电感线圈的主要参数、检测与选用

2017-08-18 104 0

一、电感线圈的参数

电感线圈的主要参数、检测与选用

图 1 电感线圈

(一)电感量

电感量也称自感系数,是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。电感器电感量的大小主要取决于线圈的圈数(匝数)、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等:通常线圈圈数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大;有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大;磁心导磁率越大的线圈,电感量也越大。电感量的基本单位是亨利(简称亨),用字母“H”表示;常用的单位还有毫亨(mH)和微亨(μH),它们之间的关系是 1 H = 1000 mH、1 mH = 1000 μH。

(二)允许偏差

允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高,允许偏差为 ±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高,允许偏差为 ±10%~±15%。

(三)品质因数

品质因数也称 Q 值或优值,是衡量电感器质量的主要参数,指电感器在某一频率的交流电压下工作时所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的 Q 值越高,其损耗越小、效率越高。电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。

(四)分布电容

分布电容是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁心之间存在的电容。电感器的分布电容越小,其稳定性越好。

(五)额定电流

额定电流是指电感器正常工作时所允许通过的最大电流值。若工作电流超过额定电流,则电感器就会因发热而使性能参数发生改变,甚至还会因过流而烧毁。

二、电感线圈的原理

电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与产生此磁通的电流之比。

当电感中通过直流电流时,其周围只呈现固定的磁力线,不随时间而变化;当在线圈中通过交流电流时,其周围将呈现随时间而变化的磁力线。根据法拉第电磁感应定律——磁生电——来分析,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势,此感应电势相当于一个“新电源”;当形成闭合回路时,此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律可知,感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化;由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化,故从客观效果看,电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性,在电学上取名为“自感”:通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间会发生火花,这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

总之,当电感线圈接到交流电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻变化着,致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势,称为“自感电动势”。由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的参量,它是电感线圈惯性的量度,而与外加电流无关。

三、电感线圈的检测

在选择和使用电感线圈时,首先应进行线圈的检查测量,再判断线圈的质量好坏和优劣。欲准确检测电感线圈的电感量和品质因数 Q,一般均需要专门仪器,而且测试方法较为复杂;在实际工作中一般不进行这种检测,仅进行线圈的通断检查和 Q 值的大小判断。

可先利用万用表电阻档测量线圈的直流电阻,再与原确定的阻值或标称阻值相比较:如果所测阻值比原确定阻值或标称阻值增大许多,甚至指针不动(阻值趋向无穷大),可判断线圈断线;若所测阻值极小,则判定是严重短路,而局部短路是很难比较出来的。这两种情况出现,可以判定此线圈是坏的、不能用;如果检测电阻与原确定的或标称阻值相差不大,可判定此线圈是好的。

此后再根据以下几种情况判断线圈的质量即 Q 值的大小:线圈的电感量相同时,其直流电阻越小,Q 值越高;所用导线的直径越大,其 Q 值越大;若采用多股线绕制,导线的股数越多,Q 值越高;线圈骨架(或铁芯)所用材料的损耗越小,其 Q 值越高——例如用高硅硅钢片做铁芯时,其 Q 值较用普通硅钢片做铁芯时高;线圈分布电容和漏磁越小,其 Q 值越高——例如蜂房式绕法的线圈,其 Q 值较平绕时为高,比乱绕时也高;线圈无屏蔽罩、安装位置周围无金属构件时,其 Q 值较高,相反则 Q 值较低,且屏蔽罩或金属构件离线圈越近、其 Q 值降低越严重;对有磁芯的高频线圈,其 Q 值较无磁芯时为高,磁芯的损耗越小,其 Q 值也越高。

在电源滤波器中使用的低频阻流圈,其 Q 值大小并不太重要,而电感量 L 的大小却对滤波效果影响较大。要注意,低频阻流圈在使用中多通过较大直流电流,为防止磁饱和,其铁芯要求顺插,使其具有较大气隙;为防止线圈与铁芯发生击穿现象,二者之间的绝缘应符合要求,所以使用前还应进行线圈与铁芯之间绝缘电阻的检测,具体方法与变压器绝缘电阻的检测方法相同。对于高频线圈电感量 L,由于测试起来更为麻烦,一般都根据电路使用效果适当调整,以确定其电感量是否合适;对于多个绕组的线圈,还要用万用表检测各绕组之间是否短路;对于具有铁芯和金属屏蔽罩的线圈,要测量其绕组与铁芯或金属屏蔽罩之间是否短路。

四、提高线圈 Q 值的措施

品质因数 Q 是反映线圈质量的重要参数,提高线圈的 Q 值可以说是绕制线圈要注意的重点之一,具体方法如下。

(1)根据工作频率选用线圈的导线。工作于低频段的电感线圈一般采用漆包线等带绝缘的导线绕制;工作频率高于几万赫而低于 2 MHz 的电路中,采用多股绝缘的导线绕制线圈,这样可有效地增加导体的表面积,从而克服集肤效应的影响,使 Q 值比相同截面积的单根导线绕制的线圈高 30%~50%;在频率高于 2 MHz 的电路中,电感线圈应采用单根粗导线绕制,导线的直径一般为 0.3~1.5 mm。采用间绕的电感线圈常用镀银铜线绕制,以增加导线表面的导电性,这时不宜选用多股导线绕制,因为多股绝缘线在频率很高时线圈绝缘介质将引起额外的损耗,效果反不如单根导线好。

(2)选用优质的线圈骨架,减少介质损耗。在频率较高的场合(如短波波段),普通线圈骨架的介质损耗显著增加,因此应选用高频介质材料(如高频瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等)作为骨架,并采用间绕法绕制。

(3)选择合理的线圈尺寸以减少损耗。外径一定的单层线圈(φ20~30 mm),当绕组长度 L 与外径 D 的比值 L/D = 0.7 时损耗最小;外径一定的多层线圈取 L/D = 0.2~0.5、t/D = 0.25~0.1 时,其损耗最小;绕组厚度 t、绕组长度 L 和外径 D 之间满足 3t + 2L = D 的情况下,损耗也最小;采用屏蔽罩的线圈,其 L/D = 0.8~1.2 时最佳。

(4)选定合理的屏蔽罩直径。采用屏蔽罩会增加线圈的损耗、使 Q 值降低,因此屏蔽罩的尺寸不宜过小,但尺寸过大又会增大体积,需要选定合理的屏蔽罩直径:当屏蔽罩直径 Ds 与线圈直径 D 之比满足 Ds/D = 1.6~2.5 时,Q 值降低不大于 10%。

(5)采用磁芯可使线圈圈数显著减少。线圈中采用磁芯,减少了线圈的圈数,不仅减小线圈的电阻值、有利于 Q 值的提高,而且缩小了线圈的体积。

(6)线圈直径适当选大些,利于减小损耗。在可能的条件下,线圈直径选得大一些(体积增大一些)有利于减小线圈的损耗:一般接收机中,单层线圈直径取 12~30 mm,多层线圈取 6~13 mm,但从体积考虑也不宜超过 20~25 mm 的范围。

(7)减小绕制线圈的分布电容。尽量采用无骨架方式绕制线圈,或者绕制在凸筋式骨架上的线圈,能减小分布电容 15%~20%;分段绕法能减小多层线圈分布电容的 1/3~1/2。对于多层线圈来说,直径 D 越小、绕组长度 L 越小或绕组厚度 t 越大,则分布电容越小。应当指出的是,经过浸渍和封涂后的线圈,其分布电容将增大 20%~30%。

总之,绕制线圈时应始终把提高 Q 值、降低损耗作为考虑的重点。

五、线圈使用与安装的注意事项

(1)线圈的安装位置应符合设计要求:线圈的装配位置与其他各种元器件的相对位置要符合设计的规定,否则将会影响整机的正常工作——例如简单的半导体收音机中的高频阻流圈与磁性天线的位置要适当安排,天线线圈与振荡线圈应相互垂直,以避免相互耦合的影响。

(2)线圈在安装前要进行外观检查:使用前应检查线圈的结构是否牢固、线匝是否有松动和松脱现象、引线接点有无松动、磁芯旋转是否灵活、有无滑扣等,这些方面都检查合格后再进行安装。

(3)线圈在使用过程中需要微调的,应考虑微调方法:有些线圈在使用过程中需要进行微调,依靠改变线圈圈数又很不方便,因此选用时应考虑到微调的方法。例如单层线圈可采用移开靠端点的数圈线圈的方法,即预先在线圈的一端绕上 3~4 圈,在微调时移动其位置就可以改变电感量,实践证明这种调节方法可以实现 ±2%~±3% 的电感量微调;应用在短波和超短波回路中的线圈,常留出半圈作为微调,移开或折转这半圈使电感量发生变化;多层分段线圈的微调可以移动一个分段的相对距离来实现,可移动分段的圈数应为总圈数的 20%~30%,实践证明这种微调范围可达 10%~15%;具有磁芯的线圈,可以通过调节磁芯在线圈管中的位置实现线圈电感量的微调。

(4)使用线圈应注意保持原线圈的电感量:线圈在使用中不要随便改变线圈的形状、大小和线圈间的距离,否则会影响线圈原来的电感量,尤其是频率越高、圈数越少的线圈。所以目前在电视机中采用的高频线圈一般用高频蜡或其他介质材料进行密封固定;另外应注意在维修中不要随意改变或调整原线圈的位置,以免导致失谐故障。

(5)可调线圈的安装应便于调整:可调线圈应安装在机器上易于调节的位置,以便调整线圈的电感量达到最佳的工作状态。

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