Электромагнитная катушка
Электромагнитная катушка — это электрический проводник , такой как провод в форме катушки ( спирали или спирали ). [1] [2] Электромагнитные катушки используются в электротехнике , в приложениях, где электрические токи взаимодействуют с магнитными полями , в таких устройствах, как электродвигатели , генераторы , индукторы , электромагниты , трансформаторы , сенсорные катушки, например, в медицинских МРТ машинах . Либо через провод катушки пропускается электрический ток для создания магнитного поля, либо, наоборот, внешнее изменяющееся во времени магнитное поле внутри катушки создает ЭДС ( напряжение ) в проводнике.
Ток, проходящий через любой проводник, создает вокруг проводника круговое магнитное поле согласно закону Ампера . [3] Преимущество использования формы катушки состоит в том, что она увеличивает силу магнитного поля, создаваемого данным током. Магнитные поля, генерируемые отдельными витками провода, проходят через центр катушки и суммируются ( суперпонируются ), создавая там сильное поле. [3] Чем больше витков провода, тем сильнее создаваемое поле. И наоборот, изменяющийся внешний магнитный поток индуцирует напряжение в проводнике, например проводе, в соответствии с законом индукции Фарадея . [3] [4] Индуцированное напряжение можно увеличить, намотав провод в катушку, поскольку силовые линии пересекают цепь несколько раз. [3]
Направление магнитного поля, создаваемого катушкой, можно определить по правилу правой руки . Если пальцы правой руки обхватить магнитный сердечник катушки в направлении условного тока, проходящего через провод, большой палец будет указывать в направлении, в котором линии магнитного поля проходят через катушку. Конец магнитного сердечника, из которого выходят силовые линии, определяется как северный полюс.
В электрическом и электронном оборудовании используется множество различных типов катушек.
Обмотки и отводы
[ редактировать ]
Провод или проводник, образующий катушку, называется обмоткой . [5] Отверстие в центре катушки называется областью сердечника или магнитной осью . [6] Каждая петля провода называется витком . [2] В обмотках, в которых витки соприкасаются, провод должен быть изолирован покрытием из непроводящей изоляции, например пластика или эмали, чтобы предотвратить прохождение тока между витками провода. Обмотку часто оборачивают вокруг катушки из пластика или другого материала, чтобы удерживать ее на месте. [2] Концы провода выводятся наружу и присоединяются к внешней цепи. Обмотки могут иметь дополнительные электрические соединения по длине; это называются краны . [7] Обмотка, имеющая один отвод в центре своей длины, называется отводом от центра . [8]
Катушки могут иметь более одной обмотки, электрически изолированной друг от друга. Когда вокруг общей магнитной оси расположены две или более обмоток, говорят, что обмотки связаны индуктивно или магнитно . [9] Изменяющийся во времени ток через одну обмотку создаст изменяющееся во времени магнитное поле, проходящее через другую обмотку, которое будет индуцировать изменяющееся во времени напряжение в других обмотках. Это называется трансформатор . [10] Обмотка, к которой подается ток, создающий магнитное поле, называется первичной обмоткой . Остальные обмотки называются вторичными .
Магнитный сердечник
[ редактировать ]Многие электромагнитные катушки имеют магнитный сердечник — кусок ферромагнитного материала, например железа, в центре для увеличения магнитного поля. [11] Ток через катушку намагничивает железо, а поле намагниченного материала добавляется к полю, создаваемому проволокой. Это называется катушкой с ферромагнитным сердечником или катушкой с железным сердечником . [12] Ферромагнитный сердечник может увеличить магнитное поле и индуктивность катушки в сотни или тысячи раз по сравнению с тем, что было бы без сердечника. Катушка с ферритовым сердечником — это разновидность катушки с сердечником из феррита , ферримагнитного керамического соединения. [13] Ферритовые катушки имеют меньшие потери в сердечнике на высоких частотах.
- Катушка с сердечником, образующим замкнутый контур, возможно, с некоторыми узкими воздушными зазорами, называется катушкой с закрытым сердечником . Обеспечивая замкнутый путь для силовых линий магнитного поля, эта геометрия минимизирует магнитное сопротивление и создает самое сильное магнитное поле. Часто используется в трансформаторах.
- Распространенной формой катушек с закрытым сердечником является катушка с тороидальным сердечником , в которой сердечник имеет форму тора или пончика с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Такая геометрия имеет минимальный поток утечки и излучает минимальные электромагнитные помехи (EMI).
- Катушка с сердечником, представляющим собой прямой стержень или другую форму без петли, называется катушкой с открытым сердечником . Он имеет более низкое магнитное поле и индуктивность, чем закрытый сердечник, но часто используется для предотвращения магнитного насыщения сердечника.
Катушка без ферромагнитного сердечника называется катушкой с воздушным сердечником . [14] Сюда входят катушки, намотанные на пластиковые или другие немагнитные формы, а также катушки, внутри обмотки которых фактически имеется пустое воздушное пространство.
Типы катушек
[ редактировать ]Катушки можно классифицировать по частоте тока, для работы с которым они предназначены:
- Катушки постоянного тока или постоянного тока или электромагниты работают с постоянным постоянным током в своих обмотках.
- Катушки, катушки индуктивности или трансформаторы звуковой частоты или AF работают с переменным током в диапазоне звуковых частот менее 20 кГц.
- Радиочастотные или ВЧ катушки, индукторы или трансформаторы работают с переменным током в радиочастотном диапазоне выше 20 кГц.
Катушки можно классифицировать по их функциям:
Электромагниты
[ редактировать ]
Электромагниты — это катушки, которые генерируют магнитное поле для какого-либо внешнего использования, часто для приложения к чему-либо механической силы. [15] или удалите существующие фоновые поля. [16] Несколько конкретных типов:
- Соленоид – электромагнит в виде прямой полой спирали проволоки.
- Обмотки двигателя и генератора - электромагниты с железным сердечником на роторе или статоре электродвигателей и генераторов, которые действуют друг на друга, либо вращая вал (двигатель), либо генерируя электрический ток (генератор).
- Обмотка возбуждения — катушка с железным сердечником, которая генерирует постоянное магнитное поле, воздействующее на обмотку якоря.
- Обмотка якоря - катушка со стальным сердечником, на которую действует магнитное поле обмотки возбуждения, чтобы создать крутящий момент (двигатель) или навести напряжение для производства энергии (генератор).
- Катушка Гельмгольца , катушка Максвелла — катушки с воздушным сердечником, служащие для гашения внешнего магнитного поля.
- Катушка размагничивания – катушка, используемая для размагничивания деталей.
- Звуковая катушка — катушка, используемая в громкоговорителе с подвижной катушкой , подвешенная между полюсами магнита. Когда аудиосигнал проходит через катушку, она вибрирует, перемещая прикрепленный диффузор динамика, создавая звуковые волны. Обратное используется в динамическом микрофоне , где звуковые колебания, перехваченные чем-то вроде диафрагмы, физически передаются на звуковую катушку, погруженную в магнитное поле, а концы катушки затем обеспечивают электрический аналог этих вибраций.
Индукторы
[ редактировать ]Индукторы или реакторы представляют собой катушки, которые генерируют магнитное поле, которое взаимодействует с самой катушкой, вызывая обратную ЭДС, которая противодействует изменениям тока через катушку. Индукторы используются в качестве элементов в электрических цепях для временного хранения энергии или сопротивления изменениям тока. Несколько типов:
- Танковая катушка - катушка индуктивности, используемая в настроенной цепи.
- Дроссель — дроссель, используемый для блокировки высокочастотного переменного тока и пропускания низкочастотного переменного или постоянного тока.
- Нагрузочная катушка — индуктор, используемый для добавления индуктивности антенне, чтобы сделать ее резонансной, или кабелю для предотвращения искажения сигналов.
- Вариометр - регулируемый индуктор, состоящий из двух последовательно соединенных катушек: внешней неподвижной катушки и второй внутри нее, которая может вращаться так, чтобы их магнитные оси были направлены в одном или противоположном направлении.
- Обратный трансформатор . Хотя он и называется трансформатором, на самом деле это индуктор, который служит для накопления энергии в импульсных источниках питания и схемах горизонтального отклонения для ЭЛТ- телевизоров и мониторов.
- Насыщаемый реактор — дроссель с железным сердечником, используемый для управления мощностью переменного тока путем изменения насыщения сердечника с помощью управляющего напряжения постоянного тока во вспомогательной обмотке.
- Индуктивный балласт — дроссель, используемый в цепях газоразрядных ламп , например люминесцентных ламп , для ограничения тока через лампу.
Трансформеры
[ редактировать ]
Трансформатор — это устройство с двумя и более магнитно связанными обмотками (или секциями одной обмотки). Изменяющийся во времени ток в одной катушке (называемой первичной обмоткой ) генерирует магнитное поле, которое индуцирует напряжение в другой катушке (называемой вторичной обмоткой ). Несколько типов:
- Распределительный трансформатор – Трансформатор в электросети , который преобразует высокое напряжение от линии электропередачи в более низкое напряжение, используемое потребителями коммунальных услуг.
- Автотрансформатор – трансформатор только с одной обмоткой. Различные части обмотки, доступные с помощью отводов, действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора.
- Тороидальный трансформатор – сердечник имеет форму тороида . Это широко используемая форма, поскольку она уменьшает поток рассеяния, что приводит к уменьшению электромагнитных помех.
- Индукционная катушка или катушка тремблера - ранний трансформатор, который использует вибрационный прерыватель для прерывания первичного тока, чтобы он мог работать от постоянного тока.
- Катушка зажигания — индукционная катушка, используемая в двигателях внутреннего сгорания для создания импульса высокого напряжения для зажигания свечи зажигания , которая инициирует горение топлива.
- Балун – трансформатор, преобразующий симметричную линию передачи в несимметричную.
- Бифилярная катушка – катушка, намотанная на две параллельные, близко расположенные нити. Если через обмотки пропускаются переменные токи в одном направлении, магнитные потоки складываются, но если через обмотки проходят равные токи в противоположных направлениях, противоположные потоки нейтрализуются, что приводит к нулевому потоку в сердечнике. Таким образом, в третьей обмотке сердечника не будет индуцироваться напряжение. Они используются в приборах и устройствах, таких как прерыватели замыкания на землю . Они также используются в проволочных резисторах с низкой индуктивностью для использования на радиочастотах.
- Аудиотрансформатор — Трансформатор, используемый для аудиосигналов . Они используются для согласования импедансов .
- Гибридная катушка - специализированный аудиотрансформатор с тремя обмотками, используемый в цепях телефонии для преобразования между двухпроводными и четырехпроводными цепями.
Электрические машины
[ редактировать ]Электрические машины, такие как двигатели и генераторы, имеют одну или несколько обмоток, которые взаимодействуют с движущимися магнитными полями для преобразования электрической энергии в механическую. Часто машина имеет одну обмотку, через которую проходит большая часть мощности машины ( «якорь» ), и вторую обмотку, создающую магнитное поле вращающегося элемента («обмотка возбуждения»), которая может быть соединена щетками. или контактные кольца к внешнему источнику электрического тока. В асинхронном двигателе «полевая» обмотка ротора возбуждается за счет медленного относительного движения между вращающейся обмоткой и вращающимся магнитным полем, создаваемым обмоткой статора, которое индуцирует необходимый ток возбуждения в роторе.
Катушки преобразователя
[ редактировать ]
Это катушки, используемые для преобразования изменяющихся во времени магнитных полей в электрические сигналы и наоборот. Несколько типов:
- Датчики или приемные катушки - они используются для обнаружения внешних изменяющихся во времени магнитных полей.
- Индуктивный датчик — катушка, которая определяет, когда рядом с ней проходит магнит или железный предмет.
- Записывающая головка — катушка, которая используется для создания магнитного поля для записи данных на магнитный носитель информации , например магнитную ленту или жесткий диск . И наоборот, он также используется для считывания данных в виде изменяющихся магнитных полей в среде.
- Катушка индукционного нагрева — катушка переменного тока, используемая для нагрева объекта путем создания в нем вихревых токов , процесс, называемый индукционным нагревом .
- Рамочная антенна — катушка, служащая радиоантенной для преобразования радиоволн в электрический ток.
- Катушка Роговского - тороидальная катушка, используемая в качестве устройства измерения переменного тока.
- Звукосниматель музыкального инструмента — катушка, используемая для формирования выходного звукового сигнала в электрогитаре или электробасе .
- Феррозонд - сенсорная катушка, используемая в магнитометре.
- Магнитный картридж для фонографа — датчик в проигрывателе пластинок , который использует катушку для преобразования вибрации иглы в звуковой сигнал при воспроизведении виниловых пластинок .
Есть также типы катушек, которые не попадают в эти категории.
Технология намотки
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стауффер, Х. Брук (2002). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Хаймел Такер. п. 36. ISBN 978-0877655992 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лапланте, Филипп А. (1999). Большой словарь по электротехнике . Спрингер. стр. 114–115. ISBN 978-3540648352 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Арун, П. (2006). Электроника . Alpha Sciences International Ltd., стр. 73–77. ISBN 978-1842652176 .
- ^ Амос, Юго-Запад; Амос, Роджер (4 марта 2002 г.). Ньюнес 2002, с. 129 . Эльзевир. ISBN 9780080524054 .
- ^ Стауффер, HB (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Бартлетт Лиринг, ООО. п. 273. ИСБН 9780877655992 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Амос, Юго-Запад; Роджер Амос (2002). Словарь Newnes по электронике . Ньюнес. п. 191. ИСБН 978-0080524054 .
- ^ Лапланте, Пенсильвания (1999). Большой словарь по электротехнике . Шпрингер Берлин Гейдельберг. п. 633. ИСБН 9783540648352 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Стауффер, HB (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Бартлетт Лиринг, ООО. п. 29. ISBN 9780877655992 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Амос, Юго-Запад; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике . Эльзевир Наука. п. 167. ИСБН 9780080524054 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Амос, Юго-Запад; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике . Эльзевир Наука. п. 326. ИСБН 9780080524054 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Лапланте, Филипп А. (1998). Большой словарь по электротехнике . Спрингер. п. 143. ИСБН 978-3540648352 .
- ^ Лапланте, Пенсильвания (1999). Большой словарь по электротехнике . Шпрингер Берлин Гейдельберг. п. 346. ИСБН 9783540648352 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Лапланте, Пенсильвания (1999). Большой словарь по электротехнике . Шпрингер Берлин Гейдельберг. п. 243. ИСБН 9783540648352 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Лапланте, Пенсильвания (1999). Большой словарь по электротехнике . Шпрингер Берлин Гейдельберг. п. 19. ISBN 9783540648352 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Амос, Юго-Запад; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике . Эльзевир Наука. п. 113. ИСБН 9780080524054 . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Хобсон, П.Дж.; и др. (2022). «Индивидуальная конструкция магнитного поля для магнитоэкранированного интерферометра холодных атомов» . наук. Представитель . 12 (1): 10520. arXiv : 2110.04498 . Бибкод : 2022NatSR..1210520H . дои : 10.1038/s41598-022-13979-4 . ПМК 9217970 . ПМИД 35732872 . S2CID 238583775 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Кверфурт, Уильям, « Намотка катушек; описание процедур намотки катушек, намоточных машин и сопутствующего оборудования для электронной промышленности » (2-е изд.). Чикаго, компания G. Stevens Mfg. Co., 1958 г.
- Уэймут, Ф. Мартен, « Барабанные якоря и коммутаторы (теория и практика): полный трактат по теории и конструкции барабанной обмотки, а также коммутаторов для якорей с замкнутой катушкой, вместе с полным резюме некоторых основных моментов. в их конструкции и изложении реакций якоря и искрообразования ». Лондон, Типография и издательство «Электрик», 1893 г.
- « Процедуры намотки катушек ». Международная ассоциация намотки катушек.
- Чендлер, Р.Х., « Обзор рулонных покрытий, 1970–76 ». Брейнтри, RH Chandler Ltd, 1977.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Калькулятор индуктивности катушек Онлайн калькулятор для определения индуктивности однослойных и многослойных катушек
- Р. Кларк, « Производство намоточных компонентов. Архивировано 7 июля 2007 г. в Wayback Machine ». Surrey.ac.uk, 9 октября 2005 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
