Индуктивность, самоиндукция, катушка, Генри - вопросы и ответы

Вопросы и ответы по теме катушек индуктивности, как они работают, в чем измеряется индуктивность и т.п.

Что такое индуктивность?

Как известно, вокруг каждого проводника, по которому протекает электрический ток, возникают силовые линии. Число этих линий зависит от силы тока. Чем сильнее ток, тем больше силовых линий появляется вокруг провода.

При прохождении по проводнику постоянного тока количество силовых линий не меняется; при прохождении по проводу переменного тока или при изменении силы постоянного тока, число силовых линий возрастает при увеличении силы тока и уменьшается при ослаблении его.

Мы можем себе представить, что при увеличении силы тока силовые линии как бы “разворачиваются” из провода, выходят из него всё в большем количестве, а при ослаблении тока как бы сжимаются, сворачиваются в провод.

Из теории электротехники известно, что в тех случаях, когда какой-либо проводник пересекается силовыми линиями, то в этом проводнике возникает электрический ток.

Это явление носит название индукции. Но возникновение в проводнике тока имеет место не только тогда, когда проводник пересекается силовыми линиями “чужого поля”, т. е. поля, созданного соседним проводником, а также и тогда, когда провод пересекается собственными силовыми линиями, т. е. теми линиями, которые созданы в нём тем током, который протекает по нему от какого-либо источника.

Совершенно естественно, что в том случае, когда по проводнику протекает постоянный ток -никакого пересечения провода силовыми линиями происходить не будет.

Если же сила тока увеличивается или уменьшается, то вокруг провода разворачиваются силовые линии или, наоборот, сворачиваются и при этом они пересекают провод, вследствие чего в последнем будет возникать дополнительное напряжение.

Появление в проводе дополнительного напряжения, вызванного своими же собственными силовыми линиями, носит название индуктивности. Индуктированный ток имеет направление, обратное начальному току в том случае, когда сила начального тока увеличивается и совпадает с ним по направлению, когда сила начального тока уменьшается.

Следовательно, можно сказать, что индуктированный ток как бы стремится противодействовать всем изменениям начального тока, так как если начальный ток усиливается, то индуктированный направляется в противоположную сторону и как бы ослабляет его, когда же первичный ток ослабляется, то индуктированный ток течёт в направлении начального, складывается с ним.

Явление индуктивности наблюдается во всех проводниках любых форм, но в прямолинейных проводниках оно сравнительно слабо; в прямолинейных проводниках, свитых в катушку, явление индуктивности заметно чрезвычайно резко.

Это объясняется тем, что силовые линии, возникающие вокруг каждого витка катушки, пересекают не только свой виток, но и соседние витки, индуктируя в них также напряжение; вследствие этого токи индуктивности в проводниках, свитых в катушку, получаются значительно более сильными.

Рис. 1. Магнитное  поле и проводник, катушка.

Что такое генри?

Генри - единица индуктивности. Индуктивностью в один генри обладает такая катушка, изменение силы тока в которой на один ампер в секунду создаёт электродвижущую силу в один вольт.

Практически генри является величиной довольно большой. Этой величиной пользуются при определении индуктивности трансформаторов и дросселей низкой частоты.

При определении индуктивности высокочастотных катушек обычно пользуются единицами в тысячу или в миллион раз меньшими, которые называются миллигенри и микрогенри. Одна тысячная микрогенри часто называется сантиметром, т. е. 1 ООО см равняются 1 мкГн.

Какие катушки лучше - сотовые или цилиндрические?

Цилиндрические катушки являются наилучшим видом катушек. Цилиндрические катушки обладают наименьшими потерями по сравнению с катушками любых других типов, но в то же время эти катушки являются и самыми громоздкими.

Обычно цилиндрические катушки применяются в коротковолновых и средневолновых контурах, так как в этих случаях катушки состоят из сравнительно малого числа витков и поэтому не громоздки.

Кроме того, преимущество цилиндрических катушек на частотах, соответствующих коротким и средним волнам, сказывается особенно сильно. Длинноволновые катушки в большинстве случаев применяются сотовые, что объясняется, с одной стороны, соображениями компактности и, с другой, тем, что на длинных волнах разница в качестве между цилиндрическими и сотовыми катушками не особенно велика.

Какого направления витков надо придерживаться при намотке катушек приёмника и силового трансформатора?

Направление витков силового трансформатора никакого значения не имеет. Первичная обмотка может быть намотана в одну сторону, вторичная - в другую и качество трансформатора будет таким же, как если бы витки намоток шли бы в одном направлении.

Точно также безразлично направление витков и при раздельном расположении обмотки трансформатора на одном и том же сердечнике. В этом случае необходимо соблюдать не направление в одну сторону витков, а правильность соединения между собой разделённых частей обмоток; соединение их должно быть таким, чтобы магнитные поля, создаваемые обеими намотками, были направлены в одну и ту же сторону.

Почти то же самое можно сказать и о значении направления витков при намотке катушек контуров приёмника. На одном и том же каркасе направление витков катушек может идти в любую сторону.

Здесь необходимо принять во внимание лишь то, что ёмкость катушек может быть различной при разном направлении витков. Поэтому, например, к аноду и сетке присоединяются те концы трансформатора, между которыми существует наименьшая ёмкостная связь, т. е. концы катушек, наиболее удалённые друг от друга.

То же самое можно сказать и относительно катушки обратной связи: важно не направление витков, а правильность включения её концов. При неправильном включении концов приёмник не будет генерировать.

Что значит “мотать в одном направлении”?

Под намоткой в одном направлении понимается такая намотка, при которой витки одной катушки являются продолжением другой. Такая намотка в одном направлении двух катушек показана на левом рисунке. Из рисунка видно,

что начало катушки L2 является продолжением конца намотки катушки L1. Если конец L1 и начало L2 соединить, то получится как бы одна катушка.

Нет необходимости следить за тем, чтобы две катушки или две какие-нибудь обмотки были фактически намотаны в одном направлении. Важно лишь, чтобы они были соединены между собою так, чтобы ток, проходя по второй катушке, обходил каркас, на котором намотаны катушки, в одном направлении.

Иначе говоря, если смотреть на сердечник катушки с какого-нибудь конца, то ток, проходящий по катушке, должен казаться проходящим в обеих катушках по часовой стрелке или против неё. На правом рисунке - две катушки, намотанные на одном сердечнике, в различных направлениях.

Для намотки катушки L1 провод обходил по верху сердечника справа налево, а под низом сердечника - слева направо; при намотке катушки L2 направление витков было обратное.

Но, если соединить конец катушки L1 с концом катушки L2, то нетрудно увидеть по рисунку, что ток в обеих катушках будет проходить в одном направлении. Такое соединение и будет правильным.

Рис. 2. Что значит мотать катушку в одном направлении.

Что называется “шагом намотки” сотовой катушки?

Сотовая катушка мотается на болванке определённого диаметра между двумя рядами (обычно по 29) гвоздей, при чём при намотке провод в определённой последовательности переходит с одного гвоздя на другой.

Для намотки нужно знать диаметр болванки, число гвоздей в ряду и шаг намотки, который обыкновенно обозначается цифрой, например “шаг намотки семь”.

Это значит, что намотка провода начинается с первого гвоздя в первом ряду, далее переходит на 1 + 7, т. е. на восьмой гвоздь - во втором, а затем на 8 + 7, т. е. на пятнадцатый в первом, на двадцать второй во втором и на двадцать девятый в первом.

При 29 гвоздях в ряду, на двадцать девятом гвозде заканчивается намотка первого витка катушки и затем провод переходит на седьмой гвоздь во втором ряду, на четырнадцатый в первом и т. д.

“Шаг намотки”, таким образом обозначает порядок чередования гвоздей, за которые цепляется провод при намотке сотовых катушек.

Рис. 3. Что называется шагом намотки сотовой катушки.

Что называется “принудительным шагом” намотки?

Для улучшения качества цилиндрических катушек витки не мотаются плотно один к другому. Намотка катушки, при которой витки расположены не вплотную, а с некоторым зазором, называется намоткой “принудительным шагом”.

Для равномерности зазора между витками цилиндрической катушки намотку производят двумя проводами и при этом витки проводов укладываются вплотную.

Когда намотка закончена - один из проводов сматывают и на каркасе остаётся провод, витки которого отделены друг от друга одинаковыми промежутками, равными толщине снятого провода. Второй провод с успехом можно заменить обыкновенной ниткой.

Рис. 4. Принудительный шаг намотки катушки.

Чем можно скреплять катушки?

Удобнее всего скреплять витки катушек коллодием. Диэлектрическая проницаемость коллодия очень мала, он очень быстро высыхает, не пачкает рук и дёшев.

Почему катушки рекомендуется мотать на прессшпане, а не на простом картоне?

Электрические качества прессшпана и картона одинаковы. Однако картон обладает гигроскопичностью, т. е. свойством впитывать в себя влагу, отчего качество катушек, намотанных на картоне, сильно снижается.

Прессшпан менее гигроскопичен и поэтому влажность воздуха оказывает меньше вредного влияния на катушки, намотанные на пресс-шпановом каркасе.

Как уничтожить гигроскопичность картона?

Уничтожить гигроскопичность картона можно путём пропитывания его парафином. Пропарафинированный картон может заменить прессшпан в качестве материала для каркасов.

Можно ли делать отступления при намотке катушек от данных, указанных в описании?

Если не имеется в наличии того провода, которым в описании рекомендуется наматывать катушку, то лучше применить провод более тонкий, разбросав намотку так, чтобы общая длина её была равна той длине, которую заняла бы катушка, намотанная проводом, указанным в описании.

Применять более толстый провод не следует. Катушка, намотанная более толстым проводом, будет более длинна; при этом же числе витков она будет иметь меньшую индуктивность и поэтому число витков её придётся увеличивать; при намотке же более тонким проводом число витков можно оставить то, которое указано в описании.

Кроме того, применение более тонкого провода хотя и ухудшит несколько множитель вольтажа катушки, но зато обеспечит меньшее изменение множителя вольтажа по диапазону.

Можно ли приёмник, работающий на сменных катушках, перевести на работу с постоянными катушками?

Каждый приёмник, работающий на сменных катушках, можно переделать на работу с постоянными катушками.

Эта переделка в отдельных случаях бывает трудна и зависит от схемы приёмника. Легче всего произвести такую переделку в приёмниках, в которых усиление высокой частоты осуществлено по схеме параллельного питания.

Схема с трансформаторной связью в каскадах высокой частоты более сложна для переделки. Такие приёмники нужно или переделывать на схему параллельного питания или же применять очень сложные переключатели диапазонов.

Как выключить неработающие витки катушки?

Существуют три способа выключения неработающих витков катушки:

первый способ - замыкание неработающих витков накоротко, второй - отключение одного конца неработающей части и третий - полное отсоединение неработающей части.

На рисунке:

• а - неработающая часть витков замкнута накоротко,
• b - отсоединение одного конца неработающей части катушки (второй конец остаётся присоединённым к работающей части катушки),
• с - полное отсоединение неработающей части, которая отключается каким-либо переключателем от работающей части.

Рис. 5. Как выключить неработающие витки катушки.

Наилучшие результаты даёт третий способ (полное отключение неработающей части), но он требует устройства сложных переключателей и, кроме того, преимущества этого способа перед другими выявляются только в том случае, если отключённые витки будут достаточно удалены от работающей части катушки.

Чаще всего применяют способ закорачивания витков, который даёт удовлетворительные результаты. Оставление неработающих витков, присоединённых к одному концу катушки, даёт наихудшие результаты и поэтому практически не применяется.

Можно ли катушки одного приёмника заменить катушками от другого?

Принципиально такая замена возможна, если индуктивность катушек, ранее работавших в приёмнике, и индуктивность катушек, которые хотят применить в данном приёмнике, одинакова.

В этом случае возможность замены будет зависеть только от условий механического порядка, т. е. поместятся ли новые катушки в приёмнике, удобно ли их экранировать и т. д.

Если же индуктивность катушек не одинакова, то применение их в приёмнике без переделок в некоторых случаях может очень значительно изменить диапазон приёмника, что приведёт к тому, что известная часть станций перестанет быть слышимой.

Замену катушек сравнительно легко производить в приёмниках, работающих без обратной связи. Если же в приёмнике имеется обратная связь, то при замене катушек обычно приходится производить заново регулировку обратной связи, так как число витков катушки обратной связи может оказаться неблагоприятным для данного приёмника.

Целесообразно ли мотать катушки на ребристом каркасе?

Катушка, намотанная на ребристом каркасе, по качеству лучше, чем катушка, намотанная на обычном цилиндрическом каркасе. Однако, в последнее время, в связи с появлением высококачественных ламп, дающих большое усиление, и стремлением к достижению наибольшей компактности приёмников, от катушек с малыми потерями, к числу которых принадлежат катушки на ребристых каркасах, отказываются и в современных приёмниках такие катушки уже не применяются.

Нет особенного смысла применять эти катушки и в радиолюбительских приёмниках, так как, во-первых, изготовление таких катушек очень трудно и, во-вторых, эти катушки будут по качеству превышать обычные цилиндрические лишь в том случае, если они будут совершенно правильно рассчитаны и правильно сделаны. При изготовлении таких катушек на-глаз их преимущества по сравнению с обычными катушками могут быть ничтожными.

Что такое феррокартные катушки?

Феррокартными катушками называются катушки, применяемые в настраивающихся контурах и имеющие сердечник из феррокарта. Эти катушки обладают большой индуктивностью при малом числе витков намотки и поэтому чрезвычайно малы по размерам, что делает их удобными для монтажа. Множитель вольтажа у этих катушек бывает очень большим (т. е. катушки этого типа обладают хорошими качествами).

Рис. 6. Катушки, применяемые в настраивающихся контурах.

Что представляет собою сердечник феррокартных катушек?

Сердечник феррокартной катушки совершенно не похож на сердечник от трансформатора или дросселя. Сердечник феррокартной катушки состоит из спрессованных крупинок химически чистого железа, связанных специальными лаками.

Изготовление такого сердечника является очень трудной и тонкой работой.

Источник: А. П. Горшков - Cправочник радиолюбителя в вопросах и ответах, 1938г.