 |
Электрический и конструкторский Расчет катушки индуктивности
|
|
|
|
Создание оптимальной катушки индуктивности является довольно сложной задачей из-за противоречивого характера предъявляемых к ним требованиям и состоит в следующем:
1) выбор материала и обоснование конструкции;
2) расчета числа витков;
3) определение конструктивных размеров и уточнение электрических параметров конструкции.
Выбор материала и обоснование конструкции
Материал, из которого изготовлена обмотка катушки индуктивности, должен обладать низким удельным сопротивлением и сравнительно не большим коэффициентом линейного расширения. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет медь имея:
; 
.
Намотку следует осуществлять проводом типа ПЭВ, так как он применяется на высоких частотах. Примем к расчету следующий провод:
ПЭВ-2 ГОСТ 16186 – 74.
Данный тип провода выбран из следующих соображений; при увеличении частоты глубина проникновения токов уменьшается, этот процесс, для средней частоты рабочего диапазона равный 5 МГц, можно описать как
,
отсюда следует, что нет смысла для данного рабочего диапазона использовать провод большего диаметра.
В качестве материала каркаса используем полистирол диаметром 10мм.
Конструкция катушки индуктивности определяется назначением и условиями эксплуатации. Так для данной катушки индуктивности (данные которой приведены в техническом задании) нужно указать ряд конструктивных решений:
1) выполнить обмотку на каркасе с сердечником – это даст возможность подстройки величины индуктивности, в зависимости от того магнитный или немагнитный сердечник величина добротности увеличится либо уменьшится;
2) выполнить экранирование катушки индуктивности – это конструктивное решение снизит влияние внешних полей, уменьшит добротность.
|
|
|
Расчет числа витков
Расчет числа витков и определение размеров катушки с цилиндрическим сердечником произвели по формулам, применяемым для расчёта катушки без сердечника. Обеспечили подстройку индуктивности (номинальная – 20 мкГн) на 
5%.
Приняли расчетную индуктивность равную 21 мкГн.
Расчет числа витков однослойной обмотки осуществили по методу предложенному В.А. Волговым и изложенному в [1]. Число витков можно определить, если известны диаметр и длина намотки по формуле
, (3.1)
где D – диаметр обмотки (данный параметр выбираться из производственных возможностей), в см;
L – индуктивность катушки (заданная величина), в мкГн;
L0 - коэффициент формы (табличное значение).
Диаметр обмотки выбран из соображений целесообразности, а именно: диаметр обмотки катушки индуктивности будет соответствовать, внешнему диаметру стандартного сердечника из карбонильного железа Р-100.
Умножим и разделим правую часть выражения 
, на 
. Получим
, (3.2)
Величину 
обозначим через 
– определяет количество витков, приходящихся на единицу длины намотки, которое определяется как
(3.3)
где a - коэффициент не плотности намотки, определяется из условия
выбранного диаметра в изоляции;
- диаметр провода в изоляции.
Так, для выбранного провода ПЭВ - 2 
(из источника [3]), данному значению соответствует a=1,3 (из источника [1], приложение). Тогда принимая во внимание формулу (3.3) получим
(3.4)
Произведение 
обозначим как 
– определяется соотношение длины и диаметром намотки. Учитывая принятые обозначения, получим формулу:
, (3.5)
Из формулы (3.5) следует выражение
, (3.6)
Учитывая выражения (3.2) и (3.6) подставляя числовые значения в (3.6), получим
(3.7)
По графику [1] определено отношение длины намотки к диаметру намотки 
. Для данного случая оно составляет 
. По полученному значению определяем длину намотки как
|
|
|
, (3.8)
Числено это определяется так
(3.9)
По известному значению длины намотки определяем число витков, используя следующее соотношение
, (3.10)
Учитывая выражения (3.6) и (3.11) получим
(3.11)
|
|
|
