Cewka indukcyjna

Cewka indukcyjna (L) to element bierny obwodu, zwykle zwój izolowanego drutu nawinięty na karkas lub rdzeń, który przy przepływie prądu wytwarza pole magnetyczne i magazynuje w nim energię. Jej podstawowym parametrem jest indukcyjność wyrażana w henrach (H).

---

Co robi cewka w obwodzie elektrycznym?

Cewka zamienia przepływający prąd w pole magnetyczne, a przy każdej zmianie prądu sama wytwarza napięcie, które tej zmianie się sprzeciwia. Za ten efekt odpowiada indukcja elektromagnetyczna, a kierunek indukowanego napięcia opisuje reguła Lenza. Wielkość, która mówi, jak silnie dana cewka reaguje na zmiany prądu, to indukcyjność i ona ma w słowniku osobne hasło.

Zachowanie cewki zależy od rodzaju prądu. Przy prądzie stałym, po krótkim stanie przejściowym, ogranicza prąd tylko rezystancja drutu nawojowego. Przy prądzie przemiennym dochodzi opór bierny, czyli reaktancja indukcyjna, rosnąca razem z częstotliwością. Dlatego cewka przepuszcza prąd stały i składowe wolnozmienne, a hamuje zakłócenia o wysokiej częstotliwości.

Energia gromadzona w polu magnetycznym cewki wynosi:

W = ½ · L · I²

• W – energia pola magnetycznego [J],
• L – indukcyjność cewki [H],
• I – prąd płynący przez uzwojenie [A].

Tę energię cewka musi gdzieś oddać, gdy przerywasz obwód. Stąd iskrzenie na stykach łączników sterujących dużymi uzwojeniami.

Z czego składa się cewka indukcyjna?

Podstawą jest uzwojenie z drutu miedzianego pokrytego cienką warstwą lakieru izolacyjnego. Lakier zastępuje grubą izolację, dzięki czemu zwoje leżą ciasno obok siebie. Drut nawija się na karkas, czyli korpus z tworzywa, albo bezpośrednio na rdzeń. Zewnętrzne końce uzwojenia tworzą wyprowadzenia, a w cewkach styczników i przekaźników trafiają na zaciski oznaczone A1 i A2.

Rdzeń decyduje o charakterze elementu. Cewki pracujące przy 50 Hz mają rdzenie z pakietu cienkich blach ze stali elektrotechnicznej, izolowanych od siebie, żeby ograniczyć straty na prądy wirowe. W układach wysokiej częstotliwości stosuje się rdzenie ferrytowe, a w obwodach radiowych cewki bez rdzenia, nazywane powietrznymi. Każdy rdzeń ma też granicę: powyżej prądu nasycenia materiał przestaje wzmacniać pole i indukcyjność gwałtownie spada.

Jakie są rodzaje cewek?

Rodzaj	Budowa	Typowe zastosowanie
Cewka powietrzna	uzwojenie bez rdzenia lub na karkasie z tworzywa	obwody radiowe, układy wysokiej częstotliwości
Cewka z rdzeniem ferrytowym	uzwojenie na pręcie, kubku lub pierścieniu z ferrytu	zasilacze impulsowe, filtry przeciwzakłóceniowe
Cewka z rdzeniem z blach	uzwojenie na pakiecie blach stalowych	styczniki, przekaźniki, dławiki sieciowe, transformatory 50 Hz
Cewka toroidalna	uzwojenie na rdzeniu w kształcie pierścienia	filtry, przekładniki, zasilacze o małym polu rozproszenia
Cewka SMD	miniaturowa cewka do montażu powierzchniowego	płytki drukowane w elektronice

W mowie potocznej i w krzyżówkach cewkę nazywa się też induktorem, zwojnicą albo solenoidem. Na schematach według normy PN-EN 60617 cewkę w obwodach elektronicznych rysuje się jako szereg łuków, a cewkę stycznika lub przekaźnika jako prostokąt z zaciskami A1 i A2.

Cewka, dławik, elektromagnes, transformator – czym się różnią?

Wszystkie cztery to uzwojenia, a różni je cel, do którego się je buduje. Dławik to cewka zaprojektowana do ograniczania lub wygładzania prądu: dławiki sieciowe chronią falowniki i baterie kondensatorów, a w starszych oprawach świetlówkowych dławik ograniczał prąd lampy. Elektromagnes wykorzystuje pole cewki do wytworzenia siły, np. do przyciągnięcia zwory stycznika, elektrozaworu czy rygla elektrozaczepu. Transformator ma co najmniej dwa uzwojenia na wspólnym rdzeniu i przenosi energię między nimi, korzystając ze sprzężenia magnetycznego.

Cewka stycznika i przekaźnika w praktyce elektryka

W rozdzielnicy 230/400 V cewkę najczęściej spotkasz w stycznikach i przekaźnikach. Producent podaje na niej napięcie i rodzaj prądu, np. 230 V AC albo 24 V DC, a wymagania dla tych aparatów określa norma PN-EN 60947-4-1. Pomyłka w doborze kończy się źle: cewka na 230 V AC podłączona do 230 V DC ma do dyspozycji tylko rezystancję drutu, więc płynie przez nią wielokrotnie większy prąd i uzwojenie szybko się przepala.

Cewka AC przy załączaniu pobiera prąd kilka razy większy niż w stanie przyciągniętym. Przy otwartej zworze szczelina powietrzna obniża indukcyjność, a po domknięciu rdzenia reaktancja rośnie i prąd spada do wartości podtrzymania. Przy 50 Hz siła przyciągania spada do zera 100 razy na sekundę, dlatego w nabiegunniku stycznika AC umieszcza się miedziany pierścień zwarty. Pęknięty pierścień albo zabrudzona powierzchnia rdzenia objawiają się głośnym brzęczeniem aparatu.

Cewka siedzi też w każdym wyłączniku nadprądowym jako wyzwalacz elektromagnetyczny. Przy zwarciu jej pole w ciągu kilku milisekund wciąga kotwiczkę, która zwalnia zamek i otwiera styki. Próg zadziałania wyznacza charakterystyka: dla typu B to od 3 do 5 krotności prądu znamionowego, dla typu C od 5 do 10. Przeciążenia wyłącza z kolei osobny człon termobimetalowy, który działa znacznie wolniej.

Sprawność uzwojenia sprawdzisz multimetrem po odłączeniu zasilania, mierząc rezystancję między zaciskami A1 i A2. Wynik nieskończony oznacza przerwę w drucie, a wartość wyraźnie niższa od katalogowej sugeruje zwarcie międzyzwojowe. Pytania o zasadę działania stycznika i jego cewki należą do typowych zagadnień na egzaminie SEP grupy 1, zwłaszcza w części o układach sterowania silnikami.

Najczęściej zadawane pytania