Cívky a transformátory

Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Kontrolní otázky: 1.      Na čem závisí velikost indukčnosti ? 2.      Jaká jsou základní vlastnosti cívek ? 3.      Co je to ztrátový úhel cívky a jak se vypočítá ? 4.      Popište princip činnost transformátoru ? 5.      Nakreslete schéma jednofázového transformátoru. 6.      Napište vzorec pro transformační poměr jednofázového transformátoru. 7.      Nakreslete schéma trojfázového transformátoru, Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Heinrich Friedrich Emil Lenz 1804 - 1865 Symbol L (H), pro indukčnost, je užitý na počest fyzika Heinricha Lenze. Indukčnost L je jedna ze základních charakteristik cívky - vyjadřuje schopnost cívky změnit elektrickou energii na energii magnetického pole. Cívky a transformátory

Elektromagnetická indukce Heinrich Friedrich Emil Lenz 1804 - 1865 Michael Faraday 1791 - 1867 Cívky a transformátory

Cívky a transformátory “Lenzův zákon”. Když začne proud protékat cívkou, cívka se toku „brání“. Naopak když se proud sníží, L nutí proud pokračovat téct (krátce) stejným směrem. Toto je nazváno“Lenzův zákon”. „ Směr indukovaného proudu v cívce je takový, že oponuje změně v magnetickém poli, které jej produkovalo ' Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Jsou elektronické prvky pracující pouze v oboru střídavých proudů a napětí. Jsou kontruované tak, aby vytvořily vlastní indukčnost požadované velikosti. Cívky (nazývané také induktory nebo tlumivky) jsou součástky, jejichž podstatou obvykle bývá vodič (měděný drát) navinutý do spirály či šroubovice. Základní vlastností je vlastní indukčnost, která závisí na počtu závitů, jejich geometrickém uspořádání a na magnetických vlastnostech prostředí, které závity obepínají a které cívka obklopuje. Veličinou je indukčnost (L) a jednotkou Henry (H). Ideální cívka posouvá napětí o π/2 před proudem při procházení střídavého proudu. Díky velmi těžko sjednotitelným požadavkům nejsou cívky všeobecně standardizovány a vyráběny ve velkém. Výjimku tvoří odrušovací a vf oddělovací tlumivky. Cívky a transformátory

Siločáry magnetického pole cívky Siločáry magnetického pole cívky zviditelněné pomocí železných pilin Cívky a transformátory

L- cívky – Inductors jednotkou je Henry (H)=Vs / A Vytváří vlastní indukčnost definované velikosti L- cívky – Inductors jednotkou je Henry (H)=Vs / A    – magn. permeabilita  =  0.  r N – počet závitů l – délka cívky Veličinou je indukčnost (L) a jednotkou Henry (H)=Vs/ A. Cívky a transformátory

Výpočet indukčnosti L (H) ( Henry)    – magn. permeabilita kde  =  0.  r ( = „magnet. vodivost“ prostředí) N – počet závitů l – délka cívky S - průřez jádra cívky Cívky a transformátory

Cívka v obvodu střídavého proudu (napětí předbíhá proud o 900) Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Značky cívek:   dnes běžně používaná značka   stará značka         zjednodušená značka používaná někdy u transformátorů Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Vlastnosti cívek: - velikost indukčnosti L cívky - teplotní závislost indukčnosti cívky - proudová a napěťová závislost indukčnosti - činitel jakosti δ (ztrátový činitel) cívky - maximální provozní proud cívky - maximální příkon cívky - stárnutí cívky Cívky a transformátory

Ztrátový úhel cívky δ Náhradní schéma cívky a její fázové diagramy Vlivem ztrát vznikajících v cívce je výsledný fázový posuv napětí proti proudu menší o úhel δ, který se nazývá ztrátový úhel cívky. Náhradní schéma cívky a její fázové diagramy Cívky a transformátory

Vlastní rezonace skutečné cívky                                                      Cívky a transformátory

XL zdánlivý odpor (indukční reaktance): XL = L = 2fL XL (Induktance) má vlastnost elektrického odporu (jednotka ohm). (Z fyzikálního hlediska však nejde o elektrický odpor!  ) Cívky a transformátory

Cívka jako stabilizátor proudu Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Druhy cívek: Cívky bez jádra – pro indukčnosti řádově mikrohenry a obvody až několik set megahertzů nebo nf obvodech Cívky s jádrem- pro indukčnosti až stovek milihenry (pro vf obvody) Vf cívky s jádry – do několika set mikrohenry se používají jádra šroubová. Zašroubováním (vyšroubováním) jádra se mění indukčnost Nf tlumivky – jádra jsou tvořena magnetickým obvodem. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Cívky pro SMT Vyrábějí se navinutím vodiče na jádra většinou z feromagnetického materiálu. Jádro může obklopovat vinutí. Svým provedením a velikostí jsou podobné tantalovým kondenzátorům. Vinutí cívky je možné také vytvořit závity plošného spoje. Značení cívek – na pouzdrech cívek je uvedena hodnota a tolerance (pokud to konstrukce dovolí) obdobně jako odpor u rezistorů. Cívky a transformátory

Jako jádra se používají materiály: -železo (Fe) – do 1kHz -mosaz – špatné feromagnetikum, ale lze ho použít i na vyšší frekvence - ferity – do 100MHz Cívky a transformátory

Seřízení hodnoty indukčnosti zvláštní plastický šroubovák Feritové jádro cívky je provedeno jako šroub. Tím, že se pohybuje feritovým jádrem do nebo ven z cívky, hodnota indukčnosti může být měněna. Pozor -zvláštní plastický šroubovák Cívky a transformátory

Cívky pro vysoké frekvence ( vf ) Komponent nalevo je s feritovým jádrem a má hodnotu 100µH. Cívky a transformátory

Špička šroubováků má různé tvary (nemagnet. materiál) Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Toroidální cívky .                        Magnetický tok, který vzniká uvnitř -z cívky „neuniká“, efektivita cívky je dobrá, magnetický tok má malý vliv na ostatní součásti. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Resonance Když je zkombinován L a C má výsledný obvod zvláštní vlastnosti. Impedance (odpor vůči aktuálnímu proudu) se mění s frekvencí napětí obvodu. Proud bude téct snadno u jisté frekvence, ale obtížně u jiné frekvence. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Indukční snímače: měřená veličina (vzdálenost) -mění se indukčnost cívky,magnetický obvod může být vzduchový, s jádrem, otevřený, uzavřený. závislost L na x je nelineární                      L                                                                                     Jednoduchý mezerový             L                                                                                      Cívky a transformátory

Indukční snímače- princip:                        Indukční snímače- princip: Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Indukční snímače Cívky a transformátory

Cívka, jako součást relé (napájecí napětí 12 V) DC                                                       Nalevo na fotografii je malá směna s rolí napájecí napětí 12 V DC. To má dva elektricky independant styčné Cívky a transformátory

Cívky a transformátory

Hranice mezi cívkou a transformátorem ( vf) V elektronice není ostře vymezena hranice mezi cívkou a transformátorem, zvláště jsou-li tyto součástky určeny pro provoz při vysokých frekvencích: cívky mívají vinutí s odbočkami, eventuálně více vinutí, fungují často jako trasformátory. Některé zvláštní součástky, napr. Spirálové rezonátory nebo VF širokopásmové transformacní a symetrizacní cleny, stojí na rozhraní mezi cívkami a obvody s rozloženými parametry, jsou u nich využívány principy a vlastnosti známé u cívek i u vysokofrekvencních vedení. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory

Transformátory obr. 1: Schéma transformátoru a schematická značka                                                                   obr. 1: Schéma transformátoru a schematická značka Napětí se transformují v poměru počtu závitů cívek transformátoru. Číslo k se nazývá transformační poměr transformátoru. Je-li k < 1, jedná se o transformaci dolů, případě k > 1 o transformaci nahoru. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Skládají se z uzavřeného magneticky vodivého jádra, na němž je cívka s dvěma nebo více vinutími. Vstupní se nazývá primární, výstupní sekundární. Průtokem střídavého proudu primárním vinutím vzniká v dutině cívky a v uzavřeném jádru časově proměnný magnetický tok. V důsledku tohoto magnetického toku se indukuje v sekundárním vinutí střídavé elektrické napětí, a po připojení zátěže jím protéká elektrický proud. Cívky a transformátory

Transformátory Transformují napětí podle poměru závitů p. Skládají se z magnetických obvodů, ze vstupní (primární) cívky a z jedné nebo několika cívek výstupních (sekundárních 1) typ Ei 2) typ M 3) typ C 4) typ Q účinnost: max. 45% max. 50% max. 75% až 90%   Tvar Ei a M se v minulosti používal nejčastěji, ale pro svoje vysoké ztráty a malou účinnost byly nahrazeny jádrem typu „C“.   Pozn: Na primární cívku se běžně dává na Ei jádra 10 závitů na 1 Volt. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Toroidní jádro nemá žádný rozptyl magn. pole  účinnost > 90% lze ho použít pro vyšší frekvence lze navinout automatem  nemusí se už navíjet ručně  je velice malé (oproti stejně výkonným předchozím jádrům) a lze ho snadno přichytit Cívky a transformátory

Kalkulace na idealním transformátoru Obr. a schéma jednofázového transformátoru p = = = Transformační poměr: Cívky a transformátory

Jednofázové výkonové transformátory Obr. 1.5.3. a) jádrový, b) plášťový, c) jádroplášťový Cívky a transformátory

Schéma trojfázového transformátoru a) zapojení do trojúhelníku, b) zapojení do hvězdy. Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Hvězda , trojúhelník Obr. Spotřebič zapojený do hvězdy a do trojúhelníka Cívky a transformátory

Cívky a transformátory Kontrolní otázky: 1.      Na čem závisí velikost indukčnosti ? 2.      Jaká jsou základní vlastnosti cívek ? 3.      Co je to ztrátový úhel cívky a jak se vypočítá ? 4.      Popište princip činnost transformátoru ? 5.      Nakreslete schéma jednofázového transformátoru. 6.      Napište vzorec pro transformační poměr jednofázového transformátoru. 7.      Nakreslete schéma trojfázového transformátoru, Cívky a transformátory