Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности

Тангенс угла потерь это величина обратная добротности, поэтому:

.

 

5.) Сопротивление изоляции и ток утечки.

Ток утечки – это ток, который существует постоянно в диэлектрике конденсатора.

, где

Rиз. – сопротивление изоляции;

Iут. – ток утечки.

6.) Температурный коэффициент емкости.

Характеризует температурную стабильность емкости, это:

, где

С0 – ёмкость при температуре 20°С.

ТКЕ нормируется, например для керамических конденсаторов по ТКЕ существует 16 групп:

-2200*10-6 1/°С  М2200

 

+100**10-6 1/°С  П100.

Эти обозначения производятся на корпусе или обозначаются цветом.

Слюдяные конденсаторы делятся на 4 группы:

А не нормированное значение ТКЕ;

Б ±200**10-6 1/°С

В ±100**10-6 1/°С

Г ±50**10-6 1/°С

7.) Закон изменения емкости.

Используется для характеристики переменных конденсаторов:

• прямоемкостные ( прямая зависимость между емкостью и углом поворота ротора);
• прямоволновые (прямая зависимость между длиной волны и углом поворота ротора);
• прямочастотные (прямая зависимость между частотой колебательного контура и углом поворота ротора);
• логарифмические ( логарифмическая зависимость емкости от угла поворота ротора ).

 

Схема замещения конденсатора.

 

С – номинальная емкость;

Сз – емкость относительно корпуса;

Rиз – сопротивление изоляции;

Rп – сопротивление потерь;

Lc – емкостная индуктивность ( проявляется на больших частотах ).

Особенности конденсаторов.

Бумажные.

Выполняются в виде бумаги пропитанной маслом, и фольговых обкладок, которые затем сворачиваются в рулон. Достоинства:

широкие интервалы номиналов мощностей ( от 0.01 мкФ до 10мкФ ).;

широкие интервалы рабочих напряжений.

Недостатки:

малая температурная и временная стабильность;

большие потери.

Например:  БМ ( бумажный малогабаритный );

КБГ ( бумажный герметизированный );

К40-1.

Металлобумажные.

Они выполнены из диэлектрической бумаги, а на неё с двух сторон напыляются обкладки, у них емкость больше и меньшие габариты. Достоинства: способность самовосстанавливаться после пробоя ( так как из-за малой толщины обкладок, металл в месте пробоя испаряется).

Например:  МБМ;

К42-2.

Слюдяные.

Берется пакет из слюдяных пластинок и обкладки ( алюминий или оловянно-свинцовый сплав ), а затем всё это герметизируется. У таких конденсаторов малые потери ( работают до 100МГц ), хорошая стабильность, но имеют большие габариты.

Например:  КСО

К31-3.

Керамические.

Диэлектрик выполнен из ВЧ керамики, обкладки наносятся методом вжигания серебра. Конструкции: дисковые, трубчатые, пластинчатые, бочоночные, проходные, опорные и литые щелевидные. Эти конденсаторы высокостабильные, с малыми потерями и дешевые.

Например:  КТ ( трубчатый );

КД ( дисковый );

КМ-6 ( малогабаритный ).

 

 

Стеклянные.

В качестве диэлектрика используется стекло, удельная емкость выше чем у слюдяных. Они дёшевы, малогабаритны и стабильны, с высокой электрической прочностью.

Например:  КС

К21-5.

Стеклянно керамические.

Диэлектрик – это стекло смешанное с керамикой, для увеличения e.

Например:  СКМ;

К22-5.

Пленочные.

Диэлектрик – это синтетическая пленка с фольговым или металлизированными обкладками. В качестве диэлектрика используются органические полярные ( большие потери ) и неполярные ( малые потери ) диэлектрики.

Например:  ПСО ( полистирольные ) – полистирол плавится при низкой температуре;

К70-6;

 

ФТ ( фторопластовые );

К72-2;

 

К73-3 ( лавсановые – полярный диэлектрик ).

Оксидные.

В качестве диэлектрика применяется пленка окисла металла. В качестве пленок используются окислы тантала, ниобия или алюминия. Все эти конденсаторы полярные.

Разновидности: оксидные электролитические алюминиевые;

оксидные электролитические танталовые ( ниобиевые );

объемно-пористые;

оксидные полупроводниковые.

Для увеличения площади обкладок используется травление фольги.

Например: К50-3 ( К50-6 ).

e у танталового окисла в 2.5 раза больше, чем у окисла алюминия, следовательно, меньшие габариты, дорогие, стабильные, но с малым рабочим напряжением. У ниобия e больше в 5 раз, чем у алюминия, но он дороже тантала.

Например: К51-3 ( танталовый ).

Объемно-пористые конденсаторы чаше всего танталовые, представляют собой пористое тело с танталом, залитое электролитом, следовательно, большая емкость.

У оксидных полупроводниковых диэлектриков электролит заменен полупроводником, здесь нет проблем с испарением электролита, что увеличивает стабильность. Они выпускаются алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

Например:  К53-8;

К53-4;

К53-1.

 

Катушки индуктивности.

 

 

1.Катушки  индуктивности – это элемент электронной аппаратуры, функционирование которого определяется эффектом взаимодействия электрических и магнитных полей.

Такой эффект позволяет создать элемент имеющий реактивное сопротивление переменному току и не оказывающий сопротивление постоянному току.

 

Классификация катушек индуктивности.

 

1.По постоянству значения индуктивности.

• перестраиваемые (вариометр);
• подстраиваемые;
• не перестраиваемые;

2.По конструкции.

• каркасные;
• бескаркасные;

 

• однослойные;
• многослойные;

 

-  экранированные;

• неэкранированные;

 

• с сердечником;
• без сердечника;

 

 

 

• цилиндрические;
• кольцевые;
• броневые;
• спиральные;

 

Условно графические обозначения.

 

Катушка индуктивности имеет следующее позиционное обозначение – L.

1. Катушка индуктивности -                  2.  Если катушка с отводами –

 

3.Катушка с сердечником:

 

• -   магнитодиэлектрический сердечник;                  ферритовый;

4.Немагнитный материал;

• Сердечник с зазором;                                             Вариометр;

 

 

• Подстраиваемая катушка;

4. Индуктивная связь:(Точка показывает  начало обмотки).

• катушки с общим сердечником;

-   катушка с отдельными  подстроенными сердечниками;

 

Основные параметры катушек индуктивности.

 

Рассмотрим принцип действия катушек индуктивности. Если через катушку индуктивности пропустить ток, то возникнет переменное магнитное поле, оно хар – ся магнитным потоком Ф , при изменении потока в проводнике возникает ЭДС – самоиндукции,  и она направлена противоположно основной ЭДС, именно поэтому катушка и оказывает сопротивление переменному току – называемое реактивным сопротивлением.

Коэффициент пропорциональности между величиной этого реактивного сопротивления и частотой w переменного тока  и называется индуктивностью L.

XL = wL

1.Индуктивность L.

 

а). L = 2l(ln (4l/d) – 1) – индуктивность прямого проводника.

l – длина;

d – диаметр;

Если l = 1м, d = 1мм, то L = 1,2 мкГн.

Для увеличения индуктивности проводник можно свернуть  в спираль, при этом в магнитном поле созданным каждым витком оказываются  и другие витки, что соответственно приводит к увеличению индуктивности.

б). L  - индуктивность однослойной цилиндрической катушки.

L = L0 W2 D  ; L0  = L0(l/d)

D - диаметр катушки;

l – длина катушки;

Для дальнейшего увеличения индуктивности в катушку вводят сердечник.

в).Lc – индуктивность катушки с сердечником.

Lc = mэфL;

mэф – эффективная магнитная проницаемость сердечника, которая зависит от начальной магнитной проницаемости и конструкции сердечника.

 

2. Допуск на индуктивность.

Допуск не нормируется, требуемая точность (±0,1%)¸(±30%).

Для регулирования в катушку вводят регулировочный сердечник.

 

3. Добротность Q – характеризует величину потерь (отношение реактивного сопротивления к активному сопротивлению).

Q=wL/rL;

Реальные значения Q – (20¸600).

rL = r0 + Rq + RC + RCL + Rd

r0 - омическое сопротивление катушки;

Rq – сопротивление потерь на вихревые токи;

RC – сопротивление потерь в сердечнике;

RCL – сопротивление потерь в собственной емкости;

Rd – сопротивление диэлектрических потерь;

 

4.Собственная емкость  CL – емкость, измеренная на выводах, ее наличие приводит к ограничению собственной частоты.

2. Стабильность.

Температурная стабильность - aL = DL/Dt * 1/ L0;

Добротная стабильность - aC = DQ/Dt * 1/ Q0;

Временная стабильность - b = DL/DT * 1/ L0;

 

Схема замещения катушки.

Особенности катушек индуктивности.

 

• Однослойные катушки – они могут быть с шаговой и рядовой обмоткой, такие катушки обычно используются на высоких частотах до 100 МГц.

Для увеличения добротности используют бескаркасные катушки либо выполненные на ребристых каркасах.

Также для увеличения добротности часто используют серебрение проводника. Для увеличения стабильности однослойных катушек используют горячую намотку либо воженную намотку, но при этом снижается добротность.

• Многослойные катушки выполняют рядовой намоткой, произвольной, синусонированной либо универсальной намоткой.

Наличие большой собственной емкости ограничивает частоту до 2 МГц. Для увеличения добротности используют провод  - лицендрат (несколько проводников в жгут и на конце спаиваются).

• Спиральные катушки  - имеют невысокую добротность, не большая индуктивность.

 

 

Экранированные катушки индуктивности.

 

Экран необходим для снижения действия магнитного поля.

Эффективность экранирования оценивается отношением H в определенной точке пространства с экраном и без экрана.

Для повышения эффективности  экранирования, нужно использовать экраны с меньшим r (экраны с посеребрением). Эффективность увеличится с увеличение толщины стенки экрана, она также увеличится с ростом частоты.

Но наличие экрана приведет увеличению собственной емкости и к некоторому уменьшению индуктивности, уменьшению добротности.

Принято использовать  экраны с диаметром: Dэ= 2Dк

Dк – наружный диаметр катушки;

При этом L уменьшиться на 15-18%.

При Dэ= 2,5Dк  - влияние экрана на параметры меньше, в этом случае L уменьшиться на 5%.

 

• Катушки индуктивности с сердечником.

Сердечники бывают из магнитных и не магнитных материалов.

Для высокочастотных катушек используют следующие материалы:

• магнитодиэлектрики;
• ферриты;

1. Магнитодиэлектрик – смесь порошка магнитного материала и диэлектрической связки. Такая структура позволяет снизить потери.

Виды магнитодиэлектрических сердечников:

• магнетитовые сердечники;
• карбонильные сердечники;
• альсиферовые сердечники;

Такие сердечники имеют высокую стабильность, малые потери и стоимость.

 

    Ферритовые сердечники.

• магнитомягкий феррит (имеет узкую петлю гистерезиса);

Используются никель – цинковые и марганце – цинковые ферриты.

Обозначение:

 

2000 Н Н 1;

         В М

    2000 – начальная намагниченность;

Первая Н – низкочастотные, В – высокочастотные;

   Вторая Н - никель – цинковые, М - марганце – цинковые;

    1 – порядковый номер разработки;

 

Немагнитные материалы.

Используется диамагнетик, они имеют m<1. Используются для подстройки индуктивностей. Материал: латунь, алюминий, медь. При таких сердечниках индуктивность и добротность ниже, но они высокостабильные и недорогие.

Показатель любого сердечника это  mэф .Эффективная магнитная проницаемость зависит от начальной намагниченности m0  и конструкции (большая или меньшая длина магнитной силовой линии).

Типы сердечников:

• цилиндрические;
• кольцевые;
• броневые;

 Цилиндрические – имеют малое  mэф, используются для подстройки.

Кольцевые – обеспечивают максимальную mэф, малые габариты и малые поля рассеяния. Недостаток это сложность намотки и подстройки.

Обозначение:

К10 ´ 6 ´ 3;

 К – кольцевой;

 10 – наружный диаметр (мм);

 6 – внутренний диаметр (мм);

 3 – высота (мм);

Броневой -  обладает большой mэф, для увеличения стабильности используют сердечники с зазором.

Обозначение:

Б – 6;

Б – броневой;

6 - наружный диаметр (мм);

СБ – 12а;

Материал – карбонильное железо;

а – зазор;

б – нет зазора;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

2. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е.    Шатерников: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 528 с., ил.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 2009. – 440 с., ил.
4. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 336 с., ил.
5. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. – М.: Высшая шк. – 2006 г.
6. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. – М.: Высшая шк. – 2007 г.