В этой статье предлагаю выяснить, до какой степени способна увеличить электрическое напряжение обычная электрическая катушка, в зависимости от разновидности своей формы, наличия сердечника внутри себя и количества витков этой самой катушки. И так, прежде всего стоит начать с того, что новичкам может быть неведомо про такое явление как самоиндукция, возникающей в электрической катушке. Дело в том, что если на обычную катушку, состоящую даже всего и нескольких витков изолированного медного провода, приложить некоторую величину постоянного электрического напряжения, то через нее потечет ток. Ток представляет собой упорядоченное движение электрически заряженных частиц (в твердых телах это электроны). Вокруг любых движущихся электрических зарядов имеется электромагнитное поле.
Когда мы подали на катушку напряжение, то вокруг нее возникает это самое электромагнитное поле. Именно в нем запасается определенная часть электрической энергии. А вот когда мы убираем напряжение с катушки, это энергия, запасенная в магнитном поле резко стремится создать на концах данной катушки увеличенную разность потенциалов. То есть, при отключении питания от любой катушки на ее выводах кратковременно появляется электрический всплеск электрического напряжения, которое может даже в разы превышать то напряжение, что до этого подавалось на катушку. Это и есть явление ЭДС самоиндукции.
Для того, чтобы провести некоторые исследования и выяснить на сколько сильно может обычная электрическая катушка увеличивать напряжение соберем простую схему, которую можно увидеть на рисунке ниже.
Источником питания у нас будет обычная батарейка на 1,5 вольта. Сама схема состоит из катушки, которую мы и будем испытывать, и которых у нас будет несколько разновидностей. После катушки, параллельно источнику питания стоит переключатель, с нормально открытыми контактами. Им мы будем создавать импульсы, которые будут порождать на катушке процессы ЭДС самоиндукции. Далее в схеме стоит обычный диод, за которым электролитический конденсатор и вольтметр постоянного тока. Ну, а теперь более подробно о том, как именно работает эта схема.
В начальный момент переключатель B1 разомкнут. Напряжение батарейки в 1,5 вольта проходит через диод VD1, заряжает конденсатор до напряжения источника питания. А точнее поскольку при прямом включении на диоде, как известно, происходит падение напряжения около 0,6 В, то конденсатор C1 заряжается где-то до напряжения 0,9 В. Ну, и на вольтметре мы увидим именно это напряжение. Но как только мы кратковременно нажимаем на переключатель B1, то электрический ток пойдет уже через него, тем самым образовав на катушке электромагнитное поле, которое после отпускания переключателя B1 в исходное, разомкнутое состояние приведет к появлению ЭДС самоиндукции на концах катушки.
Как я сказал выше, ЭДС (электродвижущая сила) самоиндукции катушек может в разы превышать напряжение, что на них было подано изначально от источника питания. Это увеличенное напряжение будет совпадать по своей полярности с батарейкой, тем самым происходит суммирования напряжений этой батарейки и ЭДС самоиндукции катушки. Увеличенное напряжение, пройдя через диод, на котором осядет все те же 0,6 В, пойдут на заряд конденсатора C1. Это увеличенное напряжение мы увидим на вольтметре V1. Причем, поскольку при заряде конденсатора теряется часть электрической энергии, то с каждым последующим нажатием на переключатель B1 мы будем получать на конденсаторе все большее значение напряжения, до какого-то своего предела.
Естественно может возникнуть вопрос. А зависит ли напряжение ЭДС самоиндукции от формы катушки, наличия сердечника в ней и от количества витков? Ответ, да. Кроме этого поскольку заряд конденсатора до максимального напряжения происходит ступенчато, то еще стоит учесть, что чем больше емкость мы поставим в данную схему, тем больше энергии мы должны передать конденсатору от катушки для максимально быстрого его полного заряда. Ну, и обязательно сам конденсатор должен быть рассчитан на напряжение процентов так на 25-50 больше, чем те напряжение, которое к нему прикладывается. В противном случае конденсатор может выйти из строя, или даже взорваться от перенапряжения.
Что касается диода, так для схемы подойдет любой диод, лишь бы он был рассчитан на прямой ток более того, что будет через него проходить, и его обратное напряжение также должно быть больше где-то на 25-50% того напряжение, что будет на нем оседать при обратной полярности. То есть, когда конденсатор зарядится до какого-то своего максимального значения, то уже получится что его напряжение будет подключено к диоду обратным образом. И все напряжение конденсатора уже осядет на диоде, когда он находится в закрытом состоянии. И если это напряжение будет больше того, на какое рассчитан диод, то большая вероятность его пробоя. Что касается роли этого диода в схеме, так тут все просто. Он нужен чтобы заряженный конденсатор не разряжался обратно через катушку и батарейку. Этот диод ЭДС самоиндукции пропускает только в одном направлении, в сторону конденсатора.
И теперь о самом тестировании различных катушек:
1 » катушка без сердечника, 36 витков, диаметр провода около 0,4 мм, диаметр самой катушки около 8 мм, вольтметр показал напряжение на конденсаторе 10 вольт.
2 » такая же катушка что и в первом случае, но уже содержащая небольшой кусок ферритового стержня, на вольтметре напряжение уже было около 18 вольт.
3 » катушка намотанная на круглом сердечнике, ферритовом кольце, содержащая все тот же провод и то же количество витков (36 вит.), выдает напряжение, что показывается вольтметром, около 28 вольт, и более.
4 » катушка на ферритовой гантели, количество витков около 50, выдает напряжение около 23 вольта.
5 » катушка на ферритовой гантели, содержащая около 80 витков, размер гантели чуть больше первой, на вольтметре напряжение уже 70 вольт.
6 » катушка на ферритовой гантели, с еще чуть большим размером, содержащая около 120 витков, напряжение на вольтметре уже выросло аж до 105 вольт.
7 » ну и ради интереса взял свой ранее намотанный повышающий трансформатор на Ш-образном сердечнике из феррита, вторичная обмотка которая была намотана проводом 0,1 мм, и содержала около 1200 витков, после проверки этой вторичной катушки на нашей схеме вольтметр показал напряжение около 65 вольт. То есть, даже не смотря на относительно большое количество витков на трансформаторе, относительно предыдущих катушке на гантелях, напряжение на вольтметре было меньше чем у катушки, содержащая меньшее количество витков.
В итоге этих тестов стало понятно, какие формы катушке, и с каким сердечником, и каким количеством витков выдают максимальное значение ЭДС самоиндукции, что можно использовать для простых схем DC-DC повышающих преобразователей по подобным схемам. Разве что вместо обычного переключателя нужно будет поставить электронный ключ на транзисторе, управляемой генератором импульсов. Ну и для получения стабильного значения выходного напряжения в схему также стоит добавить узел стабилизатора постоянного напряжения.
У новичка может возникнуть мысль, будто из обычной батарейки на 1,5 вольт можно получить бесконечно большое количество электроэнергии. К сожалению это не так. В физике существует закон сохранения энергии. То есть, сам источник питания, в нашем случае это батарейка, может выдать определенное количество электрической энергии, и не больше. Мы же повышая напряжение жертвует величиной тока. Чем больше будет напряжение получено схемой, тем либо быстрее разрядится наша батарейка, либо придется при этом большом напряжении использовать очень малый ток. Так что это обязательно учтите.
P.S. В данной статье я наглядно показал как различные виды электрических катушек могут генерировать разную ЭДС самоиндукции, величина которой в разы, а то и сотни раз может быть больше напряжения своего источника питания. Так что возьмите себе на заметку эту тему, и при сборке схемы повышающих преобразователей учитывать эти моменты.
Источник - https://electrohobby.ru/na-skolko-katushk-uvel-napr-tvv.html
Сообщения
0 коммент.:
Отправить комментарий