Что делает индуктивность в электронике. Как работает катушка зажигания в автомобиле? Схема замещения катушки с последовательным соединением элементов

Катушка индуктивности является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Накопленная энергия в индуктивности

Как известно магнитное поле обладает энергией. Аналогично тому, как в полностью заряженном конденсаторе существует запас электрической энергии, в индуктивной катушке, по обмотке которой течет ток, тоже существует запас — только уже магнитной энергии.

Энергия, запасенная в катушке индуктивности равна затраченной энергии необходимой для обеспечения протекания тока I в противодействии ЭДС. Величина запасенной энергии в индуктивности можно рассчитать по следующей формуле:

где L — индуктивность, I — ток, протекающий через катушку индуктивности.

Гидравлическая модель

Работу катушки индуктивности можно сравнить с работой гидротурбины в потоке воды. Поток воды, направленный сквозь еще не раскрученную турбину, будет ощущать сопротивление до того момента, пока турбина полностью не раскрутится.

Далее турбина, имеющая определенную степень инерции, вращаясь в равномерном потоке, практически не оказывая влияния на скорость течения воды. В случае же если данный поток резко остановить, то турбина по инерции все еще будет вращаться, создавая движение воды. И чем выше инерция данной турбины, тем больше она будет оказывать сопротивление изменению потока.

Также и индуктивная катушка сопротивляется изменению электрического тока протекающего через неё.

Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Схемы соединения катушек индуктивностей

Параллельное соединение индуктивностей

Напряжение на каждой из катушек индуктивностей, соединенных параллельно, одинаково. Эквивалентную (общую) индуктивность параллельно соединенных катушек можно определить по формуле:

Последовательное соединение индуктивностей

Ток, протекающий через катушки индуктивности соединенных последовательно, одинаков, но напряжение на каждой катушке индуктивности отличается. Сумма разностей потенциалов (напряжений) равна общему напряжению. Общая индуктивность последовательно соединенных катушек можно высчитать по формуле:

Эти уравнения справедливы при условии, что магнитное поле каждой из катушек не оказывает влияние на соседние катушки.

На практике катушка индуктивности имеет последовательное сопротивление, созданное медной обмоткой самой катушки. Это последовательное сопротивление преобразует протекающий через катушку электрический ток в тепло, что приводит к потере качества индукции, то есть добротности. Добротность является отношением индуктивности к сопротивлению.

Добротность катушки индуктивности может быть найдена через следующую формулу:

где R является собственным сопротивлением обмотки.

Катушка индуктивности. Формула индуктивности

• L = индуктивность в генри
• μ 0 = проницаемость свободного пространства = 4π × 10 -7 Гн / м
• μ г = относительная проницаемость материала сердечника
• N = число витков
• A = Площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах (м 2)
• l = длина катушки в метрах (м)

• L = индуктивность в нГн
• l = длина проводника
• d = диаметр проводника в тех же единицах, что и l

• L = индуктивность в мкГн
• r = внешний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Конструкция катушки индуктивности

Катушка индуктивности представляет собой обмотку из проводящего материала, как правило, медной проволоки, намотанной вокруг либо железосодержащего сердечника, либо вообще без сердечника.

Применение в качестве сердечника материалов с высокой магнитной проницаемостью, более высокой чем воздух, способствует удержанию магнитного поля вблизи катушки, тем самым увеличивая ее индуктивность. Индуктивные катушки бывают разных форм и размеров.

Большинство изготавливаются путем намотки эмалированного медного провода поверх ферритового сердечника.

Некоторые индуктивные катушки имеют регулируемый сердечник, при помощи которого обеспечивается изменение индуктивности.

Миниатюрные катушки могут быть вытравлены непосредственно на печатной плате в виде спирали. Индуктивности с малым значением могут быть расположены в микросхемах с использованием тех же технологических процессов, которые используются при создании транзисторов.

Применение катушек индуктивности

Индуктивности широко используются в аналоговых схемах и схемах обработки сигналов. Они в сочетании с конденсаторами и другими радиокомпонентами образуют специальные схемы, которые могут усилить или отфильтровать сигналы определенной частоты.

Катушки индуктивности получили широкое применение начиная от больших катушек индуктивности, таких как дроссели в источниках питания, которые в сочетании с конденсаторами фильтра устраняют остаточные помехи и другие колебания на выходе источника питания, и до столь малых индуктивностей, которые располагаются внутри интегральных микросхем.

Две (или более) катушки индуктивности, которые соединены единым магнитным потоком, образуют , являющимся основным компонентом схем работающих с электрической сетью электроснабжения. Эффективность трансформатора возрастает с увеличением частоты напряжения.

По этой причине, в самолетах используется переменное напряжение с частотой 400 герц вместо обычных 50 или 60 герц, что в свою очередь позволяет значительно сэкономить на массе используемых трансформаторов в электроснабжении самолета.

Так же индуктивности используются в качестве устройства для хранения энергии в импульсных стабилизаторах напряжения, в высоковольтных электрических системах передачи электроэнергии для преднамеренного снижения системного напряжения или ограничения ток короткого замыкания.

Катушка – неотъемлемый атрибут спиннинга. Она хранит леску и участвует в забросе, а также проводке приманки. От ее параметров во многом зависит, насколько успешно вы будете вываживать севшую на крючок рыбу.

В этой статье мы расскажем, как правильно подобрать катушку к спиннингу, чтобы рыбалка стала еще более увлекательной.

Классификация катушек

Один из главных аспектов в вопросе как выбрать катушку на спиннинг – это определение необходимого типа устройства. Всего различают три вида катушечной снасти:

• безынерционные;
• инерционные;
• мультипликаторные.

– самый востребованный и универсальный вид. Рыбаки их называют «мясорубками» .

Они многообразны, поэтому среди них всегда можно подобрать катушку к спиннингу независимо от полюбившегося вам стиля ловли.

– это модели старого типа. Поэтому в этой статье мы не будем рассматривать, как выбрать катушку этого вида.

С появлением безынерционных собратьев они потеряли свою актуальность из-за существенного недостатка: после заброса приманки барабан продолжает вращаться по инерции, образуя длинную «бороду» из лески.

подходят для троллинга и джиговой ловли. Это удачный выбор для ужения судака в ночное время. Только с мультипликатором рыболов может ощутить самые легкие прикосновения хищника к приманке даже при забросах на дальнюю дистанцию.

Мнение эксперта

Книпович Николай Михайлович

Внимание! Хороший совет о том, как выбрать катушку для спиннинга новичку: присмотритесь к безынерционным «мясорубкам». Это хороший старт для начинающего спиннингиста, который еще не определился с любимым стилем ловли рыбы.

Теперь узнаем, как правильно подобрать катушку для спиннинга с учетом параметров. Для этого рассмотрим важные характеристики устройства и выясним, на что они влияют.

Параметры катушечной снасти

Осуществляется подбор катушки для спиннинга по параметрам:

• материал и масса;
• лесоемкость и размер;
• способ укладки лески;
• передаточное число;
• плавность хода.

Иногда актуален выбор спиннинговой катушки с тормозом-фрикционом. Сделаем краткий обзор всех параметров.

Материал и масса

В вопросе как выбрать катушку для спиннинга важно учесть материал снасти. Она может быть металлической или пластмассовой . Пластмассовые модели легкие: они не утяжеляют удилище и идеально подходят для ультралайтовой ловли. При одинаковых размерах металлические собратья более увесистые. Поэтому не покупайте их для установки на легкое удилище.

Для охоты на рыбу на дальних дистанциях отдайте предпочтение металлической катушке. Леска по ней скользит лучше, а потому забрасывать приманку вдаль намного проще. Также металл более прочен по сравнению с пластмассой. А прочность – главное условие для сохранения целостности барабана. Ведь даже маленькая зазубрина может уменьшить дальность заброса на 30%.

Если же выбор бюджетной катушки для спиннинга для вас в приоритете, купите «мясорубку» или мультипликатор из пластмассы.

Лесоемкость и размер

Как узнать, какой размер катушки выбрать для спиннинга? Это зависит от длины и толщины используемой лески. Чем толще леска – тем больше должна быть катушка, и наоборот. Нет смысла брать габаритную модель, если вы будете укладывать на барабан тонкую нить: напрасно утяжелять снасть ни к чему.

Мнение эксперта

Книпович Николай Михайлович

Зоолог, гидробиолог. Увлекаюсь рыбалкой на профессиональном уровне.

Важно! Вместимость катушек указывают в тысячах. Например, число 1000 указывает на то, что данная модель вместит в себя 100 метров лески с толщиной 0,1 мм или 50 метров при диаметре в 0,2 мм. Число 3000: 100 метров при 0,3 мм, 200 при 0,15 или 300 при 0,1.

Как правильно выбрать катушку для спиннинга с учетом габаритом снасти? Для легких удилищ и ужения некрупной рыбы выбирайте модели с размером в диапазоне 1000-2500. При ловле крупной рыбы потребуется вместимость барабана от 3000 до 5000. Но это не предел. Однако размеры больше 5000 выбирают только для рыбалки на море или для охоты на рыбу рекордной массы.

Способ укладки и подачи лески

В «мясорубках» различают два способа укладки лесы:

• червячная подача (модели с бесконечным винтом);
• кривошипно-шатунная подача (аналоги с кулисой).

Оба способа при качественном исполнении механизма обеспечивают ровную намотку лески на шпулю: провалы и горбы не обнаруживаются.

Подбор катушки для спиннинга лучше произвести с учетом способа намотки лесы на барабан. Она может быть прямолинейной или перекрестной . При прямолинейной намотке витки укладываются друг на друга. Это позволяет увеличить вместимость шпули при малых размерах, но при таком способе могут сбрасываться петли и образовываться «бороды».

Таких недостатков лишена перекрестная намотка. Однако при равных габаритах по вместимости перекрестные катушки уступят прямолинейным.

Передаточное число

Это очень важный пункт в вопросе как подобрать катушку для спиннинга. сообщает, сколько оборотов делает укладчик лески при одном обороте катушечной рукоятки. Например, запись «1:5» говорит, что за 1 оборот рукоятки укладчик лески сделает 5 оборотов.

«Мясорубки» и мультипликаторы по передаточному числу бывают:

• скоростными (1:6 - 1:7,2);
• универсальными (1:4,7 - 1: 1,6);
• силовыми (1:4 - 1:4,7).

Для ужения крупных хищников подходят силовые модели, а для ультралайтовой ловли – скоростные. В остальных случаях выбор катушки для спиннинга должен останавливать на универсальных моделях.

Плавность хода

Эта характеристика во многом определяется количеством подшипников в снасти. Они обеспечивают:

• легкий ход;
• устранение люфтов;
• долгий срок службы элементов, подвергающихся трению.

Получается, выбрать катушку для спиннинга нужно с максимальным количеством подшипников? Нет, гораздо важнее не численность подшипников, а умение производителя ставить их в нужные места. Хорошая плавность хода будет в тех моделях, в которых подшипники стоят в ролике лескоукладчика и на катушечной оси. Этого достаточно.

Фрикционный тормоз: нужен ли он?

А как подобрать катушку на спиннинг, если понравились сразу две модели: с фрикционным тормозом и без него. Эта функция необходима, если на тонкую леску вам попался крупный хищник. Она стравливает лесу, если рыба совершает резкие рывки.

Вам может попасться на крючок такая добыча? Тогда фрикционный тормоз вам необходим для сохранения целостности лески. Но нужно правильно настроить фрикцион снасти: найдите грань, при которой тормоз будет срабатывать за мгновение до разрыва.

Выбор катушечной снасти по тесту удилища

А теперь о том, как подобрать катушку к спиннингу по тесту. Так называют механический параметр хлыста удилища, указывающий на диапазон допустимой массы приманок. Он определяет, какого размера должно быть катушечное устройство. Посмотреть, как выбрать катушку к спиннингу с учетом этой характеристики, можно в таблице ниже.

Производители и стоимость

В вопросе как выбрать катушку на спиннинг большую роль играет ее стоимость и производитель. В 2017 году в ТОП-7 попали следующие производители катушечных снастей.

В данной статье будут подробно описаны все критерии, на которые следует обращать внимание при покупке катушки для ультралайта. Кроме того, будут указаны самые популярные производители катушек, их цены, инструкции по установке и не только.

Катушка для ультралайта – в чем особенности

Катушка для ультралайта предназначена для совместного использования со спиннингом для ультралайта, с помощью которого вылавливают небольшую хищную рыбу. Вообще, термин ультралайт означает легкая снасть, поэтому и удочка и катушка должны быть очень легкими.

Особенности катушек для ультралайта, которые отличают ее от других видов катушек:

• очень маленький вес по сравнению с другими катушками;
• наличие нескольких типов фрикционного тормоза;
• подготовлены для работы с ультралегкими приманками, вес которых составляет от 0,5 до 4,5г;
• устройство катушки гарантирует предельную упорядоченность и податливость работы шпули, создавая условия для ровного разделения лески по всей плоскости шпули, без углублений или зацепов посредине или по краешкам;
• высокий уровень качества работы катушки с леской;
• максимальная точность и сбалансированность работы механизма катушки в действии;
• очень чувствительный фрикционный тормоз, который может выполнять точную регулировку.

Как выбрать катушку для ультралайта

Хорошая катушка для ультралайта должна обладать такими качествами:

• быть пригонной для использования тонких лесок и легких приманок;
• качественно работать вместе с удилищем и подходить ему;
• обладать высокой работоспособностью устройства с совместной налаженностью в использовании;
• иметь хорошую чувствительность фрикционного тормоза со способностью его регулирования.

Для того чтобы правильно подобрать катушку для ультралайта, необходимо обращать на такие ее характеристики:

• размер;
• вес (не более 300 г);
• фрикцион;
• укладка лески;
• подшипники;
• стойка катушки;
• ролик лескоукладывателя;
• шпуля катушки;
• плавность хода катушки;
• мгновенный стопор обратного хода;
• материал корпуса.

Размер

Размер катушек для ультралайта определяется по размеру ее шпули. Они бывают от 1000 до 2500. Самым универсальным считается размер шпули 2000.

Вес

Вес катушки для ультралайта является одним из его основных критериев. К данному устройству подходит такое правило: чем меньший вес имеет катушка – тем лучше.

При неправильно подобранном весе катушки могут возникнуть следующие сложности:

• слишком тяжелая катушка по сравнению со слабым удилищем может привести к его поломке;
• снасть с катушкой, которая имеет непропорциональный вес будет неудобна в использовании и малоэффективна, поскольку общий баланс будет нарушен;
• из-за неравномерных нагрузок через тяжелый вес катушки могут возникнуть проблемы с управляемостью удилищем.

На сегодняшний день современные производители снижают вес катушек для ультралайта двумя способами:

• применяя новые технологии и материалы, которые могут гарантировать надежность;
• применяя доступное сырье, гарантию качества которого не может обещать ни один производитель.

Разница между этими техниками изготовления не только в надежности материалов, но и в цене. Но снасти для ультралайта в основном применяют уже профессиональные рыбаки, поэтому экономить на таких вещах будет неразумно.

Существуют некие классические соотношения, следуя которым можно правильно подобрать вес катушки:

• для спиннинга с тестом до 3,5 г катушку подбирают с весом до 160 грамм;
• для спиннинга с тестом до 5 г катушку подбирают с весом до 200 грамм;
• для спиннинга с тестом до 8 г катушку подбирают с весом до 220 грамм.

Фрикцион

Главная задача фрикциона – в нужный момент снять нагрузку с удочки и предотвратить поломку снасти.

Тип фрикционного тормоза

Типы фрикционного тормоза катушек бывают:

• передними;
• задними.

Качество фрикционного тормоза

Качество фрикционного тормоза принято определять только двумя основными критериями: особенностями настройки и чувствительностью.

Особенности настроек определяются количеством режимов и степенью прилагаемой силы для срабатывания тормоза.

Чувствительность тормоза – это способность быстро срабатывать в нужный момент.

Кроме того, дополнительным критерием фрикционного тормоза является его поведение непосредственно в работе. Он не должен издавать непонятные рывки или резкие щелчки, а должен работать быстро, но в то же время плавно.

Если работы фрикционного тормоза вызывает у вас сомнения, то такую катушку не следует приобретать.

Укладка лески

Характер укладки лески является очень важным критерием при выборе катушки.

От способа укладки лески зависят такие моменты:

• укладка лески сказывается на длине совершаемого заброса;
• укладка лески оказывает влияние на общую работоспособность фрикциона;
• влияет на срок годности самой лески.

Характеристики правильной укладки лески:

• на плоскости наслоенной лески не должно быть вмятин или холмиков;
• должна отсутствовать конусная форма наматывания;
• кольца лески не должны скрещивать предшествующие слои витков.

Как правило, плохая укладка лески может наблюдаться у недорогих низкосортных катушек. У катушек среднего класса и класса люкс таких дефектов нет.

Подшипники

Подшипники выполняют следующую роль в механизме катушки:

• минимизируют люфты;
• обеспечивают исправность работы механизма катушки;
• обеспечивают надежность и долговечность катушки.

Некоторые рыболовы считают, что, чем больше подшипников – тем большее качество катушки, но это мнение ошибочно. Для нормального функционирования катушки для ультралайта достаточно 6 подшипников. Большое количество подшипников (8,10 и более) необходимы только тогда, когда катушку будут сильно перегружать.

Стойка катушки

Стойку для катушки желательно приобретать максимально длинной, поскольку катушки с короткой стойкой позволяют буквально бить по пальцам ротору при его вращении. Кроме того, стойку нужно подбирать под индивидуальную руку рыболова, поскольку при ее пользовании у владельца не должно возникать никаких неудобств.

Поскольку ролик лескоукладывателя является одним из самых важных элементов катушки, то он должен обладать всеми нижеописанными характеристиками:

• он должен быть прочным и покрытым двумя слоями износостойкого покрытия;
• хорошо вертеться крутится под напором лески, которая движется. Если ролик не двигается четко, то будут пропилы, что в дальнейшем чревато большими проблемами с катушкой;
• он должен быть хорошо подмазан и без труда вертеться на подшипнике.

Если хоть один критерий не работает так как нужно, то не стоит приобретать такую катушку, чтобы не ошибиться в выборе.

Шпуля катушки

Шпуля катушки должна быть изготовлена из таких материалов:

• алюминия (лучший вариант);
• металла (допускается);
• графита (крайне редко).

Правильная шпуля катушки для ультралайта должна обладать такими качествами:

• бортик шпули должен быть очень твердый и вскрытый нитридом титана;
• шпуля должна быть неглубокой;
• леска должна наматываться почти что под бортик, закрывая шпулю полностью.

Плавность хода катушки

Плавность хода катушки в первую очередь сигнализирует об пригодности всего устройства в целом, хорошей смазке и работе подшипников. При покупке качественная катушка должна с первой прокрутки начать плавно работать. Если этого не происходит, то не стоит слушать советов о том, что, она со временем разработается, поскольку, как правило, катушка сходу выражает себя без всякой разработки.

Мгновенный стопор обратного хода

Мгновенный стопор обратного хода – это неотъемлемая функция качественной катушки для ультралайта. Она нужна для полного контролирования снасти при поводке, быстрой подсечки и предотвращения разматывания лески. Конечно, это неосновная функция в катушке, но с ней рыбаку будет намного проще производить вылов.

Материал корпуса

Для подбора материала корпуса следует уделить достаточно внимания. Крайне нежелательно, чтобы он был сделан из пластика или различных сплавов. Лучшим материалом для корпуса катушки считается металл с особой маркировкой Air Metal.

Модели популярных катушек для ультралайта

Бюджетные варианты

Daiwa Caprice 1500 принадлежит к относительно дешевым катушкам, но несмотря на ее цену, у нее отличный металлический корпус и отличная конструкция шпули.

Характеристики модели:

• шпуля системы ABS из алюминия;
• противозакручиватель лески Twist Buster II;
• фиксатор, предотвращающий сбрасывание дужки лесоукладывателя при забросе Bailsafe;
• количество подшипников – 4 шт.

Цена такой модели составляет 120-150 $.

Daiwa, модель Crossfire 1000 A (KDCF1000A).

Характеристики модели:

• вес – 140 грамм;
• подшипники – 4 шт.;
• размер шпули – 1000;
• дополнительная шпуля – есть;
• фрикцион – передний;
• ручка – одинарная;
• тип катушки – безынерционная.

Цена – 100-110 $.

Средний диапазон цен

Катушка компании Mitchell, модель Mag-Pro Extreme 1000 является классической по своим функциям и подходит к средним дорогим моделям.

Характеристики модели:

• лесоемкость: 130 м / 0,25 мм;
• подшипники: 9+1;
• передаточное число: 5,2:1;
• вес: 210 г;
• шпули: 2.

Цена такой модели составляет от 300 $.

Катушка Ryobi Excia MX.

Катушка безынерционная Ryobi Excia MX является лидером продаж. Её популярность у рыбаков не угасает даже со временем.

Характеристики модели:

• подшипники – 8 шариковых и 1 роликовый;
• передача катушки – 4,9/1;
• фрикцион расположен спереди;
• лесоукладывательный ролик предотвращает леску от перехлыстов;
• система компоновки металлических узлов V-metal concept, которая придает сборочным узлам монолитное единство;
• корпус катушки покрыт нитридом титана;
• наличие дополнительного фрикционного тормоза на катушке;
• быстро складывающаяся ручка на кнопочной системе.

Цена – от 200$.

Дорогие модели

К дорогим моделям можно отнести большинство продукции фирмы Shimano.

Цена на такие модели составляет от 700 до 1200 $.

Катушка Shimano 13 Nasci 1000S (13NAS1000S).

Характеристики модели:

• вес – 215 грамм;
• подшипники – 5 шт.;
• размер шпули – 1000;
• дополнительная шпуля – нет;
• фрикцион – передний;
• ручка – одинарная;
• вид катушки – безынерционная.

Установка катушки

Установку катушки нужно делать таким образом:

1. Катушку вставить в собранную удочку.
2. Леску продеть сквозь все колечки удочки начиная с самого кончика и постепенно добираясь до верхушки.
3. Шпулю осторожно снять с катушки.
4. Леску обмотать вокруг шпули и завязать двойным узлом.
5. Отбросить ободок лескоукладывателя и вставить шпулю на прежнее место, после чего закрыть ободок лескоукладывателя и вернуть его в исходное рабочее состояние.
6. Начать наматывать леску, используя ручку катушки. При этом желательно придерживать леску руками для того, чтобы она наматывалась с небольшим натягом.

1. При покупке катушки следует удостовериться в том, что к ней прилагается гарантийный талон и производитель может поручиться за качество своего товара.
2. Катушка должна быть сделана из качественного сырья (желательно из металла), не издавать скрипа или других звуков, которые могут сигнализировать о ее ненадежности.
3. Не нужно покупать катушку для ультралайта с целью использования ее на других снастях, поскольку применение катушки такой комплектации на не предназначенных для нее типа снастях, будет по крайней мере неразумно, и приведет к поломке катушки.
4. Шпуля в катушке должна быть неглубокой, на это стоит обращать внимание при ее покупке. Если леска проваливается в шпуле, то это будет мешать совершать дальние забросы удочки.
5. Катушку нужно устанавливать на удочку в правильной последовательности (не переставлять местами шаги установки).

Реальная катушка в отличии от идеальной имеет не только индуктивность, но и активное сопротивление, поэтому при протекании переменного тока в ней сопровождается не только изменением энергии в магнитном поле, но и преобразованием электрической энергии в другой вид. В частности, в проводе катушки электрическая энергия преобразуется в тепло в соответствии с законом Ленца - Джоуля.

Ранее было выяснено, что в цепи переменного тока процесс преобразования электрической энергии в другой вид характеризуется активной мощностью цепи Р , а изменение энергии в магнитном поле - реактивной мощностью Q .

В реальной катушке имеют место оба процесса, т. е. ее активная и реактивная мощности отличны от нуля. Поэтому одна реальная катушка в схеме замещения должна быть представлена активным и реактивным элементами.

Схема замещения катушки с последовательным соединением элементов

В схеме с последовательным соединением элементов реальная катушка характеризуется активным сопротивлением R и индуктивностью L.

Активное сопротивление определяется величиной мощности потерь

R = P/I 2

а индуктивность - конструкцией катушки. Предположим, что ток в катушке (рис. 13.9, а) выражается уравнением i = I m sinωt . Требуется определить напряжение в цепи и мощность.
При переменном токе в катушке возникает э. д. с. самоиндукции e L поэтому ток зависит от действия приложенного напряжения и эдс e L. Уравнение электрического равновесия цепи, составленное по второму закону Кирхгофа, имеет вид:

Приложенное к катушке напряжение состоит из двух слагаемых,одно из которых u R равно падению напряжения в активном сопротивлении, а другое u L уравновешивает эдс самоиндукции.

В соответствии с этим катушку в схеме замещения можно представить активным и индуктивным сопротивлениями, соединенными последовательно (рис. 13.9, б).
Дополнительно заметим, что оба слагаемых в правой части равенства (13.12) являются синусоидальными функциями времени. Согласно выводам полученных в этих предыдущих двух ( , ) статьях получим — u R совпадает по фазе с током, U L опережает ток на 90°.

u = R*I m sinωt + ωLI m sin(ωt+π/2).

Векторная диаграмма реальной катушки и полное её сопротивление

Несовпадение по фазе слагаемых в выражении (13.12) затрудняет определение амплитуды и действующей величины приложенного к цепи напряжения U. Поэтому воспользуемся векторным способом сложения синусоидальных величин. Амплитуды составляющих общего напряжения

U mR = RI m ; U mL = ωLI m ,

а действующие величины

U R = RI; U L = X L I .

Вектор общего напряжения

U = U R + U L

Для того чтобы найти величину вектора U , построим векторную диаграмму (рис. 13.10, а), предварительно выбрав масштабы тока Mi и напряжения Мu.

За исходный вектор диаграммы принимаем вектор тока I . Направление этого вектора совпадает с положительным направлением оси, от которой отсчитываются фазовые углы (начальная фаза заданного тока Ψi =0). Как и ранее, эту ось удобно (но не обязательно) направить по горизонтали.

Вектор U R по направлению совпадает с вектором тока I , а вектор U L направлен перпендикулярно вектору I с положительным углом.

Из диаграммы видно, что вектор тока I общего напряжения U отражает вектор тока I на угол φ >0, но φ <90°, а по величине равен гипотенузе прямоугольного треугольника, катетами которого являются векторы падений напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях U R и U L :

U R = Ucosφ

Проекция вектора напряжения U на направление вектора тока называется активной составляющей вектора напряжения и обозначается U a . Для катушки по схеме рис. 13.9 при U a = U R

U = Usinφ (13.14)

Проекция вектора напряжения U на направление, перпендикулярное вектору тока, называется реактивной составляющей вектора напряжения и обозначается U p . Для катушки U p = U L

При токе i = Imsinωt уравнение напряжения можно записать на основании векторной диаграммы в виде

U = U m sin(ωt+φ)

Стороны треугольника напряжений, выраженные в единицах напряжения, разделим на ток I . Получим подобный треугольник сопротивлений (рис. 13.10, б), катетами которого являются активное R = U R /I и индуктивное X L = U L /I , сопротивления, а гипотенузой величина Z = U/I .

Отношение действующего напряжения к действующему току данной цепи называется полным сопротивлением цепи.
Стороны треугольника сопротивлений нельзя считать векторами, так как сопротивления не являются функциями времени.
Из треугольника сопротивлений следует

Понятие о полном сопротивлении цепи Z позволяет выразить связь между действующими величинами напряжения и тока формулой, подобной формуле Ома:

Из треугольников сопротивления и напряжения определяются

cosφ = U R /U = R/Z; sinφ = U L /U = X L /Z; tgφ = U L /U R = X L /R. (13.18)

Мощность реальной катушки

Мгновенная мощность катушки

p = ui = U m sin(ωt+φ) * I m sinωt

Из графика мгновенной мощности (рис. 13.11) видно, что в течение периода мощность четыре раза меняет знак; следовательно, направление потока энергии и в данном случае в течение периода меняется. Относительно некоторой оси t’ , сдвинутой параллельно оси t на величину Р, график мгновенно мощности является синусоидальной функцией двойной частоты.
При положительном значении мощности энергия переходит от источника в приемник, а при отрицательном - наоборот. Нетрудно заметить, что количество энергии, поступившей в приемник (положительная площадь), больше возвращенной обратно (отрицательная площадь).

Следовательно, в цепи с активным сопротивлением и индуктивностью часть энергии, поступающей от генератора, необратимо превращается в другой вид энергии, но некоторая часть возвращается обратно. Этот процесс повторяется в каждый период тока, поэтому в цепи наряду с непрерывным превращением электрической энергии в другой вид энергии (активная энергия) часть ее совершает колебания между источником и приемником (реактивная энергия).

Скорость необратимого процесса преобразования энергии оценивается средней мощностью за период, или активной мощностью Р, скорость обменного процесса характеризуется реактивной мощностью Q.

Согласно выводам полученных в этих предыдущих ( , ) статьях — в активном сопротивлении P = U R I Q = 0; а в индуктивном Р = 0; Q = U L I.

Активная мощность всей цепи равна активной мощности в сопротивлении R, а реактивная - реактивной мощности в индуктивном сопротивлении X L . Подставляя значения U R = Ucosφ и U L = Usinφ , определяемые из треугольника напряжений по формулам (13.18), получим:

P = UIcosφ (13.19)

Q = UIsinφ (13.20)

Кроме активной и реактивной мощностей пользуются понятием полной мощности S , которая определяется произведением действующих величин напряжения и тока цепи;

S = UI = I 2 Z (13.21)

Величину полной мощности можно получить из выражения (13.22), которое легко доказать на основании формул (13.19) и (13.20):

Для реальной катушки можно составить и другую расчетную схему - с параллельным соединением двух ветвей: с активной G и индуктивной B L проводимостями. На рис. 13.12, б эта схема показана в сравнении со схемой последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений (рис. 13.12, а), рассмотренной ранее.
Покажем, что схемы рис. 13.12, а, б эквивалентны в том смысле, что при одинаковом напряжении сохраняются неизменными ток в неразветвленной части цепи, активная и реактивная мощности.

Вектор тока I можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие и в соответствии со схемой и векторной диаграммой на рис. 13.12, б выразить векторным равенством

I = I G + I L (13.24)

Для схемы параллельного соединения активного и индуктивного элементов общим является приложенное напряжение, а токи разные: I G -ток в ветви с активной проводимостью, по фазе совпадает с напряжением; I L - ток в ветви с индуктивной проводимостью, по фазе отстает от напряжения на угол 90°.

Вектор тока I и его составляющие I G и I L образуют прямоугольный треугольник, поэтому

Составляющая тока в активном элементе

I G = Icosφ

Проекция вектора тока I на направление напряжения называется активной составляющей вектора тока и обозначается I а . Для катушки по схеме на рис. 13.12, б I a = I G .

Составляющая тока в реактивном элементе

I L = Isinφ

Проекция вектора тока I на направление, перпендикулярное вектору напряжения, называется реактивной составляющей вектора тока и обозначается Iр . Для катушки I р = I L .

Стороны треугольника токов, выраженные в единицах тока, можно разделить на напряжение U и получить подобный треугольник проводимостей, катетами которого являются активная G = I G /U и индуктивная В L = I L /U проводимости, а гипотенузой - величина Y = I/U , называемая полной проводимостью цепи.

Из треугольника проводимостей и с учетом ранее полученных выражений из треугольника сопротивлений получим

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности . Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – и .

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку:), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный 🙂

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока .

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость 🙂 Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции . Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: , title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="12" width="39" style="vertical-align: 0px;">, участок 3-4: title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="12" width="41" style="vertical-align: 0px;">, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

Где – круговая частота: . – это .

Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто 🙂 По 2-му закону Кирхгофа:

А следовательно:

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе () друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались 🙂

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!