Elementy pasywne – Niby to takie proste – #4 – Cewki cz. I

Zaczynajmy:

Ostatnim elementem biernym o którym Wam powiem jest cewka. Jest to element, który tak jak kondensator magazynuję energię, lecz pod inną postacią. Cewka magazynuje energię w postaci pola magnetycznego, która jest zwracana do obwodu podczas jego przerwania, próbując utrzymać przepływ prądu, stając się poniekąd źródłem (zjawisko samoindukcji). Cewki wykonywane są w postaci bezrdzeniowej jako spirale lub z zastosowaniem rdzenia na którym nawinięte są zwoje. Materiały z których wykonywane są rdzenie są materiałami magnetycznymi miękkimi, czyli łatwo są magnesowane, ale w sposób nietrwały. Rdzeń powoduje skupienie strumienia magnetycznego, który oddziałuje na wszystkie zwoje umieszczone w tymże polu. Druty nawojowe, wykonywane są przede wszystkim z miedzi, choć istnieją uzwojenia mieszane aluminium/miedź (duże moce). Ciekawostka: w wysokich częstotliwościach wykorzystywana jest litza, czyli przewód składający się z wielu cienkich drucików odizolowanych od siebie, co pomaga w wyeliminowaniu zjawiska naskórkowości.

Parametry cewki:

  • Indukcyjność: zależy od ilości zwojów, przenikalności magnetycznej, przekroju poprzecznego rdzenia, oraz długość cewki.
  • Tolerancja indukcyjności: dławiki używane jako filtry w przekształtnikach energoelektronicznych charakteryzują się tolerancją rzędu +/-20%, w filtracji wąskopasmowej stosowane są dławiki o dużo mniejszym rozrzucie indukcyjności rzędu +/-1%.
  • Prąd znamionowy: oznacza skuteczną wartość prądu przemiennego lub prądu impulsowego, który powoduje wzrost temperatury elementu do 40°C.
  • Dobroć: stosunek reaktancji indukcyjnej do rezystancji szeregowej cewki. Dobroć opisuje jakość wykonania cewki, pożądana jest jak najwyższa.
  • Pojemność własna: jest proporcjonalna do średnicy zwojów i odwrotnie proporcjonalna do odległości zwojów od siebie.
  • SRF (Self Resonant Frequency): częstotliwość przy której cewka wchodzi w rezonans własny równoległy, a jej indukcyjność spada do 0. Należy tak dobierać cewki aby nie pracowały w pobliżu własnej częstotliwości rezonansowej.
  • Temperaturowy współczynnik indukcyjności: określa zmiany indukcyjności w funkcji temperatury. Niski współczynnik mają cewki z rdzeniem ceramicznym (+25 do +125 ppm/°C), zaś wysoki z rdzeniem ferrytowym (rzędu 700 ppm/°C).
  • Prąd nasycenia: wartość prądu, przy którym osiągnięty jest maksymalny poziom strumienia magnetycznego, który może przyjąć dany materiał. Po przekroczeniu prądu nasycenia maleje wartość przenikalności magnetycznej rdzenia, tym samym zmniejszając indukcyjność. Dobrze obrazuje to pętla histerezy, aby utrzymać liniową zależność między płynącym prądem, a wartością indukcyjności wprowadza się w rdzeniu szczelinę powietrzną.

Schemat zastępczy cewki:

 

Na koniec

Przy wyborze konkretnej cewki należy wziąć pod uwagę warunki pracy (prąd, temperaturę, częstotliwość). Cewka w konkretnej aplikacji powinna zachowywać stałość swoich parametrów – indukcyjności, aby nie wprowadzała niestabilności w działaniu urządzenia.

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *