Не нужно иметь какое-то специальное автомобильное образование, чтобы понимать, что каждый элемент, входящий в структуру наиболее распространенного средства передвижения – автомобиля – даже самый маленький, является очень важным, и при его отсутствии дело может дойти вплоть до катастрофы. Не попадает в категорию исключений и система зажигания, а особенно ее поистине сердце – катушка. Поэтому так важно иметь представление об устройстве катушки зажигания и о ее принципе работы. Об этом и пойдет речь далее.

Катушка зажигания (иначе она еще может называться модулем) представляет собой один из элементов системы автомобильного зажигания, призванный преобразовывать напряжение низковольтного типа бортовой сети в импульс высоковольтного характера. После этого возникающее высокое напряжение становится причиной образования искры между электродами, принадлежащие к свече, и воспламенения топливно-воздушной системы.

В целом данный механизм представляет собой трансформатор, который располагает двумя обмотками и может применяться во всех системах: электронной, бесконтактной и контактной. Но в зависимости от типа катушки, ее устройству характерны определенные трансформации. Рассмотрим эти виды и их структуру.

1. Во множестве конструкций электронной системы зажигания может применяться сдвоенная катушка. Еще одно ее наименование – двухвыводная. Данный тип располагает двумя высоковольтными выводами, которые становятся причиной одновременного получения искры цилиндрами в количестве двух штук. Причем один из цилиндров размещается в конце такта сжатия, а в другом искра происходит вхолостую.

Этот тип может иметь не один вид соединения со свечами зажигания. Так, это может происходить при помощи приводов, характеризующихся высоким уровнем напряжения. А еще один способ объясняется таким образом: когда одна свеча напрямую связана через наконечник, а другая – при помощи ранее упомянутого провода с высоким напряжением.

Примечательно, что пара сдвоенных катушек может образовать уникальный единый механизм. При этом он будет носить новое название – четырехвыводный, что вряд ли стоит объяснять.

1. Электронную систему зажигания прямого типа вполне устроит индивидуальная катушка. Установка этого вида производится совместно с зажиганием, чья работа заведена исключительно на управление электронного характера, при этом обязательно условие – отсутствие любых механических частей. Зажигание в такой катушке осуществляется с помощью разряда, поступающий от конденсатора, потому эту систему и называют прямой. Базовая функциональная часть индивидуальной катушки состоит из витков, сделанные из медных проводов, для того, чтобы принимать первичное напряжение и преобразовывать вторичный контур. Из этого следует, что механизм данного типа включает в себя две обмотки – первичную и вторичную, причем первая находится внутри второй. Конструкция первичной обмотки отличается наличием внутреннего сердечника, а вокруг вторичной находится внешний сердечник.

В катушке индивидуального типа могут размещаться такие компоненты воспламенителя, как электронные. Когда во вторичной обмотке вырабатывается высокое напряжение, то оно напрямую подается на свечу(делается это при помощи наконечника, состоящего из стержня высокого напряжения, изолирующей оболочки и пружины). А для того, чтобы во вторичной обмотке ток высокого уровня напряжение был отсечен как можно быстрее, там устанавливается диод, который тоже характеризуется высоким уровнем напряжения.

1. Во всех трех ранее названных системах зажигания может использоваться общая катушка. При этом обязательно условие для системы электронного типа – наличие блока распределителя.

Как и ранее описанный индивидуальный тип, этот объединяет первичную и вторичную обмотки.

Первая состоит не менее чем из ста витков толстой проволоки, выполненной из меди, которая, дабы иметь возможность предупреждать резкие скачки напряжения вместе с коротким замыканием, была изолирована. Также первичная обмотка располагает двумя выводами низковольтных характеристик, которые находятся на крышке катушки.

Что касается вторичной обмотки, то она в своем составе имеет гораздо большее количество витков (предел обозначен цифрой 30000) тоже медной, но уже тонкой проволоки. Примечательно то, что в общей вторичная обмотка располагается внутри первичной, в отличие от индивидуальной.

Основная характеристика всех проанализированных видов заключается в сопротивлении обмоток, которое варьируется в зависимости от модели механизма. В случае, если значение отклоняется от оптимального, то это говорит о неисправности в работе катушки.

Нужно упомянуть и о том, что обмотки, чтобы иметь возможность повышать силу магнитного поля, размещаются вокруг сердечника, сделанного из железа. А все вместе это образует конструкцию, которую помещают в корпус с изолирующей крышкой. При этом катушка обязательно должна быть заполненной трансформаторным маслом – это должно предотвращать токовой нагрев.

Как работает

Принцип работы катушки зажигания основывается на базовых физических законах, которым учили еще в школе. Его можно охарактеризовать следующим образом: напряжение низковольтного типа отправляется в первичную обмотку. Все это создает магнитное поле. Иногда это напряжение может быть отсечено прерывателем, что становится причиной резкого сокращения магнитного поля вместе с образованием электродвижущей силы в витках катушки.

Если верить физическому закону касательно электромагнитной индукции, то величина электродвижущей силы, которая возникает таким образом, является пропорциональной количеству витков в обмотке контура. Этим можно объяснить то, что во вторичной катушке образуется высокого напряжения импульс, ведь там находится большое количество витков. Этот импульс подается к свече зажигания. Причем данный процесс не характерен для индивидуального типа, так как такой устанавливается непосредственно на свечу.

Именно благодаря этому импульсу, передаваемый при помощи катушки, между электродами свечи возникает искра, что становится причиной воспламенения топливно-воздушной смеси. А в тот момент, когда возникновение этой искры уже просто необходимо, контакты в распределителе-прерывателе размыкаются. В этот же момент происходит разрыв цепи первичной обмотки. Ток высоковольтного характера появляется на центральном контакте катушки, после чего вновь отправляется – на тот контакт, напротив которого в этот конкретный момент находится электрод бегунка. После всего этого происходит замыкание цепи, а импульс проходит на свечу зажигания, принадлежащей одному из цилиндров.

Небольшая рекомендация: катушка не особо приветствует длительные нагрузки, поэтому лучше включать на длительное время зажигание при факте отсутствия запуска двигателя. Это – проверенный факт, исполнение которого поможет максимально продлиться время действия описываемого механизма.

Устаревшие модели автомобилей располагали такими катушками, напряжение от которых приходило сразу ко всем свечам при помощи распределителя зажигания. Последний механизм оказался недостаточно надежным, в связи с чем в современных авто начали активно применять системы с катушками индивидуального типа, принадлежащий каждой отдельной свече. В связи с этим энергия искрообразования увеличилась, а уровень радиопомех, что создавала система зажигания, наоборот уменьшился. Также применение данной системы позволило распрощаться с необходимостью использовать высоковольтные провода, которые часто оказываются ненадежными.

Катушка, как важнейший элемент общей системы зажигания, нуждается в особенном внимании и уходе. Поэтому таким не стоит пренебрегать и ожидать до последнего, пока из строя выйдет на только данный механизм, но и вся система зажигания, а позже и автомобиль. Так что я рекомендую всегда находить время для осуществления хотя бы элементарной диагностики авто и системы зажигания в частности, тем более если о принципе ее работы теперь известно. И пусть автомобиль никогда не подводит.

Видео “Снятие катушки зажигания”

Посмотрев запись вы узнаете как можно самостоятельно снять катушку зажигания.

1. Общие сведения

В наиболее распространенных системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности катушка зажигания представляет собой не только повышающий импульсный трансформатор (или автотрансформатор), но и накопитель энергии.

Как индуктивный накопитель энергии, катушка зажигания должна обладать определенной вместимостью магнитного поля, которую называют индуктивностью катушки. Для увеличения индуктивности первичной обмотки катушки зажигания применяют ферромагнитный сердечник. Чтобы сердечник не насыщался первичным током, что неизбежно приводит к уменьшению накапливаемой в магнитном поле энергии, магнитопровод делают разомкнутым. Это позволяет создавать катушки зажигания с индуктивностью первичной обмотки 5.. .10 мГн, при максимальной величине первичного тока 3...4 А. Такие параметры катушки приемлемы для контактной батарейной системы зажигания, так как в такой системе первичный ток не может быть выше 3...4 А из-за быстро прогрессирующей эрозии и обгорания контактной пары прерывателя (максимально допустимый ток разрыва на контактах - 4 А).

В катушке с индуктивностью Lк=10 мГн при максимальном токе I1= 4 А и КПД=50% можно запасти электромагнитной энергии Wк не более 40 мДж (Wk=Lk*I*I/2).

В первом приближении этого достаточно для устойчивого функционирования системы зажигания на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но с повышением "оборотистости" двигателя и числа его цилиндров ток разрыва на контактной паре из-за большой индуктивности катушки не успевает достичь своего максимального значения I1=Uб/R1=4 А (Uб - напряжение в бортсети автомобиля, R1 - сопротивление первичной обмотки катушки зажигания) и запасаемая в индуктивности энергия начинает быстро (по квадратичному закону) падать. При этом накопитель не дозаряжается до расчетной величины и электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции во вторичной обмотке катушки зажигания, а следовательно, и вторичное (выходное) напряжение системы зажигания становятся меньше. Как следствие, коэффициент запаса по вторичному напряжению в контактной системе зажигания очень низкий (не более 1,2).

Следует заметить, что увеличением индуктивности первичной обмотки катушки зажигания выше 10...11 мГн добиться повышения запасаемой энергии в контактной системе зажигания не удается, так как при этом увеличивается время нарастания первичного тока и на высоких оборотах ДВС ток не успевает достичь требуемого значения. При уменьшении индуктивности накопителя скорость нарастания первичного тока пропорционально растет, а активное сопротивление первичной обмотки падает. Таким образом с уменьшением индуктивности первичной обмотки можно увеличивать ток разрыва до 9...10 А и управлять этим током, изменяя время накопления энергии. При этом запасаемая энергия возрастает до 80...100 мДж. Все это становится возможным, если заменить контактную пару в первичной обмотке катушки зажигания на транзисторный ключ (электронный коммутатор). Теперь при достаточной избыточности энергии, накопленной в катушке зажигания, возможно нормировать время накопления с целью поддержания тока разрыва в строго заданных пределах. Это обеспечивает стабилизацию параметров системы зажигания на всех режимах работы ДВС, в том числе и облегченный пуск холодного двигателя при падении напряжения в бортсети автомобиля.

Рассмотрим катушку зажигания как повышающий импульсный трансформатор. Катушка содержит две обмотки - первичную и вторичную, намотанные на общий сердечник разомкнутого магнитопровода, выполненного из магнитомягкой электротехнической стали. Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков, а вторичная - из очень большого числа витков более тонкого провода. В системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности первичная обмотка катушки зажигания подключается непосредственно к бортсети автомобиля. При этом, по ней протекает ток, который наводит вокруг витков катушки магнитное поле. Силовые линии этого поля, замыкаясь вокруг катушки, пронизывают витки обеих обмоток. К моменту разрыва токовой цепи в магнитном поле катушки накапливается электромагнитная энергия Wk. Прерывание первичного тока I1 приводит к исчезновению магнитного поля и индуцированию в витках обеих обмоток ЭДС самоиндукции. Величина наведенной таким способом ЭДС пропорциональна индукции запасенного магнитного поля и скорости его исчезновения, а также числу витков в обмотках. Так как вторичная обмотка состоит из очень большого числа витков, то ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, достигает значительной величины (в современных катушках - до 35000 В), с избытком достаточной для пробоя искрового промежутка в свечах зажигания. Наведенная ЭДС в первичной обмотке не превышает 500 В.

Устройство и параметры конкретной катушки зажигания зависят от типа системы зажигания, в которой данная катушка работает. Рассмотрим особенности катушек различных систем зажигания.

2. Конструкция и параметры классической катушки зажигания

Представляет собой электрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью и с большой индуктивностью первичной обмотки.

Сердечник 2 катушки набран из пластин электротехнической стали толщиной 0,35...0,5 мм, изолированных друг от друга окалиной или лаком. Иногда сердечник изготавливают в виде пакета из отрезков отожженной стальной проволоки. На сердечник надета изолирующая трубка 16, поверх которой намотана вторичная обмотка 4. Каждый слой вторичной обмотки изолирован кабельной бумагой 5, а высоковольтные слои намотаны с зазором в 2.3 мм, чтобы уменьшить опасность междувиткового пробоя. Первичная обмотка 15 намотана на вторичную. Корпус 1 катушки штампуется из листовой стали или вытягивается из алюминия. Внутри корпуса по его стенке уложен наружный по отношению к обмоткам магнитопровод 14, выполненный в виде свертка широкой ленты из отожженной электротехнической стали. В электрическом отношении этот сверток представляет собой широкий ленточный виток вокруг катушки, разомкнутый бумажной изоляцией и заземленный одной точкой на корпус. В магнитном отношении такой виток из отожженной стальной ленты является ограничивающим экраном для магнитного поля катушки.

Соединение обмоток катушки следующее: начало вторичной обмотки соединяется с выводом ВВ высокого напряжения. Конец вторичной обмотки и начало первичной обмотки соединены между собой и подведены к зажиму 10 (клемма "Б"). Конец первичной обмотки соединен с зажимом 7 (клемма "-"), который соединяется с прерывателем.*

Вывод высокого напряжения из катушки зажигания имеет оригинальное исполнение. Начало вторичной обмотки находится под высоким потенциалом и соединено с центральным стержнем 2 магнитопровода (точка 13 или 18 на рис. 1). Далее, через стержень 2 и электрическое соединение 11, высокое напряжение вторичной обмотки поступает на контакт 9 центрального высоковольтного вывода 8 катушки зажигания. Таким образом центральный стержень магнитопровода и намотанная на него вторичная обмотка являются высоковольтной сердцевиной катушки зажигания и находятся на достаточном, с точки зрения электрической прочности, удалении от корпуса. Чтобы сердцевина была жестко зафиксирована в корпусе, но не имела с ним электрического контакта, снизу установлена керамическая изолирующая опора 17, а сверху корпус завальцован пластмассовой изоляционной крышкой 6. Первичная обмотка как низкопотенциальная, но более нагревающаяся под действием первичного тока, намотана поверх вторичной и, таким образом, находится ближе к защитному кожуху (корпусу катушки). Так как пустоты между корпусом и обмотками внутри катушки заполнены трансформаторным маслом (или другим теплопроводящим наполнителем) 12, то такая конструкция обладает не только достаточно высокой электрической и механической прочностью, но и хорошим теплообменом с "массой" автомобиля через защитный кожух.

Реализованные таким способом внутренняя электрическая изоляция и естественное охлаждение катушки повышают срок ее службы и эксплуатационную надежность.

Катушка зажигания крепится к кузову автомобиля с помощью скобы 3. Надежное крепление способствует лучшему охлаждению катушки.

Некоторые катушки зажигания работают с добавочным резистором, который обычно устанавливают под крепежную скобу в керамическом изоляторе (рис. 2).

Схема соединений обмоток в таких катушках изменена. Так, общая точка соединения первичной W1 и вторичной W2 обмоток соединена не с клеммой Б (" + " напряжения бортсети), а через клемму 1 с прерывателем ("-" напряжения бортсети). При этом конец первичной обмотки выводится на дополнительную клемму ВКи далее через дополнительный резистор Rд- на клемму Б. Таким образом, добавочный резистор подключается к первичной обмотке катушки зажигания последовательно и обмотка рассчитывается на пониженное напряжение 7...8 В. На рабочих режимах двигателя напряжение питания в бортсети автомобиля составляет 12...14 В. Часть этого напряжения гасится на добавочном резисторе. На пусковых режимах двигателя, когда напряжение на аккумуляторной батарее падает, добавочный резистор закорачивается вспомогательными контактами тягового реле стартера или контактами дополнительного реле включения стартера (в зависимости от марки автомобиля), что обеспечивает первичной обмотке катушки зажигания необходимое рабочее напряжение 7...8 В.

Добавочный резистор обычно наматывается из константановой или никелевой проволоки. В последнем случае он выполняет роль так называемого вариатора. Сопротивление вариатора изменяется в зависимости от величины протекающего по нему тока: чем больше ток, тем выше температура нагрева вариатора и тем больше его сопротивление. Величина первичного тока, потребляемого катушкой зажигания, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При низкой частоте вращения, когда сила первичного тока к моменту его прерывания успевает достигнуть максимального значения, сопротивление вариатора также максимально. При повышении частоты вращения сила первичного тока падает, нагрев вариатора ослабевает и его сопротивление уменьшается. Так как вторичное напряжение, развиваемое катушкой зажигания, зависит от тока разрыва в первичной цепи, то применение вариатора дает возможность снизить вторичное напряжение при малой и повысить при большой частоте вращения вала двигателя, что несколько уменьшает основной недостаток контактной системы зажигания - снижение вторичного напряжения с увеличением частоты вращения. Если добавочный резистор выполнен из константана, вариационные свойства в нем не проявляются. Добавочный резистор может также устанавливаться отдельно от катушки зажигания. На некоторых автомобилях, например, на автомобилях фирмы АвтоВАЗ, добавочный резистор в системе зажигания отсутствует, что обусловлено применением аккумуляторной батареи с повышенными пусковыми свойствами, напряжение которой при пуске двигателя снижается незначительно.

Катушка зажигания как повышающий трансформатор характеризуется числом витков в обмотках. В зависимости от типа и назначения катушки число витков лежит в пределах 180...330 - для первичной и 18 000...26 000 - для вторичной обмоток. Соответственно диаметр провода первичной обмотки - 0,53...0,86 мм, а вторичной - 0,07...0,095 мм. Коэффициент трансформации - 55...100. Для катушек зажигания без добавочного резистора сопротивление R1 первичной обмотки - 2,9...3,4 Ом. Если катушка зажигания включается в цепь питания через добавочный резистор, то сопротивление первичной обмотки уменьшают до 1,5...2,1 Ом. При этом сопротивление добавочного резистора в зависимости от типа катушки - 0,9....1,9 Ом. Сопротивление R2 вторичной обмотки может составлять несколько десятков килоом. Значения индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания для систем зажигания с индуктивным накопителем энергии находится в пределах 6.. .11 мГн. В системах зажигания с емкостным накопителем индуктивность первичной обмотки катушки зажигания не является накопителем энергии, поэтому ее значение может быть значительно меньше (до 0,1 мГн). Индуктивность L2 вторичной обмотки составляет несколько десятков генри.

Катушки, работающие в контактных системах зажигания, обеспечивают следующие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение 18...20 кВ;
- скорость нарастания вторичного напряжения 200...250 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 1,1...1,5 мс;
- энергия искрового разряда 15...20 мДж.

3. Катушки зажигания электронных систем зажигания

Длительное время катушки для электронных систем зажигания изготовлялись с электрически разделенными обмотками, т.е. с трансформаторной связью. При такой схеме соединения один из выводов вторичной обмотки соединен с корпусом катушки, т.е. с "массой" автомобиля. Считалось, что применением трансформаторной схемы включения обмоток можно избежать перегрузки выходного транзистора коммутатора дополнительным всплеском напряжения, возникающим в первичной обмотке во время разрядных процессов во вторичной цепи системы зажигания. Это утверждение справедливо только тогда, когда корпус катушки имеет надежный контакт с "массой" автомобиля. Однако окисление этого контакта, что довольно часто случается в эксплуатации, приводит к его нарушению, что становится причиной выхода из строя силового транзистора коммутатора. Поэтому в настоящее время катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания выпускаются с автотрансформаторной схемой соединения обмоток.

Первичная обмотка катушки в таких системах зажигания низкоомная и подключается к источнику питания, как правило, через выносной добавочный резистор. Иногда применяется блок из двух добавочных резисторов. Тогда один из резисторов включен постоянно и ограничивает ток в низкоомной первичной цепи, а второй резистор выполняет роль добавочного резистора, как и в классической контактной системе зажигания.

Катушки зажигания, рассчитанные для работы с транзисторным ключом, являются мощными потребителями электрической энергии. Следует помнить, что если на автомобиле, оборудованном электронной системой зажигания, выйдет из строя генераторная установка, то на аккумуляторной батарее можно проехать всего несколько десятков километров, тогда как на автомобиле с контактной системой зажигания в аналогичном случае - сотни километров.

Катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания имеют классическую конструкцию и выполнены по традиционной технологии: они маслонаполненные, с разомкнутым магнитопроводом и в металлическом корпусе. От катушек контактной системы зажигания они отличаются только обмоточными данными. Расход обмоточной меди у них по сравнению с катушками обычной контактной системы больше в 1,2...1,3 раза за счет увеличения диаметра провода первичной обмотки и увеличения числа витков вторичной. Выход ные характеристики катушек контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания близки к характеристикам катушек контактных систем. Однако последним они уступают по скорости нарастания вторичного напряжения (100...200 В/мкс) и, как следствие, более чувствительны к влиянию нагара на свечах.

В электронных системах зажигания высокой энергии с нормированным временем накопления (временем протекания первичного тока) применяются катушки зажигания, аналогичные по конструкции с выше рассмотренными: они имеют автотрансформаторную схему соединения обмоток и разомкнутый магнитопровод. Но поскольку эти катушки развивают повышенное вторичное напряжение при работе на открытую цепь (до 35 кВ), их высоковольтная изоляция усилена. Кроме того, при выборе параметров катушек для современных электронных систем зажигания учитываются следующие особенности работы этих систем:
- длительность импульсов первичного тока формируется таким образом, чтобы имел место минимум рассеиваемой мощности в катушке и на силовом транзисторе коммутатора;
- время протекания первичного тока зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и напряжения питания;
- амплитуда импульсов первичного тока ограничивается на уровне 6,5.10 А в зависимости от типа электронного коммутатора;
- при неработающем двигателе, но включенном зажигании, ток в первичной обмотке катушки зажигания не протекает.

Конструктивная особенность катушек зажигания, применяемых в электронных системах с нормируемым временем накопления энергии, - наличие специального защитного клапана в высоковольтной крышке или в линии завальцовки крышки с корпусом. Этот клапан открывается в случае увеличения давления масла, что имеет место при повышении его температуры. Срабатывание клапана - это аварийная ситуация, возникающая тогда, когда выходит из строя система управления временем накопления энергии в электронном коммутаторе. При этом длительность протекания первичного тока увеличивается, катушка сильно нагревается и давление масла внутри ее корпуса повышается. Срабатывание защитного клапана предотвращает взрыв катушки. Но после этого катушка восстановлению не подлежит. Представительницей таких катушек является катушка 27.3705, которая широко применяется в составе электронной системы зажигания, например, на автомобилях ВАЗ-2108, 09. Эта катушка и подобные ей работают без добавочного резистора, а стабильные выходные характеристики системы зажигания при пуске двигателя (при снижении напряжения питания до 6...7 В) обеспечиваются за счет низкого сопротивления первичной обмотки (0,4...0,5 Ом).

4. Катушки зажигания микропроцессорных систем зажигания

На рис. 3 показана схема выходного каскада системы зажигания для 4-х цилиндрового ДВС.

Чтобы чередование воспламенений топливовоздушной смеси в цилиндрах соответствовало порядку работы двигателя (1243 или 1342), первая свеча сгруппирована с четвертой, а вторая - с третьей. При таком со единении свечей "рабочие" искры возникают в цилиндрах в конце такта сжатия, а "холостые" искры - в конце такта выпуска. Ясно, что рабочие искры воспламеняют топливовоздушную смесь, а холостые - разряжаются в среде отработавших газов.

Первые двухвыводные катушки зажигания были изготовлены на базе традиционных одновыводных катушек с разомкнутым магнитопроводом в маслонаполненном металлическом корпусе. Они имели увеличенные габариты и массу и значительно отличались от прототипа по конструкции. Такие катушки не нашли широкого применения.

Разработка новых полимерных материалов, обладающих высокими диэлектрическими свойствами, позволила создавать так называемые "сухие" двухвыводные катушки зажигания.

Двухвыводная катушка зажигания (рис. 4) имеет разомкнутый магнитопровод и двухсекционную вторичную обмотку. Вторичная обмотка расположена сверху первичной, что обеспечивает надежную изоляцию выводов высокого напряжения. Охлаждение первичной обмотки - через центральный стержень магнитопровода, который выступает наружу и имеет крепежное отверстие. Обмотки катушки пропитаны компаундом и опрессованы полипропиленом, из пропилена выполнены также корпус, гнезда высоковольтных и низковольтных выводов.

В настоящее время все большее распространение получают трансформаторы зажигания, т.е. двухвыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом 1 (рис. 5).

В таких катушках вторичная обмотка 3 имеет каркасную секционную намотку, позволяющую уменьшить вторичную емкость и усилить изоляцию вторичной обмотки. Катушка имеет пластмассовый каркас 9, в который вмонтированы обмотки. При сборке обмотки заливаются эпоксидным компаундом 8. Катушка в сборе с обмотками и выводами представляет собой монолитную конструкцию с высокой стойкостью к механическим, электрическим и климатическим воздействиям.

Сердечник катушки 1, набранный из тонких листов электротехнической стали, состоит из двух симметричных половин, при стягивании которых в центральном стержне образуется зазор 0,3...0,5 мм для некоторого увеличения индуктивности первичной обмотки повышающего трансформатора (см. поз. 7, рис. 4). Наличие замкнутого магнитопровода позволяет уменьшить габариты и вес катушки, повысить КПД преобразования энергии, уменьшить расход обмоточного провода и электротехнической стали, улучшить параметры искрового разряда, снизить трудоемкость изготовления.

В некоторых модификациях микропроцессорных систем зажигания применяются четырехвыводные катушки зажигания, состоящие из двух двухвыводных катушек, собранных на общем Ш-образном магнитопроводе (рис. 6). В такой конструкции общим элементом является средний стержень магнитопровода, а взаимное влияние двух катушек друг на друга исключается с помощью двух воздушных зазоров б. Величина этих зазоров может достигать 1...2 мм, чем увеличивается магнитное сопротив ление в магнитопроводе и достигается развязка каналов.

Более распространенной является схема четырехвыводной катушки с высоковольтными диодами (рис. 7), которая содержит две встречно намотанные первичные обмотки и одну вторичную. Полярность вторичного напряжения определяется направлением укладки витков в первичных обмотках. Если в точке S (см. рис. 7) напряжение имеет положительную полярность, то открываются высоковольтные диоды VD1, VD4 и в соответствующих цилиндрах двигателя появляются искровые разряды (рабочая и холостая искры). Вторая первичная обмотка намотана в обратном направлении, и при прерывании в ней тока полярность вторичного напряжения в точке S изменится на отрицательную. При этом искровые разряды возникнут в двух цилиндрах двигателя со свечами FV2 и FV3. Для исключения взаимного влияния первичных обмоток в период образования импульсов высокого напряжения к их выводам низкого напряжения подключены разделительные диоды VD5, VD6.

К общим недостаткам систем зажигания с двух- и четырехвыводными катушками относится разнополярность высоковольтных импульсов относительно "массы" автомобиля на спаренных свечах зажигания. За счет этого пробивное напряжение в свечах может отличаться на 1,5...2 кВ.

В системах зажигания с накоплением энергии в емкости катушка зажигания выполняет функцию только повышающего импульсного трансформатора, ее габариты при этом могут быть значительно уменьшены. Это позволяет изготовлять индивидуальные катушки зажигания для каждой свечи в отдельности и монтировать их непосредственно на свечах (рис. 8б).

Для такой системы не нужны высоковольтные провода, которые являются источником радиопомех. Кроме того, исключается холостая искра. Вторичное напряжение несколько увеличивается и имеет только отрицательную полярность, что продлевает срок службы свечи зажигания.

Для микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности выпускаются индивидуальные одновыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом - так называемые трансформаторы зажигания (см. рис. 8).

Катушки, работающие в составе современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности, обеспечивают высокие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение до 35 кВ;
- скорость его нарастания >700 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 2,0...2,5 мс;
- энергия искрового разряда 80...100 мДж.

Высокий уровень вторичного напряжения и параметров искрового разряда способствуют выполнению жестких требований, предъявляемых к современному автомобильному двигателю по экономичности и токсичности. Повышение скорости нарастания вторичного напряжения делает систему зажигания менее чувствительной к нагарообразованию на тепловом конусе искровой свечи. Однако при этом на 20...30% возрастает пробивное напряжение на свечах, что объясняется соизмеримостью времени формирования искрового разряда в свече со временем нарастания на ней вторичного напряжения. При большом запасе по вторичному напряжению это не принципиально.

5. Техническое обслуживание

Прежде всего катушка должна быть чистой, как и другие высоковольтные элементы системы зажигания. Часто после мойки автомобиля наличие влаги на крышке катушки зажигания является причиной отказа пуска двигателя. Поэтому в тех случаях, когда влага может попасть в моторный отсек автомобиля (мойка, дождь, длительная стоянка при повышенной влажности воздуха), перед поездкой необходимо просушить или насухо обтереть высоковольтные элементы системы зажигания. Особое внимание следует обратить на вывод высокого напряжения катушки зажигания. Не вставленный до упора в гнездо катушки высоковольтный провод может привести к пробою изоляции, который обнаруживается по прогару крышки или выплавлению пластмассового покрытия (оболочки) корпуса. Если высоковольтный контакт в катушке почернел, но его изоляция не нарушена, контакт зачищают до блеска мелкой шкуркой, свернутой трубочкой. Таким же образом следует обработать наконечник высоковольтного провода. После зачистки убеждаются в плотной посадке провода в кон¬тактное гнездо. При необходимости надежность контакта достигается увеличением ширины прорези наконечника высоковольтного провода.

Обеспечение надежного крепления катушки к кузову автомобиля предупреждает появление механических повреждений и улучшает ее охлаждение. Кроме того, в контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания с катушками типа Б114, Б116, у которых обмотки имеют трансформаторную связь, предотвращается выход из строя силового транзистора коммутатора.

Неисправность катушки классической конструкции можно обнаружить внешним осмотром с последующей проверкой ее работоспособности "на искру". Внешним осмотром могут быть найдены трещины и электрические прожоги на крышке вокруг высоковольтного вывода. Для проверки катушки "на искру" отсоединяют центральный высоковольтный провод от распределителя и располагают его на расстоянии 5.10 мм от корпуса двигателя. Затем стартером прокручивают коленчатый вал двигателя и наблюдают за искрообразованием в зазоре между наконечником высоковольтного провода и "массой". В контактной системе зажигания проверять искрообразование можно без вращения коленчатого вала. Для этого снимают крышку распределителя и устанавливают контакты прерывателя в замкнутое состояние. Затем, включив зажигание рычажком прерывателя или ротором распределителя, размыкают и замыкают контакты. Бесперебойное искрообразование свидетельствует об исправности катушки зажигания.

Двухвыводные катушки зажигания микропроцессорных систем и электронных систем зажигания высокой энергии проверяют "на искру" с применением специального переносного разрядника (рис. 9).

Это делается для того, чтобы не получить травму или не вывести из строя электронные приборы на автомобиле. С помощью разрядника можно достаточно точно измерить вторичное напряжение на любой катушке зажига ния. Размер зазора между шарами разрядника почти линейно зависит от приложенного к ним напряжения в момент появления искры (см. график на рис. 9).

При отсутствии искры в зазоре между корпусом двигателя и наконечником провода, отсоединенного от центрального вывода распределителя, или между электродами разрядника проверку катушки завершают измерением сопротивлений обмоток. Если измеренные значения сопротивлений соответствуют нормальным (см. таблицу), а высоковольтной искры не возникает, то в катушке может иметь место высоковольтный (неконтролируемый простым способом) пробой изоляции между витками или на корпус.

Такая неисправность может быть обнаружена только на специальном испытательном стенде. В любом случае катушка зажигания, в которой обнаружены неисправности, не ремонтируется и подлежит замене.

В заключение следует отметить, что при написании настоящей статьи использовалась, в основном, информация по отечественным катушкам зажигания (см. таблицу). Что касается катушек зажигания импортных автомобилей, то они имеют очень схожие параметры и конструктивные показатели, так как рассчитываются и изготовляются по совершенно аналогичным принципам. Отсюда ясно, что замена импортных катушек зажигания отечественными возможна и вполне допустима. Следует только иметь ввиду, что катушки зажигания от разных типов систем зажигания не взаимозаменяемы, например, батарейная катушка зажигания не будет работать в электронной системе и наоборот - их параметры совершенно различны.

При замене катушки зажигания на ее место подбирают катушку со схожими рабочими параметрами, которые не должны отличаться более чем на 20...30%, а сами катушки должны иметь одинаковое конструктивное исполнение.

В таблице, в качестве примера, желтой строкой выделены параметры взаимозаменяемых катушек зажигания.

[email protected]

Приветствую вас друзья на сайте ремонт автомобилей своими руками. Катушка (модуль) зажигания — один из ключевых узлов автомобиля, обеспечивающих своевременное воспламенение топливовоздушной смеси и нормальную работу двигателя.

Назначение катушки зажигания — увеличить стандартное напряжение автомобиля (12 Вольт) в более высокий потенциал, что гарантирует появление мощной искры между электродами свечи . Итог — возгорание рабочей смеси, движение поршней, вращение коленчатого вала и движение машины.

Конструктивные особенности и виды катушки зажигания

Устройство катушки зажигания предельно просто. Основа узла — обычный двухобмоточный трансформатор. Между «первичкой» и «вторичкой» находится сердечник из стали. Защищается вся конструкция с помощью изолированного корпуса.

Каждая из обмоток имеет свои особенности:

— для «первички» используется толстый провод из качественной меди. Число оборотов — 100-150. Входное напряжение — 12 Вольт;

— «вторичка» наматывается поверх первичной обмотки. В ее составе — от 15 до 30 тысяч оборотов. В качестве материала (как и в первом случае) используется медная проволока, но уже с другим сечением.

Описанная выше система характерна для различных типов катушек — индивидуального и сдвоенного типа. Рабочее напряжение на «вторичке» устройства — 35 тысяч вольт.

Роль изолирующего состава выполняет трансформаторное масло, которое находится внутри изделия. Кроме изолирующей, масло выполняет еще одну функцию — защищает устройство от перегрева.

Виды катушек могут быть:

1. Общими. Такие устройства используются в авто, где есть или отсутствует распределитель. Конструкция данного изделия описана в разделе выше. В частности, устройство состоит из двух обмоток, сердечника из стали и внешнего корпуса. Сформированный импульс направляется к электродам свечей.

2. Индивидуальными. Устройства задействованы в авто с электронным зажиганием. Особенность — наличие «первички» внутри «вторички». Индивидуальное устройство устанавливается непосредственно на каждую свечу зажигания .

3. Сдвоенными. Они применяются в автомобилях с электронной организацией зажигания. Особенность такого устройства — наличие сдвоенных проводов, что гарантируют подачу искры сразу к двум камерам сгорания. При этом в такте сжатия будет только одна камера, а для второй воспламенение является холостым.

Как работает катушка зажигания?

Зная устройство узла, много проще понять и принцип работы катушки зажигания. К «первичке» подводится потенциал с АКБ (12 Вольт). После этого в трансформаторе создается магнитное поле.

Периодически подаваемое напряжение разрывается с помощью прерывателя, что приводит к сокращению магнитных потоков и формированию в обмотках ЭДС.

Теперь вспоминаем курс физики, где хорошо раскрыт закон ЭМИ (электромагнитной индукции). В нем сказано, что размер ЭДС непосредственным образом зависит от числа витков в контуре. Следовательно, во «вторичке» формируется более высокое напряжение.

Полученный потенциал передается непосредственно на электроды свечей, что способствует появлению искры и возгоранию подготовленной горючей смеси.

В более старых машинах ВАЗ напряжение от узла отходило ко всем свечкам при помощи распределителя. Минус устройства — недостаточная надежность, поэтому современные устройства объединяются в общую систему и расходятся на каждую свечку по отдельности.

Основные поломки и способы диагностики катушки

В процессе эксплуатации возможны следующие неисправности катушки зажигания:

• Сбои в работе двигателя;
• неустойчивость холостого хода;
• сложности в регулировке холостого хода;
• проблемы с пуском мотора или невозможность завода двигателя (особенно это проявляется в холодную погоду);
• отсутствие искры в одной или нескольких свечах;
• дергание во время начала движения и в период поездки.

При наличии подозрений на неисправность, важно знать, как проверить катушку зажигания . Действуйте по следующему алгоритму (на примере ВАЗ-2108—2109):

1. Готовьте инструмент, который понадобится для выполнения работ. Здесь необходим тестер (можно использовать обычный мультиметр, в котором есть режим омметра), а также ключ на «восемь» (он может быть рожковым или накидном).

2. Проведите подготовительные работы. В частности, проверьте узел без его демонтажа с автомобиля. Для этого отбрасывайте «минус» от источника питания, снимайте провод, отходящий от модуля, отсоединяйте провода, которые подключены к выводам катушки.

Для выкручивания винтов используйте ключ на «восемь». При этом запомните позицию проводов, чтобы при их возвращении на место не допустить ошибку.

Сама проверка осуществляется в несколько этапов:

1. Диагностика исправности первичной обмотки. Подсоединяйте один щуп мультиметра к выходу «Б», а второй — к выходу «К» (это начало и конец первичной обмотки). Ставьте переключатель в режим измерения сопротивления (оно должно находиться на уровне 0.4-0.5 Ом).

2. Диагностика исправности витков вторичной обмотки. Чтобы проверить данную часть катушки, подключайте щуп мультиметра к выходу «Б», а второй — к выводу самого провода. Измерения должны показать сопротивление на уровне 4.5-5.5 кОм.

3. Диагностика целостности изоляционного покрытия. Один из щупов тестера подключайте к выходу «Б» устройства, а вторым прикасайтесь к внешней части. В данном случае сопротивление должно находиться на уровне около 50 мОм и более. Если хотя бы одна из 3-х проверок была «провалена», то катушку нужно менять.

При эксплуатации катушки зажигания нужно учитывать несколько полезных советов, возможно когда нибудь они вам пригодятся.

Нельзя оставлять зажигание включенным на длительное время (при условии, что двигатель не заведен). Такая оплошность приводит к уменьшению ресурса катушки и ее быстрой поломке.

Производите очистку и диагностику состояния изделия. Проверяйте качество фиксации проводников. Особое внимание уделяйте проводам, по которым проходит высокое напряжение. Кроме этого, убедитесь, что на кожух или во внутреннюю часть устройства не поступает влага.

Не отбрасывайте провода от устройства, когда зажигание активно. Если это необходимо сделать, то используйте специальные перчатки.

Как видно из статьи, устройство и работа катушки зажигания, а также ее обслуживание не должны вызвать проблем даже у начинающего автолюбителя. Главное — быть внимательным к своему автомобилю, обращать внимание на описанные выше неисправности и своевременно проверять катушку зажигания на наличие дефектов.

При выявлении поломок старайтесь не затягивать с заменой узла. В противном случае неприятности с заводом мотора могут застать в дороге.

Назначение катушки зажигания

Катушка зажигания - это один из важнейших элементов воспламенения топлива в цилиндрах двигателя. Она представляет собой устройство, потребляющее низковольтный ток от аккумулятора автомобиля и преобразующее его в высоковольтные импульсы. Они в нужный момент образуют искру между электродами свечи зажигания и воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Конструкция

Устройство катушки зажигания сходно с трансформатором: она тоже имеет две обмотки (первичную и вторичную) на сердечнике, а специальное устройство преобразует постоянный ток батареи в импульсный, напряжение которого повышается в несколько тысяч раз по закону электромагнитной индукции. В системах воспламенения старых автомобилей имелся только один такой узел. Импульсы от него поочередно подавались на все свечи через распределитель и высоковольтные провода. Но в последнее время на машинах все чаще встречается система с выносом отдельной катушки на каждый цилиндр.

Диагностика методом замыкания свечи на корпус

Без данного устройства автомобиль не способен завестись. Следовательно, проверка катушки зажигания - эта та операция, которую должен уметь производить любой автомобилист. Наиболее распространенный способ - это выкрутить свечи зажигания из цилиндра и замкнуть их на корпусе двигателя с последующей попыткой завести машину. Если искра проскакивает между электродами, значит, катушка зажигания исправна. Если же нет, то, скорее всего, проблема именно в этом устройстве. Но у многих автолюбителей существует мнение, что при таком способе проверки катушка зажигания может вывести из строя.

Диагностика методом измерения сопротивления

Существует безопасная альтернатива, но в этом случае понадобится омметр. Метод заключается в измерении сопротивлений обмоток. Точные их значения указаны в технических справочниках, но обычно рабочая катушка зажигания имеет на первичной обмотке сопротивление 16-17 КОм. Если обнаружено сильное расхождение с данной цифрой или вообще разрыв (бесконечное сопротивление) или короткое замыкание (величина будет стремиться к нулю), то, скорее всего данный агрегат неисправен.

Альтернативные методы диагностики

Еще один способ - это установка вашей катушки на другую машину. В этом случае вы однозначно узнаете, исправен ли данный компонент. Сложность в том, что автомобиль должен быть той же марки и той же комплектации что и ваш, а еще вам нужно согласие его владельца. Также существуют и визуальные признаки выхода из строя катушки: запах горелой изоляции или следы пробоя (наличие черных прогоревших точек на корпусе и обмотках).

Можно ли отремонтировать катушку зажигания

Что делать в случае, если установлена неисправность данного компонента системы зажигания? Только менять - катушка не поддается ремонту. Точнее, отремонтировать ее можно, но сложность замены обмоток делает такую операцию нерентабельной.

Методика проведения работ

Помните о технике безопасности при всех манипуляциях с системой зажигания, так как напряжение катушки может достигать 20-25 тысяч вольт. Используйте инструменты с электроизолированными ручками и не работайте в сырых помещениях или под дождем. Если вы не можете найти причину неисправности автомобиля самостоятельно, обратитесь в специализированный сервис. Удачи на дорогах!

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности . Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – и .

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку:), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный 🙂

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока .

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость 🙂 Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции . Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: , title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="12" width="39" style="vertical-align: 0px;">, участок 3-4: title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="12" width="41" style="vertical-align: 0px;">, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

Где – круговая частота: . – это .

Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто 🙂 По 2-му закону Кирхгофа:

А следовательно:

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе () друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались 🙂

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!