Как рассчитать сопротивление катушки

Калькулятор индуктивного сопротивления катушки

При подключении катушки индуктивности в цепь переменного тока, под действием изменяющегося напряжения на обмотке, происходят изменения этого тока с определенной частотой. Эти изменения вызывают генерацию магнитного поля, которое периодический возрастает или убывает. В результате в катушке индуцируется встречное напряжение (ЭДС самоиндукции), препятствующее изменениям тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока. Противодействие протеканию тока получило название индуктивного сопротивления X_L.

X _L — сопротивление, Ом; f — частота, Гц; I — индуктивность, Гн.

Электрическое сопротивление катушки индуктивности — это отношение действующих значений напряжения и тока. Оно прямо пропорционально индуктивности и частоте изменения тока. Фазы кривых тока и напряжения на катушке индуктивности смещены на 90 градусов, при этом ток отстает от напряжения.

Расчет индуктивного сопротивления

Для расчета введите значение индуктивности расчетной катушки и частоту переменного тока

В калькуляторе активное сопротивление обмотки катушки принято как пренебрежимо малая величина по сравнению с ее индуктивным сопротивлением.

Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом.
Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!

• • Магазины и оптовые отделы
  • Видео
  • Новости
  • Каталог производителей
  • Каталоги автозапчастей
  • Акции и спецпредложения
  • Калькуляторы
  • Обратная связь
  • История компании
  • «ЧИП и ДИП» сегодня
  • 28 лет в сфере e-com
  • Контактная информация
  • Реквизиты АО «ЧИП и ДИП»
  • Дистрибьюция
  • Планируете стать поставщиком?
  • Работа в «ЧИП и ДИП»
  • Как сделать заказ
  • Способы доставки
  • Способы оплаты
  • Состояние заказа
  • Редактирование заказа
  • Возврат и обмен товара
  • Для юридических лиц

  Как рассчитать сопротивление катушки

  
  Пример 2. Расчёт активного сопротивления катушки

  Пусть дана катушка без сердечника из Примера 1. Необходимо посчитать её активное сопротивление.
  Определить активное сопротивление можно через электрические (омические) потери.

  

  

  где ρ = 1,7∙10 -8 Ом∙м – удельная проводимость материала (в данном случае — меди), l – длина проводника, м, S – площадь поперечного сечения проводника, м2.

  Определим длину проводника. Для этого рассчитаем длину витка и умножим её на число витков. При этом длина витка будет равна длине окружности:

  

  Определим площадь поперечного сечения проводника. В реальности проводник имеет круглое сечение, Maxwell же рассчитывает потери для всей области занятой катушкой, т.е. предполагается, что проводники полностью заполняют область. В случае, если необходим точный расчёт для катушек, намотанных проводом круглого сечения, каждый проводник катушки должен быть прорисован отдельным объектом.
  Исходя из вышесказанного, будем условно считать, что катушка намотана проводником прямоугольного сечения. В этом случае площадь поперечного сечения проводника будет определяться:

  

  Определим сопротивление обмотки:

  

  Модель Построим геометрию модели из Примера 1 в 3D. Для этого нажимаем ПКМ на проекте модели 2D примера 1 и выбираем Create 3D Design. После чего модель будет автоматически преобразована в 3D.

  1. Создадим сечение для задания возбуждения катушки.

  Для этого выделим объект катушки и применим к нему операцию «сечение» (меню Modeler > Surface > Section, выбираем плоскость сечения YZ). Получим объект, состоящий из двух сечений. Для задания возбуждения необходимо одно сечение, поэтому разделим получившийся объект (меню Modeler > Boolean > Separate Bodyes). Второе сечение не нужно, и его можно удалить.
  Последнему сечению назначим величину тока, равную 10 ампер-виткам (ПКМ по сечению > Assign Excitation > Current > Value), тип обмотки – распределённая (Stranded).

  2. Задание граничных условий.

  

  В 3D постановке задачи в Maxwell по умолчанию действует условие обнуления поля на границах модели. В отличии от 2D постановки задачи открытых границ (условие Balloon) в 3D нет. Поэтому расчётную область иногда приходится увеличивать до тех пор, пока результат расчёта модели не перестанет ощутимо изменяться.
  Создадим область для расчёта: Create Region (Создание региона), в открывшемся окне выберем Pad Individual Direction и по каждой оси отступим 40% от объектов модели:

  

  Граничные условия для модели не задаём, т.к. действует граничное условие по умолчанию (присваивается нулевая величина поля на границе расчётной модели).

  3. Создание сетки элементов и задания на расчёт.

  Далее – создаём сетку конечных элементов, предварительно выделив все объекты модели (Assign Mesh Operation > Inside Selection > Length Based… )
  Создаём новое задание на расчёт с параметрами по умолчанию (ПКМ на Analysis > Add Solution Setup)

  Запускаем задачу на расчёт.

  

  Рисунок П.2.1 – 3D модель рассчитываемой катушки

  4. Расчёт омических потерь катушки.

  Запустим калькулятор поля (ПКМ на Field Overlays > Calculator…)

  

  В калькуляторе поля (Рисунок П.2.2), необходимо задать следующее выражение:

  

  

  Рисунок П.2.2 – Калькулятор поля Maxwell

  

  где V – объём, в котором рассчитываются потери (обмотка);
  — вектор плотности тока в обмотке;
  σ = 1/ρ = 58∙10 6 См/м – удельная проводимость материала (в данном случае — меди).

  Запишем искомое выражение в калькуляторе поля, набрав следующую последовательность команд:

  Quantity > J	Выбираем вектор плотности тока
  Push	Дублируем
  Number > Scalar > Value 58000000	Вводим величину удельной проводимости меди
  /	Делим плотность тока на проводимость
  Dot	Перемножаем
  Geometry > Volume > Coil	Выбираем объём катушки (вместо Coil выбрать название катушки)
  	Интегрируем выражение по объёму.

  В строке выражений получится:

  Scl : Integrate(Volume(Coil), Dot(, /(, 58000000)))

  Получившееся выражение сохраняем в качестве переменной (Named Expression): PowerLoss (кнопка Add..)

  Разделим получившиеся потери на квадрат тока ( I = 1 А ) в проводнике (выбираем PowerLoss в списке переменных > Copy to Stack > Eval > Number > Scalar > 1 > / (операция деления).

  Получим результат: R = 0,022687 Ом.

  Сравним с теоретическим результатом: R = 0,02244 Ом, погрешность составила: 0,1%.

  Примечание: Нельзя забывать, что сечение электропроводящего материала в катушках, намотанных проводником круглого сечения, не будет соответствовать реальному сечению катушки. Поэтому нельзя в модели строить сечение катушек по реальным данным, т.к. это приведёт к уменьшению активного сопротивление катушки. В модели сечение катушки должно совпадать с сечением электропроводящего материала (медь, алюминий). Это сечение можно рассчитать, перемножив сечение провода на число витков в катушке.

  Автор материалов: Drakon (С) 2014. Редактор: Админ

  Что такое индуктивное сопротивление

  В электрических цепях существует три вида сопротивления. Это активное, которое действует как при постоянном, так и при переменном токе, а также два вида реактивного — индуктивное и емкостное сопротивление. Умея их определять, можно посчитать полное сопротивление, которое также называют импедансом. От чего зависит индуктивное сопротивление и по какой формуле рассчитывается, будет рассмотрено в статье.

  

  Виды сопротивления в электрической цепи

  Если используется постоянный ток, то рассматривается только обычное сопротивление, которое также называется активным или омическим. При переменном существует не только активное, но и реактивное сопротивление. Последнее бывает индуктивным и емкостным. Его величина определяется по соответствующим формулам. Сопротивление называется реактивным потому что не вызывает безвозвратных потерь энергии.

  В цепях переменного тока полное сопротивление представляет собой сумму омического, индуктивного и емкостного сопротивлений. Определить его можно по правилам векторного сложения слагаемых. Если рассматривать цепь, которая не содержит конденсаторов, то основную роль будет играть реактивное сопротивление катушки индуктивности.

  

  Что такое индуктивное сопротивление

  Когда по цепи течёт ток, то движущиеся заряды создают магнитное поле. При постоянном токе оно не будет меняться во времени. Если же происходит уменьшение или увеличение тока, то возникает явление самоиндукции. Она тормозит изменение электротока, тем самым уменьшая его. При этом сопротивление выражается через индуктивность.

  Если имеется катушка, то индуктивное сопротивление в цепи создает она. Его значение зависит от частоты тока. Чем она больше, тем выше индуктивное сопротивление катушки.

  Ещё одной особенностью является сдвиг фазы. Активное сопротивление не имеет смещения по отношению к питающему напряжению, емкостное запаздывает на 90 градусов, а индуктивное опережает напряжение на эту же величину.

  

  Катушка индуктивности

  Эта деталь обычно имеет сердечник цилиндрической или тороидальной формы, на который многократно намотан провод. Основной характеристикой катушки является индуктивность.

  Как известно, магнитное поле создаётся движущимися электрическими зарядами. Даже если постоянный ток идёт по проводу, вокруг него создаётся магнитное поле. Оно создаёт препятствия для изменения тока в те моменты, когда меняется само, чему можно не удивляться, зная о существовании индуктивного сопротивления. Для постоянного тока это происходит в моменты включения и выключения.

  Если питающее напряжение переменное, то изменения происходят непрерывно. Основная задача катушки индуктивности — увеличивать напряженность магнитного поля. Она имеет не только индуктивное, но и обычное сопротивление. Однако при расчётах его считают пренебрежимо малым.

  

  Формула индуктивного сопротивления

  Рассматриваемое сопротивление тем больше, чем выше частота тока и индуктивность. Эту зависимость легко объяснить. Большая частота подразумевает высокую скорость изменения магнитного поля, которая усиливает эффект самоиндукции. Увеличение индуктивности соответствует более сильному магнитному полю.

  Индуктивное сопротивление обозначается как X_L. Обозначение буквой Х используется для любого реактивного сопротивления. То, что оно индуктивное подтверждает буква L. Его единица измерения — Ом. Чтобы рассчитать значение, понадобится формула индуктивного сопротивления:

  

  В этой формуле буквами F и L обозначаются частота переменного тока и индуктивность катушки соответственно. Индуктивность измеряется в Генри, сокращенно Гн.

  Чтобы найти полное сопротивление в контуре, состоящем из резисторов и катушки, необходимо сложить активную и реактивную составляющую, воспользовавшись правилом прямоугольного треугольника. Один катет такого треугольника соответствует активному сопротивлению, а второй — реактивному. Гипотенуза — это полное сопротивление или импеданс. Его значение рассчитывается по теореме Пифагора.

  

  • X_L — это индуктивное сопротивление, которое определяется формулой, приведённой выше.
  • R — активное сопротивление. Для его вычисления следует воспользоваться законом Ома.

  Произведение 2πF в формуле сопротивления называют также круговой частотой. Ее обозначают буквой ω. С учетом этого формулу для определения индуктивного сопротивления можно записать так: X_L = ω×L.

  

  Практическое использование

  Одним из распространённых применений индуктивного сопротивления катушки является создание фильтров. В сложных системах могут возникать шумы на высоких частотах, которые снижают качество передачи сигнала. Это может быть актуально, например, для акустических систем, зависящих от качества воспроизведения звуковых сигналов. В этом случае выручает то, что индуктивное сопротивление определяется частотой тока.

  Электротоки разной частоты, проходящие через катушку, вызывают в ней разное индуктивное сопротивление. Оно тем больше, чем выше частота переменного тока. При нулевой частоте, то есть, установившемся постоянном ток, индуктивное сопротивление также равно нулю.

  

  Сигналы пропускают через фильтр с индуктивным сопротивлением, препятствующим прохождению сигналов нежелательной частоты. Чтобы преградить путь низкочастотным звуковым сигналам, используют катушки со стальными сердечниками, высокочастотным — без сердечников. Такие катушки называются дросселями, соответственно, низкой и высокой частоты.

  В рассматриваемой ситуации удобно одновременно использовать еще и ёмкостное сопротивление, зависящее также от частоты тока. Но оно с ее увеличением уменьшается. Таким образом, с помощью фильтров можно избавляться от нежелательных шумовых сигналов.

  

  Ещё одно важное применение рассматриваемого явления — трансформатор. Та самая самоиндукция, которая тормозит прохождение тока, благодаря создаваемому сопротивлению в этом устройстве играет положительную роль.

  В трансформаторе используется сердечник и две обмотки. На первичную обмотку поступает переменное напряжение питания, а на вторичной генерируется индукционный ток. Наличие индукционных токов определенной величины необходимо для работы многих электроприборов.

  С помощью трансформатора можно, например, преобразовать 220 В сетевого питания в 12 В, которые необходимы для электропитания стереосистемы. Такая подстройка определяется соотношением количества витков на первичной и вторичной обмотках.

  Катушка представляет собой источник ЭДС. Эту ее особенность используют в индукционных плитах. Электромагнитные волны, создаваемые катушкой, нагревают кухонную посуду и их содержимое. По такому же принципу работают и печи на сталелитейных заводах.

  Зная, что собой представляет такое явление, как индуктивное сопротивление, его можно использовать для расчета параметров различного электротехнического и энергетического оборудования.

  Что такое активное сопротивление катушки

  Одной из наиболее важных радиотехнических деталей является катушка индуктивности. Статья раскроет тему, что такое активное сопротивление катушки. Также будет дана информация о назначении и принципе действия этого элемента, приведена формула расчета сопротивления.

  Катушка

  Катушка индуктивности представляет собой металлический или ферритный сердечник, на который намотано несколько витков медного провода. Элемент обладает следующими свойствами:

  1. За счет индуктивности ограничивается скорость изменения токов.
  2. С увеличением частоты тока катушка способна увеличить свое сопротивление (скин-эффект).
  3. Создает магнитное поле.
  4. Увеличивает и накапливает напряжение.
  5. Создает сдвиг фаз переменного тока.
  6. Пропорционально скорости движения тока создает ЭДС самоиндукции.

  

  Все эти свойства находят применение при разработке радиоприемных устройств, генераторов частоты, тестеров, магнитометров и других видов сложного оборудования.

  Конструкция и разновидности

  Все типы катушек индуктивности имеют одинаковую конструкцию, независимо от области их использования. Особенности, внесенные для получения индивидуальных параметров, влияют на тип детали.

  1. Соленоид. Компонент с увеличенной общей длиной обмоточного провода. Обмотка больше диаметра детали.
  2. Тороидальная. В такой катушке соленоид выполнен в форме «тора».
  3. Многослойный тип, имеет несколько рядов обмотки.
  4. Секционированная. Обмотка имеет несколько разделенных секций, иногда из провода разного сечения. Наиболее известной катушкой этого типа является трансформатор или дроссель.
  5. Универсальная, может совмещать сразу несколько вариантов обмотки.

  

  Независимо от конструкции, все катушки работают по одному и тому же принципу.

  Принцип работы

  Катушка индуктивности работает только при прохождении электрического тока через набор витков обмотки. При подключении элемента к электрической цепи, по витку начинает двигаться ток. За счет взаимодействия провода с металлическим сердечником создается магнитный поток. Поток полностью пропорционален индуктивности катушки и величине тока. Величину магнитного потока можно рассчитать по следующей формуле: Ф=L×I.

  Элементами формулы являются:

  1. «Ф» — величина магнитного потока.
  2. «L» — индукция.
  3. «I» — величина тока.

  

  Количество витков влияет на величину ЭДС самоиндукции. Витки взаимодействуют не только с сердечником, но и между собой, что приводит к увеличению ЭДС.

  В цепи переменного напряжения, величина ЭДС способна спровоцировать разность фаз напряжения и тока вплоть до 90 градусов.

  Индуктивность

  Индуктивностью катушки является способность к накапливанию электричества. Этот параметр зависит от:

  1. Числа витков.
  2. Сечения и длины провода.
  3. Конструктивных особенностей детали.
  4. От материала, длины, диаметра и формы сердечника.
  5. От расстояния между витками.
  6. Наличия экрана.

  В радиоэлектронике не принято указывать значение индуктивности. Производители маркируют детали числом витков и указывают тип сердечника.

  Активное сопротивление

  Катушка индуктивности, не подключенная к электрической цепи, имеет только активное сопротивление.

  

  Оно создается медным проводом и зависит от его длины, сечения. Активное сопротивление способно нарастать только после подключения в цепь. В этом случае процессы, протекающие внутри элемента, зависят от типа тока.

  Постоянный ток

  В подключенной к постоянному току катушке индуктивности создается магнитное поле. Его величина зависит от числа витков на сердечнике. При этом, ЭДС самоиндукции возникает при движении магнитного потока, который в зависимости от своей силы и скорости, выталкивает часть напряжения на поверхность обмотки.

  

  За счет образования ЭДС, возникает эффект занижения нарастания тока в этой цепи. Ток, имея определенную силу, не способен нарасти мгновенно, так как на него действует сопротивление катушки. Постепенно преодолевая ограничение, ток плавно нарастает и достигает нормальных значений. Скорость такого переходного процесса рассчитывается с использованием следующих значений:

  • «L» — индуктивность, генри;
  • «R» — сопротивление электрической цепи, ом. Берется значение всей схемы с катушкой;
  • «t» — время переходного процесса, сек.

  Формула расчета выглядит следующим образом: t=L/R. В этой формуле также используется число витков элемента. Например, t=5×0.7/70=0.05 секунд, где 5 — число витков.

  Для катушек индуктивности с первичной и вторичной обмоткой, ЭДС индуктивности протекает немного иным способом. Это различие создается за счет разницы сечений витков. В такой детали ЭДС не препятствует увеличению напряжения, а направляется вместе с прерванным током в одном направлении.

  В трансформаторах первичная обмотка создает эффект сильного увеличения напряжения на контактах выхода. Этого удается достичь за счет изменения силы тока на первичной обмотке. Учитывая мгновенно изменение силы тока (одномоментное размыкание), во вторичной обмотке наводится импульс э.д.с амплитудой в десятки киловольт. Примером такого явления является катушка зажигания автомобиля. Ее магнитное поле позволяет достичь напряжения в тысячи вольт, несмотря на то, что сама она работает от аккумулятора с напряжением 12 вольт.

  Переменный ток

  Переменный ток сильно отличается от постоянного. Поэтому и его влияние на катушку индуктивности так же будет сильно отличаться. Помимо активного сопротивления, катушка подключенная к источнику переменному току, обладает еще и индуктивным.

  

  Активное сопротивление не подключенной в цепь катушки зависит только от марки провода, его длины и сечения. При замере сопротивления отключенной от цепи катушки, тестер покажет только способность самого провода сопротивляться прохождению тока. По своей сути, активное сопротивление этого элемента будет равно 0 + подключенный резистор. При таком соотношении, катушка с ее 0 сопротивлением является идеальной. Для более точного измерения сопротивления в состоянии покоя, важно чтобы деталь была полностью отключена от цепи. При замере на схеме, сопротивление будет увеличено за счет параметров других радиодеталей.

  

  Индуктивное сопротивление возникает только после подключения катушки в цепь переменного тока. Оно зависит от частоты тока и числа витков. Индуктивное сопротивление можно определить, используя простую формулу: XL=2×π×f×L. В данном выражении:

  1. «XL» — индуктивное сопротивление.
  2. «π» — число «пи», равное 3.14.
  3. «f» — частотная характеристика тока.
  4. «L» — индуктивность.

  При прохождении переменного тока по виткам катушки, создается эффект вытеснения магнитными потоками доли токов. Это свойство схоже с влиянием постоянного тока. Главное отличие заложено в боковом вытеснении. Магнитное поле каждого витка оказывает давление на поле последующего витка. Таким образом происходит увеличение активного сопротивления.

  Данный эффект увеличивается в зависимости от сечения провода, его проводимости и температуры. Эффект близости, сильно влияющий на увеличение активного сопротивления, снижают за счет подбора сечения обмоточного провода. Снижение эффекта близости недопустимо за счет увеличения расстояния между витками. Такой подход влияет на реактивное сопротивление и мощность магнитного поля.

  

  В итоге активное сопротивление при подключении катушки к источнику переменного тока обладает следующими свойствами:

  1. Взаимодействует с параметрами индуктивного сопротивления.
  2. Способно занижать скорость магнитного потока.
  3. Создает сдвиг фаз напряжения и тока.
  4. При работе в условиях больших токов, активное сопротивление катушки увеличивает температуру самого компонента и всей цепи в целом. Нагрев часто происходит по причине непрочных контактов, неправильно подобранного сечения проводов на выходе и сильной нагрузки в общей сети.

  В электротехнике существует ряд разновидностей экранированных катушек индуктивности. Такие экран часто делают из стали или алюминия. Они необходимы для снижения воздействия магнитного поля на ближайшие элементы схемы. У экранов есть и обратная функция. С помощью них катушка защищает себя от воздействия смежных компонентов схемы. Таким образом производители могут уменьшить определенную часть помех. Воздействие магнитного поля неэкранированной катушки можно услышать, например, если поднести элемент к включенному радиоприемнику. У экрана есть и один существенный недостаток. Он сильно увеличивает активное сопротивление самой детали.

  Замер сопротивления и формула расчета

  Замерить активное сопротивление катушки индуктивности можно только в обесточенном виде. Делается это при помощи мультиметра.

  1. Мультиметр надо перевести в режим омметра.
  2. Красный измерительный щуп соединить с первым выходом катушки.
  3. Черный измерительный щуп соединить со вторым выходом.
  4. Прибор покажет только активное сопротивление обмотки.

  

  При помощи тестера можно определить только целостность витков. Если элемент включен в цепь под напряжением, то величину сопротивления находят за счет простого вычисления по формуле: Z=U/I.

  Для расчета по этой формуле, при помощи тестера определяют сначала величину тока (I) и напряжения (U). Активное сопротивление измеряется в Омах.

  Зная формулу расчета активного и индуктивного сопротивления, полное сопротивление элемента может быть найдено с помощью формулы:

  В этом выражении R является активным сопротивлением, а XL — индуктивным.

  Заключение

  Расчет активного сопротивления катушки несет в себе большую практическую пользу. Радиолюбители и инженеры могут определить наименьший коэффициент сопротивляемости элемента, что помогает настроить частотные характеристики электронной аппаратуры.

  Похожие публикации:

  1. Из чего делают резину для колес автомобилей
  2. Какая комбинация позволяет выделить весь текст
  3. Какая система называется изолированной
  4. Что такое интерференция света