из всех порошковых материалов. Используется для фильтров электромагнитных помех и дросселей постоянного тока.МАТЕРИАЛ №30: Хорошая линейность, низкая стоимость и относительно низкая проницаемость этого материала делают его популярным для мощных дросселей ИБП больших размеров.МАТЕРИАЛ №40: Недорогой материал. Имеет характеристики, похожие на очень популярный материал № 26. Хорошая линейность, низкая стоимость и относительно низкая проницаемость этого материала делают его популярным для мощных дросселей ИБП больших размеров.МАТЕРИАЛ №52: Этот материал имеет более низкие потери в сердечнике при высокой частоте и такую же проницаемость, что и материал № 26. Популярен для новых конструкций высокочастотных дросселей.

Ссылки по теме:

Виды катушек индуктивности

Круговые катушки индуктивности являются, наверное, самыми распространёнными. В тоже время из-за разнообразия их форм существует некоторая трудность в расчёте индуктивности. Для некоторого упрощения расчёта катушки индуктивности делятся на несколько видов. Рассмотрим основные конструктивные особенности круговых катушек индуктивности

Для расчёта индуктивности круговой катушки необходимо знать следующие размеры:

D1 – внутренний диаметр, D2 – внешний диаметр, Dср – средний диаметр, l – длина катушки (аксиальный размер), t – толщина обмотки (радиальный размер), где t можно вычислить

Поэтому, в зависимости от соотношения между этими размерами различают следующие катушки индуктивности:

если l > Dср – длинная катушка,

если l ср – короткая катушка,

если l ср – очень короткая катушка,

если l = 0 – плоская катушка,

если t ≈ Dср – толстая катушка,

если t ср – тонкая катушка,

если t = 0 – соленоид.

Индуктивность кругового кольца круглого сечения

Теперь рассмотрим, какова будет индуктивность если провод свернуть в кольцо. Такой индуктивный элемент будет иметь вид

При этом его индуктивность можно вычислить по следующему выражению

для  постоянного тока

где R – радиус витка, м, R = D/2;

r – радиус провода, м, r = d/2;

μ – магнитная постоянная, μ = 4π•10-7 Гн/м.

Так же как и для проводника существует выражение для индуктивности кругового витка на любой частоте

где ξ – коэффициент, вносящий поправку на распространение переменного тока по сечению провода. Определяется также как и для прямого проводника.

Пример. В качестве примера рассчитаем индуктивность такого же провода, как и в первом примере, только свёрнутом в кольцо. В этом случае диаметр провода d = 2 мм, а диаметр кольца D = l/π = 4/3,142 ≈ 1,273 м, провод выполнен из меди (γ = 5,81*107 См/м).

Для постоянного тока индуктивность составит

На частоте 50 кГц

В следующей части я продолжу рассмотрение расчётов индуктивности для различных индуктивных элементов.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Расчёт поправки на собственную индуктивность витков

Как я писал в начале статьи, полная индуктивность катушки L состоит из расчётной индуктивности LP и поправки на изоляцию ∆L, которая в свои очередь состоит из поправки на собственную индуктивность витков ∆1L и поправки на взаимную индуктивность витков ∆2L

Данные поправки зависят от взаимного расположения витков в катушке. Для провода круглого сечения возможны следующие варианты заполнения катушки

Расположение провода круглого сечения в катушке индуктивности. s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции), p – шаг намотки по длине катушки, q – шаг намотки по толщине катушки.

В общем случае поправка на собственную индуктивность витков рассчитывается по следующему выражению

где μ – магнитная постоянная, μ = 4π•10-7 Гн/м;

ω – число витков соленоида;

DСР – средний диаметр катушки, м;

I – коэффициент, зависящий от расположения витков катушки.

Коэффициент I определяется в зависимости от расположения провода, варианты которого изображены на рисунке выше.

Для варианта а), провод намотан с небольшим коэффициентом заполнения

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта б), провод намотан с большим коэффициентом заполнения

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта в), провод намотан с шагом p по длине катушки и с шагом q по толщине катушки

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта г), провод намотан в один слой по длине катушки с шагом p. В зависимости от способа вычисления расчётной индуктивности LP

— если при вычислении расчётной индуктивности LP толщина намотки t принята равной диаметру голого провода sP, то коэффициент I будет равен

— если при вычислении расчётной индуктивности LP толщина намотки t принята равной нулю (расcчитывалась как соленоид), то коэффициент I будет равен

где p – шаг намотки по длине катушки, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта д), провод намотан в один слой по толщине намотки с шагом q, также возможно два случая

— если при вычислении расчётной индуктивности LP длина намотки l принята равной диаметру голого провода sP, то коэффициент I будет равен

— если при вычислении расчётной индуктивности LP длина намотки l принята равной нулю (рассчитывалась как плоская катушка), то коэффициент I будет равен

где q – шаг намотки по толщине катушки, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности

В этом калькуляторе мы рассматривали идеальную катушку индуктивности. В то же время, в реальной жизни таких катушке не бывает. Катушки обычно конструируются с минимальными размерами таким образом, чтобы они помещались в миниатюрное устройство. Любую реальную катушку индуктивности можно представить в виде идеальной индуктивности, к которой параллельно подключены емкость и сопротивление, а еще одно сопротивление подключено последовательно. Параллельное сопротивление учитывает потери на гистерезис и вихревые токи в магнитном сердечнике. Это параллельное сопротивление зависит от материала сердечника, рабочей частоты и магнитного потока в сердечнике.

Паразитная емкость появляется в связи с тем, что витки катушки находятся близко друг к другу. Любые два витка провода можно рассмотреть как две обкладки маленького конденсатора. Витки разделяются изолятором, таким как воздух, изоляционный лак, лента или иной изоляционный материал. Относительная диэлектрическая проницаемость материалов, используемых для изоляции, увеличивает емкость обмотки. Чем выше эта проницаемость, тем выше емкость. В некоторых случаях дополнительная емкость может появиться также между катушкой и противовесом, если катушка расположена над ним. На высоких частотах реактивное сопротивление паразитной емкости может быть весьма высоким и игнорировать его нельзя. Для уменьшения паразитной емкости используются различные методы намотки катушек.

Для уменьшения паразитной емкости катушки с высокой добротностью для радиопередатчиков наматывают так, чтобы было достаточно большое расстояние между витками

Если индуктивность большая, то сопротивление обмотки (Rw на схеме) игнорировать уже нельзя. Тем не менее, оно мало по сравнению с реактивным сопротивлением больших катушке на высоких частотах. Однако, на низких частотах и на постоянном токе это сопротивление необходимо учитывать, так как в этих условиях через катушку могут протекать значительные токи.

Катушки индуктивности и обмотки в различных устройствах

Схема и конструкция простого сетевого фильтра для радиоаппаратуры

Приведена принципиальная схема простого сетевого фильтра, который поможет защитить от помех радиоэлектронную аппаратуру с питанием от сети переменного тока.

Фильтр состоит из двух конденсаторов и дросселя. Схема очень простая, но тем не менее ее работоспособность во многом зависит от правильности изготовления дросселя 1-2-3-4.

Рис. 1. Схема простейшего сетевого фильтра для защиты от помех.

Рис. 2. Ферритовые кольца для изготовления дросселя.

Обмотки 1-2, 3-4 дросселя содержат по 15 витков провода МГТФ (провод во фторопластовой изоляции). Можно применить и обычный эмалированный провод диаметром 0,25 — 0,35мм.

Рис. 3. Как намотать дроссель для сетевого фильтра.

Берем ферритовое кольцо кольцо с диаметром примерно 20 мм, мотаем на него две обмотки в разные стороны и в разном направлении до встречи на другой половине кольца. Принцип намотки показан на рисунке 3. Таким образом обмотки получаются намотаны в разную сторону и каждая на своей половинке ферритового кольца.

Конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на напряжение 400В и больше.

Более совершення схема сетевого фильтра представлена на рисунке 2, здесь предполагается что вместе с питанием 220В у нас есть еще провод заземления. Также присутствует включатель S1 и предохранитель F1, которые служат для включения-отключения питания и защиты от перегрузки по току в нагрузке.

Рис. 2. Схема более совершенного самодельного сетевого фильтра.

Дроссель изготавливаем по такому же принципу, как и для схемы на рисунке 1. Диаметр провода для дросселя, а также ток для предохранителя и мощность переключателя нужно выбрать исходя из потребляемой мощности в нагрузке.

Изготовив простой фильтр на основе дросселя и конденсаторов можно значительно снизить количество помех.Если же нужна более хорошая фильтрация то придется обратиться к более сложным схемам фильтров с несколькими звеньями фильтрации.

RadioStorage.net.

Как можно определить магнитную проницаемость ферритового кольца в домашних условиях…

 

Всем привет! Сегодня решил немного отдохнуть от работы в эфире, тем более что за последние три дня столько провел связей, что зарядился позитивом надолго. С другой стороны нужно заняться и самообразованием – ведь научиться чему-то новому это так здорово. И как раз есть одна задача. А теперь позвольте перейти непосредственно к формулировке условия задачи и то как мне пришлось ее решить…

Итак, я собираюсь вместо балуна MFJ сделать самодельный запирающий дроссель на ферритовом кольце. Как раз такое кольцо у меня есть. Но вот проблема: нужно определить какая у ферритового кольца магнитная проницаемость. Ведь чтоб построить запирающий дроссель нужно чтобы его импеданс был не меньше 1000 Ом. Антенну рассчитываем для диапазона 40 метров (7 МГц). Значит нужно рассчитать какая должна быть индуктивность чтобы на частоте 7 МГц было сопротивление 1000 Ом.

Это сделать легко: я воспользовался калькулятором радиолюбителя. Меню – расчет – реактивное сопротивление. Вводим исходные данные и ту же получаем ответ: на частоте 7 МГц импеданс 1000 Ом можно получить если индуктивность катушки будет 23 мкГн. Тут же решил немного поиграться, все тоже самое (это частота 7 МГц), но сопротивление пусть будет 2000 Ом. Ответ получается 45 мкГн. Итак индуктивность мы рассчитали, и у нас должно получиться не меньше 23 мкГн.

А теперь все просто: нужно рассчитать сколько витков нужно намотать на ферритовом кольце для того чтобы получить заданную индуктивность. Но вот и проблема: я не знаю какое значение магнитной проницаемости у моего ферритового кольца. В принципе все можно рассчитать опять таки с помощью калькулятора радиолюбителя. Но для этого нужно как минимум намотать на кольце несколько витков и затем измерить индуктивность. Дальше вставить все данные по индуктивности и размерам кольца в программу и компьютер рассчитает магнитную проницаемость.

Но вот проблема: нет у меня прибора чтобы измерить индуктивность. И все же оказывается не все так плохо6 меня выручил антенный анализатор АА-330. Там как раз есть режим определения индуктивности. Правда единственное индуктивность не должна превышать 20 мкГн. Решаю сделать так: намотать сначала три витка и измерить индуктивность, потом повторить все то же самое но витков уже намотать четыре и потом пять. Затем взять среднее значение полученной магнитной проницаемости и таким образом задача будет решена.

По такому случаю пришлось сделать для АА-330 разъем – щуп с двумя крокодилами. Ну это все легко и просто. А теперь за дело. Все делаю точно по инструкции к прибору. Получаю три результата: три витка = 6 мкГн, четыре витка = 8,4 мкГн и пять витков = 11 мкГн. В итоге получаю три значения магнитной проницаемости и беру среднее арифметическое. Получается примерно 589. Округляю до целого значения и получается 600. Кстати это и соответствует одному из стандартных значений магнитной проницаемости, которые выпускаются на производстве.

Ну а теперь зная магнитную проницаемость ферритового кольца можно рассчитать сколько витков нужно намотать чтобы получить импеданс 1000 Ом на частоте 7 МГц. Снова запускаю калькулятор радиолюбителя, ввожу все данные и получаем результат: 6 -7 витков. Ну и соответственно для сопротивления 2000 Ом потребуется уже намотать 9 витков. Как говориться для ровного счета нужно намотать 10 витков.

Вот такие у меня получились результаты. Как говориться проводить подобные эксперименты и расчеты в домашних условиях это очень замечательно. Понравилось заниматься такой научно-исследовательской работой, и расчетами. Результат который у меня получился как раз соответствует рекомендациям опытных радиолюбителей (которые можно найти на форумах в интернете).  Как говориться здорово что все получается!  

Оригинал записи и комментарии на LiveInternet.ru

Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех

Отсеиваем электрический мусор, поступающий из сети, от электронной аппаратуры


Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для защиты электроаппаратуры от импульсных и высокочастотных помех, норовящих проникнуть в цепь источника первичного электропитания, а также от кратковременных превышений (относительно нормы) напряжения сети.

Ошибочно думать, что классический сетевой трансформатор (ввиду своей низкочастотности) не будет пропускать на вторичную обмотку высокочастотные и импульсные помехи. Будет, причём довольно охотно, особенно когда дело касается синфазных помех. Поэтому, относится ли оборудование к высокочувствительной приёмной технике, или качественной звуковой аппаратуре, сетевой фильтр – это штука весьма полезная и зачастую позволяющая в значительной степени повысить характеристики электронных устройств.
К тому же не следует забывать, что пассивные сетевые фильтры обладают достаточной степенью симметрии, т. е. импульсные и ВЧ помехи, создаваемые радиоэлектронным устройством, обратно в сеть они также не пропускают.

На предыдущей странице мы рассмотрели описание узлов «правильного» подавителя синфазных и дифференциальных помех, осталось лишь скомпоновать всё это дело в конструкцию «правильного» сетевого фильтра.

Рис.1 Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех

Предохранитель F1 и варистор U1 – это защита от высоковольтных перенапряжений в сети. Такие перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор отлично рассеивает высоковольтные импульсные помехи, то в случае длительного аварийного превышения напряжения в розетке (например, появление 380В при обрыве нуля), он не выдерживает мощности и сгорает. Сгорает с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна дополнительная защита плавким предохранителем, рассчитанным на работу с максимальным током нагрузки.

Цепочка R1, R2, C1, C2 представляет собой простейшую ёмкостную схему фильтрации противофазных (дифференциальных) ВЧ помех, наведённых в линии питания. Подавляемые частоты – от 100кГц и выше.

Синфазный дроссель L1, как следует из названия, осуществляет ослабление НЧ синфазных помех, находящихся в диапазоне частот: от десятка до сотен килогерц. Помогают ему в этом деле конденсаторы С3, С4, расширяя полосу шунтирования помех (в том числе и асимметричных) вплоть до десятков мегагерц.

Дроссели L3 L4 с конденсаторным обвесом уменьшают дифференциальные помехи с частотами – от десятков килогерц до десятков мегагерц.

Дроссель L2 – нечастый гость в сетевых фильтрах, однако его отсутствие в трёхпроводной сети открывает прямую дорогу для проникновения синфазных помех из сети на корпус устройства.

Несмотря на кажущуюся простоту, сетевой фильтр, приведённый на Рис.1, обладает высокой надёжностью и эффективностью подавления всех видов импульсных и высокочастотных помех. Однако для обеспечения этой надёжности и эффективности необходимо скрупулёзно позаботиться о выборе требуемых комплектующих.

1. Варистор. На практике для сетевого напряжения 220В лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного (классификационного) напряжения срабатывания. Эти напряжения соответствуют 277 или 305 вольтам действующего значения переменного тока. Вполне оптимальным значением энергии варистора является значение от 80 Дж и выше.

2. Конденсаторы желательно выбрать из числа специализированных, то есть предназначенных для подавления ЭМП. С1, С2, С5, С6 должны быть класса Y2. С3, С4, С7 могут быть класса: как Y2, так и X2.
Если же использовать обычные высоковольтные конденсаторы, то они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение – не менее 630 В.
3. Дроссели – это главные элементы, отвечающие за уровень подавления помех, поэтому их крайне важно выполнить «по уму»!
Значения индуктивностей дросселей приведены на схеме, а выбор размеров сердечников и диаметра провода следует производить исходя из максимального тока (мощности) нагрузки.
Необходимое число витков рассчитывается на любом калькуляторе, исходя из индуктивности, размеров магнитопровода и его магнитной проницаемости.

L1 – это синфазный дроссель, состоящий из двух катушек, намотанных на общий кольцевой ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью (2000…10000). Его индуктивность может находиться в пределах 1,8…5 мГн.
Направление намотки обмоток дросселя – противоположное.

У любого сердечника есть такой параметр, как габаритная мощность, и эта габаритная мощность должна быть не меньше максимальной мощности, потребляемой нагрузкой. Выбрать необходимые размеры сердечника исходя из габаритной мощности можно из таблицы, приведённой на странице – ссылка на страницу
В этой же таблице можно узнать необходимый диаметр обмоточного провода.

Дроссели L3, L4 (в отличие от синфазного дросселя) не содержат противофазных обмоток, компенсирующих разностный магнитный поток, поэтому для них необходимы сердечники с высокой индукцией насыщения! Это могут быть: либо танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров в кольцах с высокой магнитной проницаемостью, либо дроссели, намотанные на обрезках от ферритовых магнитных антенн для радиоприёмников, либо (оптимальный вариант) – дроссели на тороидальных сердечниках из распыленного железа.

В качестве таких сердечников следует использовать смеси, предназначенные для эксплуатации при значительных постоянных токах подмагничивания, в первую очередь смеси: –8, –14, –18, –19, –30, –34,–35, –52, на худой конец, расхожую – 26.
Тут важно понимать, что токи насыщения у всех этих материалов отличаются, однако, в первом приближении – однослойная обмотка, выполненная проводом необходимого для конкретного тока сечения, скорее всего, не приведёт к насыщению магнитопровода.
Диаметр провода намотки аналогичен диаметру провода в синфазном дросселе, а габаритные размеры сердечника, хочешь не хочешь, но также приближаются к размерам магнитопровода в синфазном дросселе.
Рассчитать количество витков для катушек на кольцах Amidon и Micrometals из порошкового железа (в зависимости от номера смеси и необходимой индуктивности) можно странице – ссылка на страницу

Индуктивность дросселя L3 некритична.
Поскольку постоянных токов через дроссель не течёт, то его вполне можно выполнить на низкочастотном ферритовом кольце с высокой магнитной проницаемостью, либо на ферритовой фильтрующей трубке (защёлке) для кабеля.

На кольце следует разместить 10…15 витков провода с диаметром, как минимум вдвое превышающим диаметр фазовых обмоток. На защёлке вполне достаточной окажется обмотка из 3…4 витков. Если необходимого по диаметру провода не находится, то не возбраняется выполнить обмотку двойным проводом.

Всю земляную разводку внутри устройства необходимо выполнить как можно более короткими и «толстыми» проводниками.

 

Расчет дросселя для импульсного блока питания

При повторении импульсных вторичных источников питания и стабилизаторов напряжения или самостоятельной их разработке радиолюбители испытывают трудности при подборе магнито-проводов и расчете индуктивных элементов устройств. Публикуемая статья может помочь в решении таких задач.

В однотактных импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии. Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных феррито-вых магнитопроводах с зазором или кольцах из Мо-пермаллоя МП140 или МП160 [1 — 4]. Магнитопрово-ды из прессованного пермаллоя (Mo-пермаллоя) достаточно дороги и дефицитны. В то же время в большинстве случаев индуктивные элементы таких устройств можно выполнить на широко распространенных кольцах из феррита с проницаемостью 600. . .6000. если в них ввести зазор.

Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле [1]

где AL — так называемый коэффициент индуктивности, N — число витков катушки. Коэффициент AL соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных конкретных магнитопроводов [1 — 4], а для кольцевых магнитопроводов может быть легко рассчитан;

где μo = 1,257-10 -3 мкГн/мм — абсолютная магнитная проницаемость вакуума, μэфф — эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода. Sэфф — эффективная площадь сечения магнитопровода в мм 2 , l эфф — эффективная длина магнито-провода в мм.
Зная величину AL, нетрудно определить число витков катушки для получения необходимой индуктивности:

Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. В табл. 1 в первых пяти столбцах приведены геометрические размеры, эффективные сечение и длина l эфф Для ферритовых колец стандартного ряда с внешним диаметром D от 6 до 50 мм, внутренним d и высотой h [1].

В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов SОKH, периметра сечения р и коэффициента индуктивности AL для μэфф = 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если μэфф используемого кольца отличается от 50, значение AL необходимо пропорционально изменить, например, для μэфф = 2000 коэффициент AL следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения μэфф , Sэфф и l эфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений АL[1]. Поэтому величины AL, взятые из Таблицы 1, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента.
Для этого следует намотать на магнитопроводе пробную катушку, например, из десяти витков и измерить ее индуктивность LПР. Здесь себя хорошо зарекомендовал прибор, описанный в [5]. Разделив LПР на 100 = 10 2 , определим значение AL. Расчетное значение N следует увеличить на несколько витков (до N1), по результату измерения L1 уточнить необходимое число витков , и отмотать лишние витки.

Описанным выше образом можно рассчитать индуктивность катушки или необходимое число витков. Однако, как только речь заходит о дросселях для импульсных источников питания, сразу возникает вопрос, какой ток может выдержать дроссель без насыщения магнитопровода?
Магнитная индукция В в магнитопроводе при токе I может быть рассчитана по формуле

Максимально допустимая индукция Втах для материалов магнитопроводов приводится в справочных данных и лежит в пределах 0, 25. ..0,5 Тл. Из этой формулы несложно получить выражение для максимального тока дросселя:

Если в нее подставить формулу для определения числа витков по заданной индуктивности, получим

где /эфф = Sэфф lэфф— эффективный объем магнитопровода. Нетрудно видеть, что чем выше μэфф, тем меньший ток может пропустить дроссель при тех же геометрических размерах магнитопровода и заданной индуктивности. Более или менее приемлемые результаты при изготовлении дросселей для ИВЭП получаются при μэфф = 30. 50. Именно поэтому в Таблице 1 значение коэффициента AL приведено для μэфф = 50. В той же таблице приведено максимальное значение тока lmax через дроссель с одним витком при Вmax = 0,3 Тл. Для определения допустимого тока реального дросселя достаточно табличное значение lmax разделить на число витков N.

Однако в радиолюбительской практике более доступны кольцевые магнитопроводы с большими значениями эффективной магнитной проницаемости μэфф = 600. 6000. Понизить эффективную магнитную проницаемость таких магнитопроводов можно введением зазора, при этом

где μнач — начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода, Δэфф — эффективная ширина зазора. При реальной ширине зазора μэфф = lэффэфф. Для того, чтобы снизить μэфф примерно до 50. . . 100 (это значение исходя из опыта расчета и изготовления дросселей близко к оптимальному), эффективная ширина зазора должна составлять Δэфф = lэфф/(50. 100) независимо от начальной магнитной проницаемости магнитопровода.
Если в вышеприведенную формулу для расчета AL подставить значение μэфф для магнитопровода с зазором,получим


Еще более простой получается формула для максимального тока через дроссель

т. е. допустимый ток определяется только эффективным зазором и числом витков.

Почти все приведенные выше формулы уже были опубликованы в журнале «Схемотехника» [4], однако ни в одной из известных автору статьи публикаций не отмечено, что эффективная ширина зазора, которую надо применять в расчетах, меньше геометрической. Это различие возникает из-за того, что магнитное поле, существующее рядом с зазором (Рис. 1), шунтирует зазор и уменьшает его эффективную ширину. Для того, чтобы рассчитать влияние этого поля, можно обратиться к аналогии между магнитным и электрическим полями. Воспользуемся формулой для емкости конденсатора из двух цилиндров с близко расположенными торцами [6]:

где С — емкость конденсатора в сантиметрах, D— диаметр цилиндров, b — их высота, d — зазор между их торцами.

Нетрудно заметить, что первое слагаемое соответствует емкости зазора между цилиндрами, а второе— емкости, вносимой боковыми поверхностями цилиндров. Будем считать, что высота цилиндров равна их удвоенному диаметру b = 2D. Это означает, что мы учтем только емкость ближайшей к зазору части боковой поверхности цилиндров, пренебрегая дальней. Расчеты при длине цилиндров в 3 или 4 диаметра дают практически тот же результат.
Для того, чтобы в дальнейшем перейти от емкости между цилиндрами к емкости между прямоугольными брусками (а это по форме ближе к сечению ферритового кольца), будем считать, что емкость, вносимая боковыми поверхностями, пропорциональна периметру зазора, и выразим в этой формуле диаметр цилиндров через периметр р их кругового сечения:

высота цилиндров b = 2D = 2р/тг.

Если в формулу для емкости подставить эти выражения, можно определить из нее отношение полной емкости к емкости между торцами в функции от отношения зазора к периметру цилиндров β = d/b. Формула эта, однако, получается довольно громоздкой и неудобной для применения.

Обозначим буквой а отношение эффективного зазора, обеспечивающего без емкости боковых поверхностей ту же емкость, что и емкость между торцами с учетом емкости боковых поверхностей, к геометрическому. На Рис. 2 приведена расчетная зависимость а от β. Из подобия уравнений, описывающих электрическое и магнитное поле, следует, что аналогично выглядит и зависимость отношения эффективного магнитного зазора к геометрическому от отношения геометрического магнитного зазора к периметру.

Из графика на Рис. 2 следует, что эффективная ширина зазора может существенно отличаться от геометрической. В реальном диапазоне β составляет от 0,01 до 0,1 эффективная ширина зазора меньше геометрической в 1,26. 2,66 раза.

В Таблице 1 приведены значения AL для кольцевых магнитопроводов с четырьмя различными зазорами, рассчитанные с учетом отличия эффективного зазора от геометрического.
Вышесказанное позволяет сделать вывод, что необходимые число витков и зазор практически не зависят от начальной магнитной проницаемости материала магнитопровода, и поэтому можно применить ферриты с любой проницаемостью, большей 600. Для любого имеющегося кольца с табличным зазором по значению AL нетрудно вычислить индуктивность или необходимое число витков и рассчитав β = Δ/р, по графику (рис. 2) определить значение а = Δэфф /р и Δэфф = ap. По найденному значению Δэфф и приведенной ранее формуле можно найти максимальный ток, не вызывающий насыщения сердечника.

Однако существует еще одно обстоятельство, влияющее на выбор магнитопровода — возможность намотки на него требуемого числа витков проводом соответствующего сечения. Необходимая площадь окна кольца составляет

Sокн = NSпровзап
где Sпров — сечение провода, а kзап — коэффициент заполнения окна. Расчет Sпров производят по формуле Sпров = l/j . где j — допустимая плотность тока. Типовое значение kзап по меди составляет 0,3, а для j при начальном расчете принимают значение 2,5 А/мм2.

Подставив в формулу для расчета площади окна выражения для N и АL, получим следующую формулу:
I 2 L = (Sокнjkзап) 2 μSэффэфф
Подобное выражение можно получить и из формулы для максимального тока, который можно пропустить через дроссель без насыщения сердечника:
I 2 L = Bmax 2 Sэфф lэфф ( μ μэфф )

Однозначного расчета конструктивных параметров дросселя по заданной индуктивности и току не существует. Однако при подборе кольца и определении данных обмотки могут помочь последние восемь колонок табл. 1 . В них приведены максимальные значения произведения l 2 L по насыщению и по заполнению, рассчитанные по приведенным выше формулам для Вmах = 0,3 Тл, kзan = 0,3, j = 2,5 А/мм 2 и четырех значений зазора.

Подбор колец и расчет конструктивных параметров дросселей продемонстрируем на двух примерах.
Пусть необходим дроссель индуктивностью 22 мкГн на рабочий ток 1,2 А. Для него значение l 2 L = 1,22х22 = 31,68. Среди колец минимального диаметра первым почти подходит кольцо К10x6x4,5. При введении в него зазора 0,25 мм имеем возможность намотать дроссель с большим запасом по току (Таблица 1, колонка «нас»), но с некоторым превышением плотности тока относительно 2,5 А/мм 2 (колонка «зап.»).

Определим параметры дросселя при зазоре 0,25 мм. Для него коэффициент индуктивности по Таблице 1 составит AL = 0,064, необходимое число витков

(округляем до 19), допустимый ток Для I = 1,2 А при j = 2,5 А/мм2 необходим провод сечением
Sпров = I/j = 1,2/2,5 = 0,48mm 2
При коэффициенте заполнения kзап = 0,3 необходимая площадь окна составит

Площадь окна по Таблице 1 составляет 28,3 мм 2 , что несколько меньше. Необходимо за счет увеличения плотности тока уменьшить сечение провода до
Sпров = Sокн kзап/N = 28,3×0,3/19 = 0,446 мм 2

Плотность тока составит j = I/Sпров = 1,2/0,446 = =2,68 А/мм 2 , что вполне допустимо. Диаметр провода указанного сечения (по меди) можно рассчитать по формуле:

Пусть необходим дроссель 88 мкГн на ток 1,25 А. Для него l 2 L = 137,5. Дроссель можно намотать на кольце К12x6x4,5 с тем же зазором, при этом насыщения магнитопровода происходить не будет, но плотность тока существенно превысит норму. Поэтому необходимо перейти к кольцу большего размера. В распоряжении автора были кольца К12x8x3 из феррита М4000НМ. На одном кольце невозможно намотать необходимый дроссель, ни по насыщению сердечника, ни по заполнению окна. Можно сложить два кольца вместе. В этом случае эффективное сечение магнитопровода увеличивается в два раза, а допустимые значения l 2 L вырастут по насыщению несколько более, а по заполнению несколько менее, чем в два раза. Поэтому необходимый дроссель при геометрическом зазоре 0,25 мм можно намотать с запасом по току насыщения и с небольшим превышением плотности тока.

Только табличными сведениями теперь не обойтись, необходим полный расчет. Для двух колец периметр сечения (при зазоре 0,25 мм):
р = D-d+4xh = 12-8+4×3 = 16 мм,
β=Δ/р = 0,25/16 = 0,0156.

По графику на Рис. 2 находим а = 0,73, откуда эффективный зазор
Δэфф = Δа = 0,25×0,73 = 0,183 мм.

Найденное значение
AL= μSэффэфф = 1,257х10 -3 х2х5,92/0,183 = 0,081

Необходимое число витков

округляем в большую сторону до 33 витков. Максимальный ток через дроссель
lmax = 240 Δэфф /N = 240×0,183/33 = 1,33 А.

Максимальное сечение провода
Sпров = Sокн kзап/N = 50,3×0,3/33 = 0,457 мм 2 ,
что соответствует плотности тока 1,25/0,457 = 2,74 А/мм 2 . Сечению Sпров = 0,457 мм 2 соответствует диаметр:

Иногда удобнее ввести два одинаковых зазора. В этом случае табличное значение AL для половинного зазора следует уменьшить в два раза, а табличное значение I 2 L для половинного зазора — удвоить.
Технология введения зазора такова. Небольшое кольцо перед намоткой разломить на две части, надпилив его надфилем, лучше алмазным. Половинки склеивают между собой эпоксидным клеем с наполнителем, в качестве которого удобно использовать тальк. При склеивании в один из зазоров или в оба на часть глубины вводят прокладку из гетинакса, текстолита или нескольких слоев бумаги. Можно считать, что толщина одного листа бумаги для ксероксов и лазерных принтеров составляет 0,1 мм. Для сохранения формы кольца в процессе полимеризации клея оно должно лежать на обрезке органического стекла, от которого затем легко отделяется при изгибе этого обрезка. Перед намоткой острые грани колец следует тщательно скруглить небольшим наждачным камнем.

У большого кольца зазор можно также выполнить ножовкой с алмазным полотном, однако его ширина при этом однозначно определяется толщиной полотна. В такой зазор для сохранения прочности кольца следует вклеить прокладку из жесткого диэлектрика.
Для экспериментальной проверки тока насыщения дросселей автором была изготовлена приставка к осциллографу, схема которой приведена на Рис. 3. Устройство представляет собой упрощенный вариант обратноходового преобразователя.

На микросхеме DD1 собран генератор импульсов положительной полярности длительностью, регулируемой в пределах 10. 300 мкс с периодом повторения около 10 мс. Импульсы с его выхода поданы на затвор мощного, но низковольтного и относительно недорогого полевого транзистора VT2. Транзистор открывается и через проверяемую катушку индуктивности L1 начинает течь линейно нарастающий ток. Когда импульс заканчивается, накопленная энергия передается через диод VD2 в нагрузку, которой служат стабилитроны VD3 и VD4. Напряжение с резистора R7, пропорциональное току через катушку L1, подается на осциллограф. Для синхронизации осциллографа лучше использовать сигнал с выхода DD1.4. Если ток превысит 6А, откроется транзистор VT1 и оборвет формирование импульса. Пока сердечник катушки не входит в насыщение, зависимость тока от времени, как указывалось выше, носит линейный характер. При плавном увеличении длительности импульсов и подходе максимального тока через дроссель к току насыщения на экране осциллографа хорошо видно резкое отклонение зависимости от линейной. Источник напряжением 20 В должен допускать выходной ток не менее 1 А. Для упрощения пользования приставкой можно цепь +6 В питать от цепи +20 В через микросхемный стабилизатор КР145ЕН5Б(Г), либо КР1157ЕН6 с любыми суффиксами (7806 или 78L06). Экспериментальная проверка изготовленных дросселей подтвердила точность расчета необходимого числа витков и тока насыщения порядка ±10 %, что можно считать неплохим результатом, учитывая ошибки установки ширины зазора и множество допущений при выводе формул

Литература:
1. И. Н. Сидоров, А. А. Христинин, С. В. Скорняков. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. Справочник.— М.: Радио и связь, 1989, с. .384,
2. А. Миронов. Магнитные материалы и магнитопроводы для импульсных источников питания.— Радио, 2000, №6, с. 53, 54.
3. Ферритовые магнитопроводы серии RM фирмы EPCOS. — Радио, 2001, №3, с. 49—51, №10, с. 48—50.
4. А. Кузнецов. Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания. — Схемотехника, 2000, №1, с. 30—33, №2, с. 48, 49, 2001, №1, с. 32—34.
5. С. Бирюков. Цифровой измеритель RCL. — Радио, 1996, №3, с. 38—41, №7, с. 62, 1997, №7, с. 32, 1998, №5, с. 63, 2001, №5, с. 44.
6. Г. Г. Гинкин. Справочник по радиотехнике. Изд. 4-е, переработанное. — М.: Госэнергоиздат, 1948, с. 816.

При повторении импульсных вторичных источников питания и стабилизаторов напряжения или самостоятельной их разработке радиолюбители испытывают трудности при подборе магнито-проводов и расчете индуктивных элементов устройств. Публикуемая статья может помочь в решении таких задач.

В однотактных импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии. Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных феррито-вых магнитопроводах с зазором или кольцах из Мо-пермаллоя МП140 или МП160 [1 — 4]. Магнитопрово-ды из прессованного пермаллоя (Mo-пермаллоя) достаточно дороги и дефицитны. В то же время в большинстве случаев индуктивные элементы таких устройств можно выполнить на широко распространенных кольцах из феррита с проницаемостью 600. . .6000. если в них ввести зазор.

Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле [1]

где AL — так называемый коэффициент индуктивности, N — число витков катушки. Коэффициент AL соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных конкретных магнитопроводов [1 — 4], а для кольцевых магнитопроводов может быть легко рассчитан;

где μo = 1,257-10 -3 мкГн/мм — абсолютная магнитная проницаемость вакуума, μэфф — эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода. Sэфф — эффективная площадь сечения магнитопровода в мм 2 , l эфф — эффективная длина магнито-провода в мм.
Зная величину AL, нетрудно определить число витков катушки для получения необходимой индуктивности:

Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. В табл. 1 в первых пяти столбцах приведены геометрические размеры, эффективные сечение и длина l эфф Для ферритовых колец стандартного ряда с внешним диаметром D от 6 до 50 мм, внутренним d и высотой h [1].

В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов SОKH, периметра сечения р и коэффициента индуктивности AL для μэфф = 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если μэфф используемого кольца отличается от 50, значение AL необходимо пропорционально изменить, например, для μэфф = 2000 коэффициент AL следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения μэфф , Sэфф и l эфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений АL[1]. Поэтому величины AL, взятые из Таблицы 1, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента.
Для этого следует намотать на магнитопроводе пробную катушку, например, из десяти витков и измерить ее индуктивность LПР. Здесь себя хорошо зарекомендовал прибор, описанный в [5]. Разделив LПР на 100 = 10 2 , определим значение AL. Расчетное значение N следует увеличить на несколько витков (до N1), по результату измерения L1 уточнить необходимое число витков , и отмотать лишние витки.

Описанным выше образом можно рассчитать индуктивность катушки или необходимое число витков. Однако, как только речь заходит о дросселях для импульсных источников питания, сразу возникает вопрос, какой ток может выдержать дроссель без насыщения магнитопровода?
Магнитная индукция В в магнитопроводе при токе I может быть рассчитана по формуле

Максимально допустимая индукция Втах для материалов магнитопроводов приводится в справочных данных и лежит в пределах 0, 25. ..0,5 Тл. Из этой формулы несложно получить выражение для максимального тока дросселя:

Если в нее подставить формулу для определения числа витков по заданной индуктивности, получим

где /эфф = Sэфф lэфф— эффективный объем магнитопровода. Нетрудно видеть, что чем выше μэфф, тем меньший ток может пропустить дроссель при тех же геометрических размерах магнитопровода и заданной индуктивности. Более или менее приемлемые результаты при изготовлении дросселей для ИВЭП получаются при μэфф = 30. 50. Именно поэтому в Таблице 1 значение коэффициента AL приведено для μэфф = 50. В той же таблице приведено максимальное значение тока lmax через дроссель с одним витком при Вmax = 0,3 Тл. Для определения допустимого тока реального дросселя достаточно табличное значение lmax разделить на число витков N.

Однако в радиолюбительской практике более доступны кольцевые магнитопроводы с большими значениями эффективной магнитной проницаемости μэфф = 600. 6000. Понизить эффективную магнитную проницаемость таких магнитопроводов можно введением зазора, при этом

где μнач — начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода, Δэфф — эффективная ширина зазора. При реальной ширине зазора μэфф = lэффэфф. Для того, чтобы снизить μэфф примерно до 50. . . 100 (это значение исходя из опыта расчета и изготовления дросселей близко к оптимальному), эффективная ширина зазора должна составлять Δэфф = lэфф/(50. 100) независимо от начальной магнитной проницаемости магнитопровода.
Если в вышеприведенную формулу для расчета AL подставить значение μэфф для магнитопровода с зазором,получим


Еще более простой получается формула для максимального тока через дроссель

т. е. допустимый ток определяется только эффективным зазором и числом витков.

Почти все приведенные выше формулы уже были опубликованы в журнале «Схемотехника» [4], однако ни в одной из известных автору статьи публикаций не отмечено, что эффективная ширина зазора, которую надо применять в расчетах, меньше геометрической. Это различие возникает из-за того, что магнитное поле, существующее рядом с зазором (Рис. 1), шунтирует зазор и уменьшает его эффективную ширину. Для того, чтобы рассчитать влияние этого поля, можно обратиться к аналогии между магнитным и электрическим полями. Воспользуемся формулой для емкости конденсатора из двух цилиндров с близко расположенными торцами [6]:

где С — емкость конденсатора в сантиметрах, D— диаметр цилиндров, b — их высота, d — зазор между их торцами.

Нетрудно заметить, что первое слагаемое соответствует емкости зазора между цилиндрами, а второе— емкости, вносимой боковыми поверхностями цилиндров. Будем считать, что высота цилиндров равна их удвоенному диаметру b = 2D. Это означает, что мы учтем только емкость ближайшей к зазору части боковой поверхности цилиндров, пренебрегая дальней. Расчеты при длине цилиндров в 3 или 4 диаметра дают практически тот же результат.
Для того, чтобы в дальнейшем перейти от емкости между цилиндрами к емкости между прямоугольными брусками (а это по форме ближе к сечению ферритового кольца), будем считать, что емкость, вносимая боковыми поверхностями, пропорциональна периметру зазора, и выразим в этой формуле диаметр цилиндров через периметр р их кругового сечения:

высота цилиндров b = 2D = 2р/тг.

Если в формулу для емкости подставить эти выражения, можно определить из нее отношение полной емкости к емкости между торцами в функции от отношения зазора к периметру цилиндров β = d/b. Формула эта, однако, получается довольно громоздкой и неудобной для применения.

Обозначим буквой а отношение эффективного зазора, обеспечивающего без емкости боковых поверхностей ту же емкость, что и емкость между торцами с учетом емкости боковых поверхностей, к геометрическому. На Рис. 2 приведена расчетная зависимость а от β. Из подобия уравнений, описывающих электрическое и магнитное поле, следует, что аналогично выглядит и зависимость отношения эффективного магнитного зазора к геометрическому от отношения геометрического магнитного зазора к периметру.

Из графика на Рис. 2 следует, что эффективная ширина зазора может существенно отличаться от геометрической. В реальном диапазоне β составляет от 0,01 до 0,1 эффективная ширина зазора меньше геометрической в 1,26. 2,66 раза.

В Таблице 1 приведены значения AL для кольцевых магнитопроводов с четырьмя различными зазорами, рассчитанные с учетом отличия эффективного зазора от геометрического.
Вышесказанное позволяет сделать вывод, что необходимые число витков и зазор практически не зависят от начальной магнитной проницаемости материала магнитопровода, и поэтому можно применить ферриты с любой проницаемостью, большей 600. Для любого имеющегося кольца с табличным зазором по значению AL нетрудно вычислить индуктивность или необходимое число витков и рассчитав β = Δ/р, по графику (рис. 2) определить значение а = Δэфф /р и Δэфф = ap. По найденному значению Δэфф и приведенной ранее формуле можно найти максимальный ток, не вызывающий насыщения сердечника.

Однако существует еще одно обстоятельство, влияющее на выбор магнитопровода — возможность намотки на него требуемого числа витков проводом соответствующего сечения. Необходимая площадь окна кольца составляет

Sокн = NSпровзап
где Sпров — сечение провода, а kзап — коэффициент заполнения окна. Расчет Sпров производят по формуле Sпров = l/j . где j — допустимая плотность тока. Типовое значение kзап по меди составляет 0,3, а для j при начальном расчете принимают значение 2,5 А/мм2.

Подставив в формулу для расчета площади окна выражения для N и АL, получим следующую формулу:
I 2 L = (Sокнjkзап) 2 μSэффэфф
Подобное выражение можно получить и из формулы для максимального тока, который можно пропустить через дроссель без насыщения сердечника:
I 2 L = Bmax 2 Sэфф lэфф ( μ μэфф )

Однозначного расчета конструктивных параметров дросселя по заданной индуктивности и току не существует. Однако при подборе кольца и определении данных обмотки могут помочь последние восемь колонок табл. 1 . В них приведены максимальные значения произведения l 2 L по насыщению и по заполнению, рассчитанные по приведенным выше формулам для Вmах = 0,3 Тл, kзan = 0,3, j = 2,5 А/мм 2 и четырех значений зазора.

Подбор колец и расчет конструктивных параметров дросселей продемонстрируем на двух примерах.
Пусть необходим дроссель индуктивностью 22 мкГн на рабочий ток 1,2 А. Для него значение l 2 L = 1,22х22 = 31,68. Среди колец минимального диаметра первым почти подходит кольцо К10x6x4,5. При введении в него зазора 0,25 мм имеем возможность намотать дроссель с большим запасом по току (Таблица 1, колонка «нас»), но с некоторым превышением плотности тока относительно 2,5 А/мм 2 (колонка «зап.»).

Определим параметры дросселя при зазоре 0,25 мм. Для него коэффициент индуктивности по Таблице 1 составит AL = 0,064, необходимое число витков

(округляем до 19), допустимый ток Для I = 1,2 А при j = 2,5 А/мм2 необходим провод сечением
Sпров = I/j = 1,2/2,5 = 0,48mm 2
При коэффициенте заполнения kзап = 0,3 необходимая площадь окна составит

Площадь окна по Таблице 1 составляет 28,3 мм 2 , что несколько меньше. Необходимо за счет увеличения плотности тока уменьшить сечение провода до
Sпров = Sокн kзап/N = 28,3×0,3/19 = 0,446 мм 2

Плотность тока составит j = I/Sпров = 1,2/0,446 = =2,68 А/мм 2 , что вполне допустимо. Диаметр провода указанного сечения (по меди) можно рассчитать по формуле:

Пусть необходим дроссель 88 мкГн на ток 1,25 А. Для него l 2 L = 137,5. Дроссель можно намотать на кольце К12x6x4,5 с тем же зазором, при этом насыщения магнитопровода происходить не будет, но плотность тока существенно превысит норму. Поэтому необходимо перейти к кольцу большего размера. В распоряжении автора были кольца К12x8x3 из феррита М4000НМ. На одном кольце невозможно намотать необходимый дроссель, ни по насыщению сердечника, ни по заполнению окна. Можно сложить два кольца вместе. В этом случае эффективное сечение магнитопровода увеличивается в два раза, а допустимые значения l 2 L вырастут по насыщению несколько более, а по заполнению несколько менее, чем в два раза. Поэтому необходимый дроссель при геометрическом зазоре 0,25 мм можно намотать с запасом по току насыщения и с небольшим превышением плотности тока.

Только табличными сведениями теперь не обойтись, необходим полный расчет. Для двух колец периметр сечения (при зазоре 0,25 мм):
р = D-d+4xh = 12-8+4×3 = 16 мм,
β=Δ/р = 0,25/16 = 0,0156.

По графику на Рис. 2 находим а = 0,73, откуда эффективный зазор
Δэфф = Δа = 0,25×0,73 = 0,183 мм.

Найденное значение
AL= μSэффэфф = 1,257х10 -3 х2х5,92/0,183 = 0,081

Необходимое число витков

округляем в большую сторону до 33 витков. Максимальный ток через дроссель
lmax = 240 Δэфф /N = 240×0,183/33 = 1,33 А.

Максимальное сечение провода
Sпров = Sокн kзап/N = 50,3×0,3/33 = 0,457 мм 2 ,
что соответствует плотности тока 1,25/0,457 = 2,74 А/мм 2 . Сечению Sпров = 0,457 мм 2 соответствует диаметр:

Иногда удобнее ввести два одинаковых зазора. В этом случае табличное значение AL для половинного зазора следует уменьшить в два раза, а табличное значение I 2 L для половинного зазора — удвоить.
Технология введения зазора такова. Небольшое кольцо перед намоткой разломить на две части, надпилив его надфилем, лучше алмазным. Половинки склеивают между собой эпоксидным клеем с наполнителем, в качестве которого удобно использовать тальк. При склеивании в один из зазоров или в оба на часть глубины вводят прокладку из гетинакса, текстолита или нескольких слоев бумаги. Можно считать, что толщина одного листа бумаги для ксероксов и лазерных принтеров составляет 0,1 мм. Для сохранения формы кольца в процессе полимеризации клея оно должно лежать на обрезке органического стекла, от которого затем легко отделяется при изгибе этого обрезка. Перед намоткой острые грани колец следует тщательно скруглить небольшим наждачным камнем.

У большого кольца зазор можно также выполнить ножовкой с алмазным полотном, однако его ширина при этом однозначно определяется толщиной полотна. В такой зазор для сохранения прочности кольца следует вклеить прокладку из жесткого диэлектрика.
Для экспериментальной проверки тока насыщения дросселей автором была изготовлена приставка к осциллографу, схема которой приведена на Рис. 3. Устройство представляет собой упрощенный вариант обратноходового преобразователя.

На микросхеме DD1 собран генератор импульсов положительной полярности длительностью, регулируемой в пределах 10. 300 мкс с периодом повторения около 10 мс. Импульсы с его выхода поданы на затвор мощного, но низковольтного и относительно недорогого полевого транзистора VT2. Транзистор открывается и через проверяемую катушку индуктивности L1 начинает течь линейно нарастающий ток. Когда импульс заканчивается, накопленная энергия передается через диод VD2 в нагрузку, которой служат стабилитроны VD3 и VD4. Напряжение с резистора R7, пропорциональное току через катушку L1, подается на осциллограф. Для синхронизации осциллографа лучше использовать сигнал с выхода DD1.4. Если ток превысит 6А, откроется транзистор VT1 и оборвет формирование импульса. Пока сердечник катушки не входит в насыщение, зависимость тока от времени, как указывалось выше, носит линейный характер. При плавном увеличении длительности импульсов и подходе максимального тока через дроссель к току насыщения на экране осциллографа хорошо видно резкое отклонение зависимости от линейной. Источник напряжением 20 В должен допускать выходной ток не менее 1 А. Для упрощения пользования приставкой можно цепь +6 В питать от цепи +20 В через микросхемный стабилизатор КР145ЕН5Б(Г), либо КР1157ЕН6 с любыми суффиксами (7806 или 78L06). Экспериментальная проверка изготовленных дросселей подтвердила точность расчета необходимого числа витков и тока насыщения порядка ±10 %, что можно считать неплохим результатом, учитывая ошибки установки ширины зазора и множество допущений при выводе формул

Литература:
1. И. Н. Сидоров, А. А. Христинин, С. В. Скорняков. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. Справочник.— М.: Радио и связь, 1989, с. .384,
2. А. Миронов. Магнитные материалы и магнитопроводы для импульсных источников питания.— Радио, 2000, №6, с. 53, 54.
3. Ферритовые магнитопроводы серии RM фирмы EPCOS. — Радио, 2001, №3, с. 49—51, №10, с. 48—50.
4. А. Кузнецов. Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания. — Схемотехника, 2000, №1, с. 30—33, №2, с. 48, 49, 2001, №1, с. 32—34.
5. С. Бирюков. Цифровой измеритель RCL. — Радио, 1996, №3, с. 38—41, №7, с. 62, 1997, №7, с. 32, 1998, №5, с. 63, 2001, №5, с. 44.
6. Г. Г. Гинкин. Справочник по радиотехнике. Изд. 4-е, переработанное. — М.: Госэнергоиздат, 1948, с. 816.

Очень часто у начинающих радиолюбителей возникает необходимость рассчитать дроссель на ферритовом сердечнике для импульсного источника питания, либо для другой цепи в которой циркулируют значительные токи. При этом, погуглив по запросу «расчет индуктивности на ферритовом кольце», с большой вероятностью он попадет на наш онлайн-калькулятор. Воспользовавшись этим калькулятором или самой программой Coil32 для расчета индуктивности дросселя, радиолюбитель чаще всего приходит к результатам не совпадающим ни со справочной литературой по расчету импульсных силовых цепей, ни с реальностью ( пример обсуждения подобной ситуации на форуме ). Дело может даже закончиться выгоранием транзисторов и прочих мосфетов и проклятиями в адрес разработчиков Coil32. В чем же дело? Давайте разберемся…

Причина кроется в том, что начинающие радиолюбители часто либо не знают, либо имеют упрощенный взгляд на особенности намагничивания феррита. Вот мы взяли сердечник, засунули его в катушку и ее индуктивность возросла на величину относительной магнитной проницаемости сердечника. Верно? Верно, да не совсем! Один только факт, что для описания свойств феррита существует несколько магнитных проницаемостей, говорит, что не все так однозначно. Магнитные свойства феррита наиболее полно описываются семейством так называемых кривых намагничивания, иначе называемых «петля гистерезиса». Как происходит процесс намагничивания/размагничивания феррита, что такое остаточная индукция Br, коэрцитивная сила Hc, индукция насыщения, предельная петля гистерезиса [1] и т.д. уже достаточно подробно описано и вы можете прочитать об этом по ссылкам в конце статьи. Мы же остановимся здесь на том, как меняется магнитная проницаемость сердечника в процессе его перемагничивания, поскольку этот параметр использует для расчетов Coil32. Вот неполный список понятий магнитной проницаемости в котором начинающему радиолюбителю не грех и запутаться:

  • Относительная и абсолютная магнитная проницаемость. По сути различаются только множителем µ = 4π*10 -7 ., который реально согласует в системе СИ единицы измерения в электромагнетизме и единицы длины и условно именуется как магнитная проницаемость вакуума или магнитная постоянная.
  • В общем случае величина относительной магнитной проницаемости пропорциональна наклону касательной к кривой намагничивания в данной точке. Эта величина называется дифференциальной магнитной проницаемостью. Она не постоянна и динамически меняется при движении по кривой намагничивания.
  • Начальная магнитная проницаемость µi характеризуется наклоном начальной кривой намагничивания [0] в начале координат. Обычно эта величина приводится в справочниках.
  • Максимальная магнитная проницаемость µmax. При намагничивании феррита его магнитная проницаемость растет, достигая некоторого максимума, а затем начинает уменьшаться. Величина максимальной магнитной проницаемости обычно в разы больше начальной. Также можно найти в справочниках по ферритам.
  • Динамическая магнитная проницаемость. Характеризует насколько возрастет индуктивное сопротивление переменному току у катушки, если воздух вокруг нее заменить на наш феррит. Т.е. как раз то, что нас интересует. Если феррит помещен в относительно слабое переменное магнитное поле, не загоняющее его в предельную петлю гистерезиса, то его петлю перемагничивания (частную петлю гистерезиса) можно приближенно представить как эллипс. Тогда с достаточным приближением можно считать, что динамическая магнитная проницаемость характеризуется наклоном большой оси этого эллипса.
  • Эффективная магнитная проницаемость. Это величина относится не к самому ферриту, а к сердечнику из него с разомкнутой магнитной цепью.

При слабых полях, без подмагничивания постоянным током (важно!), феррит перемагничивается условно по кривой [3] и в этом случае величина динамической магнитной проницаемости близка к величине начальной магнитной проницаемости феррита. Поэтому в слаботочных цепях с относительно небольшой погрешностью при расчетах можно использовать величину начальной магнитной проницаемости, что и делает наш онлайн калькулятор и программа Coil32.

Другое дело силовой дроссель в импульсной схеме питания. Ферриты широкого применения имеют относительно низкое значение индукции насыщения (около 0.3Т), поэтому в цепи силового ключа дроссель переключается между максимальным значением поля, когда он почти заходит в режим насыщения и нулевым значением поля, когда он размагничивается до величины остаточной индукции (кривая [4]). Как мы видим наклон большой оси эллипса 4 намного меньше чем у эллипса 3. Другими словами магнитная проницаемость сердечника в таком режиме значительно снижается. Ситуация усугубляется если сердечник дросселя кроме того подмагничивается постоянным током (кривая [5]). Предельная петля гистерезиса реального феррита более прямоугольна, чем на нашем схематическом рисунке и, в итоге, динамическая магнитная проницаемость силового дросселя на ферритовом кольце падает до единиц. Будто бы феррита и нет совсем! В итоге, индуктивное сопротивление дросселя падает, ток резко возрастает (что ведет еще к большему уменьшению µ!), ключевой транзистор греется и выходит из строя. А расчеты из Coil32 для такого дросселя дают абсолютно неверный результат. Ведь мы использовали при расчете начальную магнитную проницаемость, а в реальной схеме она на два-три порядка меньше. В такую же ситуацию вы попадете, если измерите относительную магнитную проницаемость кольца методом пробной намотки, ведь прибор, измеряющий индуктивность, также является слаботочным устройством.

Выходом из ситуации является использование ферритового сердечника с разорванной магнитной цепью. В случае ферритового кольца, его приходится ломать пополам и потом склеивать с зазором. Предельная петля гистерезиса такого сердечника становится более пологой [2], остаточная индукция значительно меньше [B’r], эффективная магнитная проницаемость тоже меньше, чем у сердечника без зазора. Однако при этом, кривая перемагничивания [6] показывает, что динамическая магнитная проницаемость у такого дросселя намного выше, чем у аналогичного, но с сердечником без зазора. Реально она имеет величину порядка 50..100 и слабо зависит от величины начальной магнитной проницаемости феррита. Coil32 такой дроссель также не в состоянии правильно рассчитать, поскольку не учитывает немагнитный зазор. Другим выходом из ситуации является применение специальных колец для силовых дросселей из распыленного железа, Iron Powder (это не феррит). Именно такие кольца можно найти в импульсных блоках питания и на материнских платах компьютеров. «Зазор» в таком кольце как бы размазан по всему его объему.

Вывод. Программа Coil32 рассчитывает только слаботочные катушки на ферритовых кольцах, работающие в слабых полях. Для расчета силовых дросселей необходимо применять совершенно другую методику, в чем вам могут помочь следующие ссылки:

  1. КАК ЖЕ РАБОТАЮТ ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ – физические законы по которым работают трансформаторы и дроссели, петля гистерезиса, основные формулы.
  2. Трансформаторы и дроссели для ИИП – формулы и таблицы для расчета дросселей и трансформаторов импульсных источников питания.
  3. Сердечники из распылённого железа (IronPowder) – таблицы параметров сердечников из порошкового железа.
  4. Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах – таблицы и формулы для расчета дросселя на кольце из феррита широкого применения.
  5. РАСЧЁТ ДРОССЕЛЯ – В.Я. Володин. Изложена оригинальная методика расчетов силовых дросселей как на стальных, так и на ферритовых сердечниках. Приведены формулы расчетов и примеры.
  6. Силовая электроника для любителей и профессионалов Б.Ю. Семенов 2001 – Доступным языком рассказывается о проектировании импульсных устройств питания. (Выбор магнитных материалов, расчет дросселей и трансформаторов, «Зачем нужен этот зазор?», MOSFET, IGBT, чоппер, бустер и т.п.) Практические примеры конструкций и расчетов.
  7. Параметры ферритов широкого применения – справочная таблица основных характеристик.

Coil32 — Калькулятор ферритового торроида

Детали
Просмотров: 70892

Для работы калькулятора на этой странице необходимо включить JavaScript в вашем браузере!


Здесь вы можете увидеть формулы, которые калькулятор использует для расчета индуктивности.Онлайн-калькулятор по диаметру провода определяет его длину и возможность укладки по внутреннему диаметру тороида. В этом калькуляторе следует использовать внешний диаметр провода (с изоляцией). Вы можете загрузить кросс-платформенное приложение Coil64 для расчета катушки индуктивности ферритового тороида в автономном режиме. Вот калькулятор ферритовых тороидальных сердечников Amidon и калькулятор ферритовых тороидальных сердечников Amidon .

Для правильного расчета на радиочастотах необходимо использовать действительную часть комплексной магнитной проницаемости мк’ феррита в качестве относительной магнитной проницаемости мк r .Это значение зависит от материала феррита и частоты. На низких частотах, при условии работы катушки в слабых полях, можно использовать начальную проницаемость μ i . Эти параметры можно найти в даташитах производителя.

 


ВВЕДИТЕ ВВОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Выберите единицы измерения:  мм/см мил/дюйм  AWG → 0000000000123456781213141516171819202122232425262728293031323334353637383940  SWG → 06.07.05/04/03/02/0012345678121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484990 9000


*Необходима длина намотки провода без выводов.


Ссылки по теме:

  1. Калькулятор тороидальной обмотки — 66PACIFIC.COM
  2. Онлайн-калькулятор с ферритовым сердечником

 

Coil32 — Калькулятор ферритовых тороидов Amidon

Детали
Просмотров: 495

Для работы калькулятора на этой странице необходимо включить JavaScript в вашем браузере!


ВЫБЕРИТЕ ТОР:
Материал тороида – 43526167687577FHJKW
Типоразмер тороида – FT-23FT-37FT-50FT-50AFT-50BFT-63AFT-82FT-82AFT-87FT-87AFT-100100AFT-100BFT-114FT-114AFT-125FT-140FT-240FT-290


Доступная информация о тороиде:
Начальная магнитная проницаемость (мк):  
Плотность потока насыщения (B s ):   Gs
Остаточная магнитная индукция (B r ):   Gs
Коэрцитивная сила (H c ):    Э° 3 °C
Температура Кюри: 0 04 C (наружный диаметр x внутренний диаметр x высота):    дюймы милмм
A L коэффициент:   nH/N 2

ВВЕДИТЕ ВВОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Калькулятор использует формулу:

L [нГн] = A L *N 2

Можно использовать калькулятор тороидального порошка Amidon.

Материал 43 используется для подавления электромагнитных и радиочастотных помех в диапазоне от 20 до 250 МГц.
Материал 52 , изготовленный из нового феррита NiZn, сочетает в себе высокую плотность потока насыщения и высокую температуру Кюри.
Материал 61 предназначен для индуктивных применений до 25 МГц, а также подавляет шумовые частоты от 200 МГц до 1000 МГц.
Материал 67 предназначен для высокодобротных дросселей до 50 МГц. Подавляет частоты выше 1000 МГц.
Материал 68 нестандартен и имеется на складе только нескольких размеров. Высокая добротность до 100 МГц.
Материал 75 используется для превосходного затухания в диапазоне от 0,5 МГц до 20 МГц.
Материал 77 используется в качестве форм ферритовых тороидальных катушек для трансформаторов, катушек индуктивности и подавления радиопомех.
Материал F имеет высокую плотность потока насыщения при высокой температуре. Для преобразователей мощности. Хорошее шумоподавление от 0,5 до 20 МГц.
Материал H обладает очень высокой проницаемостью.
Материал J имеет низкое объемное сопротивление и низкие потери в сердечнике от 1 кГц до 1 МГц. Используется для импульсных трансформаторов и широкополосных трансформаторов низкого уровня. Отличное затухание частоты от 0,5 МГц до 20 МГц.
Материал K в основном используется в трансформаторах и балунах линий передачи от 1 МГц до 50 МГц.
Материал W представляет собой материал с высокой проницаемостью, используемый для подавления частот от 100 кГц до 1 МГц в фильтрах EMI/RFI.


Ссылки по теме:

  1. Ферритовые тороиды Amidon™
  2. Подробные характеристики ферритовых материалов Amidon™
  3. Таблицы и калькуляторы для некоторых тороидальных и многоапертурных сердечников

 

Конструкция индуктора

с ферритовыми сердечниками Magnetics


Следующее руководство по проектированию также можно загрузить в формате PDF.По другим вопросам, касающимся конструкции индуктора с ферритовыми сердечниками Magnetics, свяжитесь с нашими инженерами по применению или отправьте запрос на проектирование индуктора по индивидуальному заказу.

Сердечники из феррита E

и сердечники с горшковыми сердечниками обладают такими преимуществами, как снижение стоимости и низкие потери в сердечнике на высоких частотах. Для импульсных стабилизаторов рекомендуются силовые материалы из-за их температурных характеристик и характеристик смещения постоянного тока. Добавляя воздушные зазоры к этим ферритовым формам, можно эффективно использовать сердечники, избегая при этом насыщения.

Эти процедуры выбора сердечника упрощают проектирование катушек индуктивности для импульсных регуляторов. Можно определить наименьший размер сердечника, предполагая коэффициент намотки 50% и пропускную способность провода по току 500 круговых мил на ампер.

Должны быть известны только два параметра проектных приложений: 
(a) Требуемая индуктивность при смещении постоянного тока
(б) постоянный ток

1. Вычислите произведение LI², где: 
L = требуемая индуктивность при смещении постоянного тока (миллигенри)
I = максимальный выходной постоянный ток + 1/2 пульсации переменного тока

2. Найдите значение LI² в приведенной ниже таблице выбора ферритовых сердечников.
Следуйте этой координате на пересечении с первой кривой размера сердцевины. Считайте максимальную номинальную индуктивность, A L , по оси Y. Это представляет наименьший размер ядра и максимальный размер A L  , при котором можно избежать насыщения.

3. Любая линия размера сердечника, пересекающая координату LI², представляет рабочий сердечник для катушки индуктивности, если значение A L сердечника меньше максимального значения, полученного на диаграмме.

4. Требуемая индуктивность L, размер сердечника и номинальная индуктивность сердечника (A L ) известны.
Рассчитайте количество витков, используя 

.

, где L в миллигенри.

5. Пример: Если I МАКС. = 8 А; L, требуемая индуктивность = 100 мкГенри
LI² = (0,100 мГн) X (8² Ампер) = 6,4 миллиджоуля

6. Доступно множество ферритовых сердечников, поддерживающих необходимую энергию.
Любой размер сердечника, с которым пересекается координата LI², может использоваться для значения A L  , показанного на диаграмме.

7. Некоторые варианты, основанные на значении LI², равном 6,4 миллиджоуля: 
Сердцевина горшка 43622 A L  = 400      Двойная плита 43622 A L  = 250 
PQ core 43220 A L  = 300       E core 44317 A L  = 250 

8. Для следующих значений AL требуется количество витков: 
A L  = 400, N = 16       A L  = 300, N = 19       A L  = 250, N = 20 
Убедитесь, что выбранный размер провода выдержит ток и подойдет к набору сердечников.

Приведенные выше кривые представляют собой геометрическое место точек, до которых эффективная проницаемость остается постоянной. Они показывают максимально допустимое смещение постоянного тока в ампер-витках без уменьшения индуктивности. За пределами этого уровня индуктивность быстро падает.

Пример: Сколько ампер-витков может поддерживать сердечник горшка 0R42213A315 без уменьшения значения индуктивности?
ле = 3.12 см μ e  = 125 

Максимально допустимое значение H = 25 Эрстеда (из графика выше)
NI (максимум) = 0,80 x H x le = 62,4 ампер-витка
или (используя верхнюю шкалу, максимально допустимая H = 20 А•Тл/см)
NI (максимум) = A•T/см x le
= 20 х 3,12
= 62,4 А•Т

 

скачать PDFСкачать Инструмент проектирования индукторовContact Magnetics

Рассчитать индуктор с ферритовым сердечником (из алюминия)

Рассчитать индуктор с ферритовым сердечником (из алюминия)

Этот калькулятор оценивает импеданс и эквивалентную последовательную индуктивность катушки индуктивности с ферритовым тороидальным сердечником на ВЧ.

СВН:

Калькулятор не проверяет много ошибок, если вы введете ерунду, он будет производить глупости. NaN означает не число, проверьте входные значения.

Используемая модель представляет собой простой параллельный резонансный контур для представления индуктивность витков, потери из-за потерь в сердечнике, как следует из комплекса проницаемость и эквивалентная паразитная емкость. Калькулятор не моделирует Эффекты размерного резонанса, возникающие в некоторых ферритовых материалах (кроме до степени, захватываемой µ’, µ»).

Катушки индуктивности проявляют собственный резонанс, влияние которого можно оценить путем шунтирования рассчитанного серии R,Xl с эквивалентной емкостью, обычно в районе от 2 до 10 пФ (в зависимости от физической компоновки, расстояния между поворотами и т. д.).

Потери проводника игнорируются, как и в большинстве случаев. практические катушки индуктивности с ферритовым сердечником в ВЧ, потери в сердечнике карликовые потери в меди.

Таблица 1: Описание полей ввода
Поле ввода Значение
Частота Частота для расчета Xl и R
Ал Индуктивность при постоянном токе 1 витка в нГ
пользовательский интерфейс Начальная проницаемость (т.е. при округ Колумбия)
мк’ Действительная часть комплексной относительной проницаемости
мк» Мнимая часть сложного относительного проходимость
Повороты Количество витков
Цс Расчетное эквивалентное рассеяние емкость

Для расчета сопротивления дросселя 6 витков на сердечнике БН-43-202 на 3.65 МГц цитируемый Al=2500nH, мы во-первых необходимо определить µ’ и µ» на частоте 3,6 МГц по данным производителя, и у.и.

Рис. 1:

На рис. 1 из справочника Fair-rite показана комплексная проницаемость смеси №43. уи=800. На частоте 3,6 МГц µ’=470 и µ»=224.

Допустим, Cs был 2 пФ.

Подставив эти значения в калькулятор, вы должны получить Z=637+j1,25e+3 Ом и Leq=55,1 мкГн (таким образом, Q=Xl/R=1,96).

Обратите внимание, что многие калькуляторы выдают результат, основанный на µ i , Начальная проницаемость на низких частотах, 800 для смеси #43, но график показывает что такой расчет действителен только примерно до 600 кГц для материала #43.

Стол 2
Частота (МГц) 31 43 52 61 67 73 Ф14
µi=1500 мкi=800 мкД=250 мкi=125 мкi=40 мкИ=2500 мкД=220
мк’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм
1.8 1167,2 702.1 609,8 149,3 272,3 4,0 120,3 0,3 40,6 0,1 1540.4 1315.4 219 2
3,6 657,7 677,9 470,2 224,0 278,7 7,8 120.6 0,6 40,3 0,1 839,9 1057.1 235 4
7.1 359,1 476,1 332,0 228,0 305,2 73,8 123,4 1,2 40,2 0,1 457,4 803,3 265 36
10.1 275,3 385,3 259,7 220,4 258,2 138,7 127,4 2.1 40,3 0,1 296,7 685,7 257 89
14,2 223,4 323,8 201,2 204,3 186,8 151,2 136.8 6,2 40,5 0,1 157,9 562,0 222 111
18,1 187,9 284,9 159,9 189,3 150,8 138,8 150,8 20,1 40,8 0,1 86,2 458,8 189 117
21.2 165,2 262,4 135,3 179,4 132,2 126,8 153,7 41,5 40,9 0,1 49,4 396,2 172 121
24,9 144,6 241,0 113,7 168,7 118,0 116,8 140.7 64,9 41,2 0,1 25,0 336,2 157 124
28,5 129,2 224,5 97,5 158,4 107,2 109,4 124,5 76,6 41,4 0,1 8,8 289,8 146 126

В таблице 2 приведены интерполированные значения µ’ и µ» для некоторых распространенных микширует на точечных частотах в любительских диапазонах HF.

Калькулятор можно применять к сердечникам из порошкового железа, но иначе феррита комплексная проницаемость обычно не публикуется (вводится как ноль, и R не могут быть рассчитаны), а µ’ имеет тенденцию быть менее чувствительным к частоте на ВЧ, чем большинство ферритовых смесей.

Опыт показывает, что измеренная добротность сердечников из порошкового железа на ВЧ не согласуется с формулами Micrometals, приведенными для потерь материалов № 2 и № 6. Калькуляторы которые зависят от этих формул, также неверны.

Версия Дата Описание
1.01 25.03.2015 Начальный.
1,02    
1,03    
1,04    
1,05    

© Авторское право: Оуэн Даффи 1995, 2021.Все права защищены. Отказ от ответственности.

Рассчитать индуктор с ферритовым сердечником — прямоугольное сечение

Рассчитать индуктор с ферритовым сердечником — прямоугольное сечение

Этот калькулятор оценивает импеданс и эквивалентную последовательную индуктивность катушки индуктивности прямоугольного сечения с ферритовым тороидальным сердечником на ВЧ.

СВН:

Калькулятор не проверяет много ошибок, если вы введете ерунду, он будет производить глупости. NaN означает не число, проверьте входные значения.

Используемая модель представляет собой простой параллельный резонансный контур для представления индуктивность витков, потери из-за потерь в сердечнике, как следует из комплекса проницаемость и эквивалентная паразитная емкость. Калькулятор не моделирует Эффекты размерного резонанса, возникающие в некоторых ферритовых материалах (кроме до степени, захватываемой µ’, µ»).

Катушки индуктивности проявляют собственный резонанс, влияние которого можно оценить путем шунтирования рассчитанного серии R,Xl с эквивалентной емкостью, обычно в районе от 2 до 10 пФ (в зависимости от физической компоновки, расстояния между поворотами и т. д.).

Калькулятор предполагает острые углы тороида, закругленные углы будут несколько уменьшить импеданс и Leq. Углы со скошенными углами под углом 45° могут можно получить, указав длину фаски. Потери проводника игнорируются, как и для большинства Практические катушки индуктивности с ферритовым сердечником на ВЧ, потери в сердечнике часто превышают потери в меди.

Таблица 1: Описание полей ввода
Поле ввода Значение
Частота Частота для расчета Xl и R
Внешний диаметр НД тора
ID ID тора
Ширина Ширина тора
мк’ Действительная часть комплексной относительной проницаемости
мк» Мнимая часть сложного относительного проходимость
Повороты Количество витков
Цс Расчетное эквивалентное рассеяние емкость

Для расчета импеданса дросселя 11 витков на сердечнике FT240-43 на 3.5 МГц, мы во-первых необходимо определить µ’ и µ» на частоте 3,6 МГц по данным производителя.

Рис. 1:

На рис. 1 из справочника Fair-rite показана комплексная проницаемость смеси №43. На частоте 3,6 МГц µ’=470 и µ»=224.

Сердечник FT240 имеет внешний диаметр = 61 мм, внутренний диаметр = 35,6 мм, ширину = 12,7 мм.

Допустим, Cs был 2 пФ.

Подставив эти значения в калькулятор, вы должны получить Z=998+j1870Ω и Leq=82.7 мкГн (так что Q=Xl/R=1,87).

Обратите внимание, что многие калькуляторы выдают результат, основанный на µ i , Начальная проницаемость на низких частотах, 800 для смеси #43, но график показывает что такой расчет действителен только примерно до 600 кГц для материала #43.

Стол 2
Частота (МГц) 31 43 52 61 67 73 Ф14
µi=1500 мкi=800 мкД=250 мкi=125 мкi=40 мкИ=2500 мкД=220
мк’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм микро’ микродюйм
1.8 1167,2 702.1 609,8 149,3 272,3 4,0 120,3 0,3 40,6 0,1 1540.4 1315.4 219 2
3,6 657,7 677,9 470,2 224,0 278,7 7,8 120.6 0,6 40,3 0,1 839,9 1057.1 235 4
7.1 359,1 476,1 332,0 228,0 305,2 73,8 123,4 1,2 40,2 0,1 457,4 803,3 265 36
10.1 275,3 385,3 259,7 220,4 258,2 138,7 127,4 2.1 40,3 0,1 296,7 685,7 257 89
14,2 223,4 323,8 201,2 204,3 186,8 151,2 136.8 6,2 40,5 0,1 157,9 562,0 222 111
18,1 187,9 284,9 159,9 189,3 150,8 138,8 150,8 20,1 40,8 0,1 86,2 458,8 189 117
21.2 165,2 262,4 135,3 179,4 132,2 126,8 153,7 41,5 40,9 0,1 49,4 396,2 172 121
24,9 144,6 241,0 113,7 168,7 118,0 116,8 140.7 64,9 41,2 0,1 25,0 336,2 157 124
28,5 129,2 224,5 97,5 158,4 107,2 109,4 124,5 76,6 41,4 0,1 8,8 289,8 146 126

В таблице 2 приведены интерполированные значения µ’ и µ» для некоторых распространенных микширует на точечных частотах в любительских диапазонах HF.

Калькулятор можно применять к сердечникам из порошкового железа, но иначе феррита комплексная проницаемость обычно не публикуется (вводится как ноль, и R не могут быть рассчитаны), а µ’ имеет тенденцию быть менее чувствительным к частоте на ВЧ, чем большинство ферритовых смесей.

Опыт показывает, что измеренная добротность сердечников из порошкового железа на ВЧ не согласуется с формулами Micrometals, приведенными для потерь материалов № 2 и № 6. Калькуляторы которые зависят от этих формул, также неверны.

Версия Дата Описание
1.01 31.05.2012 Начальный.
1,02 25.01.21 Добавлена ​​фаска.
1,03    
1,04    
1,05    

© Авторское право: Оуэн Даффи 1995, 2021.Все права защищены. Отказ от ответственности.

Нахождение индуктивности одновитковой катушки индуктивности с парой ферритовых сердечников

Ваша основная проблема заключается в том, что вы, похоже, не дали себе достаточно места для разработки дросселя или части трансформатора достаточного размера, чтобы обеспечить небольшой воздушный зазор для фиксирования индуктивности . Без зазора L будет высоким (Ur ~ 2300), пока вы не пропустите через него ток (скажем, ~ 5 ампер), тогда L упадет по мере насыщения феррита. Если вы используете высокочастотный феррит с низким значением Ur, эффект будет менее выраженным, но все же будет — некоторые могут предложить сердечник из железного порошка с низким значением Ur — но у вас все равно будет проблема с падением L и более высокими потерями, чем для феррита.

вам нужен передатчик с одновитковым сильноточным входом? или вывод? если вы пытаетесь сделать LLC xfmr, вы можете иметь Tx без зазора и хорошей связи и поместить L на сторону ВН — фиксированный L, феррит, зазор, литц (или что-то еще). то есть отдельная часть.

При проектировании важно не загонять себя в угол слишком рано — сделайте полную схему ВСЕХ битов, а затем обратитесь к каждому из них, чтобы увидеть, насколько это возможно.

У нас было намного меньше проблем с построением нашей токовой петли для нашей распределенной системы «кошачий глаз», постоянный ток вывода до фиксированного значения Vmax, синусоидальная волна, с большим количеством циркулирующего тока на драйвере для учета изменения нагрузки без нагрузки до полной. , ну и конечно диммирование (нижний ток контура).

Нам повезло, так как на практике нагрузка была фиксированной (за исключением случайных отказов из-за повреждений и т.п.) и требовалось только диммирование, яркое в сумерках, на рассвете, ниже в полночь)

что было легко сделать для параллельного загруженный SRC…

— — — Обновлено — — —

также, если это действительно часть Tx, нагрузка определяет, как выглядит импеданс Tx. Вам действительно нужно иметь фиксированную индуктивность как часть Tx, просто выберите максимальное намагничивание L, но если нагрузка выйдет из строя и разомкнется, то у вас возникнет проблема, так как на стороне секунды будет выработано много вольт — вам нужно обнаружить это и иметь лом ckt (или стабилитроны, рассчитанные на мощность, но выше напряжения лампы), чтобы «закоротить» Tx, чтобы мощность все еще могла поступать на другие лампы.

Еще лучше иметь «слабое» соединение с лампами, поэтому отказ ламп от короткого замыкания или короткого замыкания не имеет большого эффекта — это то, что мы сделали с нашей длинной const I «петлей», хотя это была всего лишь «петля» рядом с лампы.

что такое индуктор, символ индуктора, формула индуктора, относительная магнитная проницаемость

Катушка индуктивности с железным сердечником

В областях, где требуются малогабаритные катушки индуктивности, эти катушки индуктивности с железным сердечником являются лучшим вариантом. Эти катушки индуктивности имеют высокую мощность и высокое значение индуктивности, но ограничены в высокочастотной емкости.Они применимы в звуковом оборудовании. По сравнению с другими основными индикаторами они имеют очень ограниченное применение.

Катушка индуктивности с воздушным сердечником

Взяв цилиндрический материал определенного диаметра (например, сверло) в качестве шаблона, мы можем обернуть его вокруг отрезка проволоки, чтобы сделать катушку индуктивности с воздушным сердечником. Кроме того, индуктивность можно стабилизировать с помощью погружение индуктора в лак или закрепление его воском.

Материалом сердечника является воздух, поэтому он имеет низкую проницаемость, следовательно, меньшую индуктивность, поэтому его можно использовать для высокочастотных приложений.

Индуктор с ферритовым сердечником

Смешивание оксида железа (Fe2O3) с оксидами других металлов, таких как (Mn), цинка (Zn) или магния (Mg) при температуре 1000°C – 1300°C в материале с очень интересными магнитными свойствами, называемом ферритом.

Катушки индуктивности с ферритовым сердечником обладают высокой проницаемостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и низкими потерями на вихревые токи. Эти характеристики делают их пригодными для многих высокочастотных применений.

Катушка индуктивности

 

Намотав отрезок проволоки на специально изготовленную цилиндрическую катушку и закрепив ее термоусадочной трубкой, образуется катушка индуктивности.

Материал сердечника — феррит, поэтому свойства также аналогичны индуктору с ферритовым сердечником. Небольшой размер делает их подходящими для адаптеров питания, таких как приложения.

Переменный индуктор

Он образуется путем перемещения магнитного сердечника внутри и снаружи обмоток индуктора. С помощью этого магнитного сердечника мы можем регулировать значение индуктивности. Когда мы рассматриваем индуктор с ферритовым сердечником, перемещая его сердечник внутри и снаружи, на котором намотана катушка, можно сформировать переменный индуктор с ферритовым сердечником.

Катушки индуктивности этого типа используются в радио и высокочастотных приложениях, где требуется настройка. Эти индукторы обычно имеют диапазон от 10 мкГн до 100 мкГн, а в настоящее время — от 10 нГн до 100 мГн.

Экранированный индуктор для поверхностного монтажа

Изготавливается путем намотки отрезка проволоки в цилиндрическую катушку и закрепления ее в специально изготовленном ферритовом корпусе, образующем экранированный индуктор для поверхностного монтажа.

Эти катушки индуктивности специально разработаны для монтажа на печатных платах, а их экранирование предназначено для уменьшения электромагнитных помех и шума от катушки индуктивности, а также для возможности использования в конструкциях с высокой плотностью размещения.

Тороидальный индуктор

 

Проволока, намотанная на сердечник с кольцевой или кольцевой поверхностью. Как правило, они состоят из различных материалов, таких как феррит, порошковое железо, ленточная обмотка и т. д. Этот индуктор имеет высокие результаты связи между обмоткой и ранним насыщением.

Его расположение обеспечивает минимальные потери магнитного потока, что помогает избежать наложения магнитного потока на другие устройства. Он имеет высокую эффективность передачи энергии и высокие значения индуктивности в низкочастотных приложениях.Эти катушки индуктивности в основном используются в медицинских устройствах, переключающих регуляторах, кондиционерах, холодильниках, телекоммуникационных и музыкальных инструментах и ​​т.

0 comments on “Как рассчитать дроссель на ферритовом кольце: Расчет дросселей и катушек индуктивности на ферритовых кольцах, формула и калькулятор

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.