Полевая катушка
Полевая катушка представляет собой электромагнит, используемый для генерации магнитного поля в электромагнитной машине, как правило, вращающейся электрической машины, такой как двигатель или генератор . Он состоит из катушки провода, через которую течет ток.
В вращающейся машине полевые катушки намотаны на железном магнитном ядре , которое направляет линии магнитного поля. Магнитное ядро находится в двух частях; Статор , который является неподвижным, и ротор , который вращается в нем. Линии магнитного поля проходят в непрерывном петле или магнитной цепи от статора через ротор и снова через статор. Полевые катушки могут быть на статоре или на роторе.
Магнитный путь характеризуется полюсами , расположения под равными углами вокруг ротора, при котором линии магнитного поля проходят от статора к ротору или наоборот. Статор (и ротор) классифицируется по количеству полюсов, которые у них есть. Большинство договоренностей используют одну полевую катушку на полюс. Некоторые старые или более простые расположения используют одну полевую катушку с шестом на каждом конце.
Хотя полевые катушки чаще всего встречаются в вращающихся машинах, они также используются, хотя и не всегда с одной и той же терминологией, во многих других электромагнитных машинах. К ним относятся простые электромагниты через сложные лабораторные инструменты, такие как масс -спектрометры и ЯМР -машины . Полевые катушки когда -то широко использовались в громкоговорителях до общей доступности легких постоянных магнитов.
Фиксированные и вращающиеся поля
[ редактировать ]Большинство [ Примечание 1 ] Полевые катушки постоянного тока генерируют постоянное статическое поле. Большинство трехфазных полевых катушек переменного тока используются для генерации вращающегося поля в рамках электродвигателя . Однофазные двигатели переменного тока могут следовать любому из этих моделей:
- Небольшие двигатели обычно представляют собой универсальные двигатели , такие как мотор с матовым постоянным током с коммутатором, но бегут от AC.
- Большие двигатели переменного тока, как правило, являются индукционными двигателями, независимо от того, являются ли они трехфазными или однофазными.
Статоры и роторы
[ редактировать ]Много [ Примечание 1 ] Роторные электрические машины требуют, чтобы ток был передан (или извлечен из) движущегося ротора, обычно с помощью скользящих контактов: коммутатор или скользящие кольца . Эти контакты часто являются наиболее сложной и наименьшей надежной частью такой машины, а также могут ограничить максимальный ток, с которым может обработать машина. По этой причине, когда машины должны использовать два набора обмотков, обмотки, несущие наименьший ток, обычно помещаются на ротор, а у тех, кто имеет самый высокий ток на статоре.
Полевые катушки могут быть установлены либо на роторе , либо на статоре , в зависимости от того, какой метод является наиболее экономически эффективным для конструкции устройства.
В матовом двигателе постоянного тока поле является статическим, но ток якоря должен быть проведен, чтобы постоянно вращаться. Это делается путем снабжения обмотков арматуры на ротор через коммутатор , комбинацию вращающегося скользящего кольца и переключателей. Двигатели индукции переменного тока также используют полевые катушки на статоре, ток на роторе поставляется путем индукции в клетке белки .
Для генераторов ток поля меньше выходного тока. [ Примечание 2 ] Соответственно, поле монтируется на ротор и поставляется через скользящие кольца. Выходной ток взят из статора, избегая необходимости в высоких точных скольжениях. В генераторах DC, которые в настоящее время обычно устарели в пользу генераторов переменного тока с выпрямителями, необходимость в коммутации означала, что щетка и коммутаторы все еще могут потребоваться. Для высококвалифицированных генераторов с низким напряжением, используемыми в гальванинге , это может потребовать особенно большой и сложной щетки.
Биполярные и многополярные поля
[ редактировать ] |
 |
 |
 |
В первые годы разработки генератора поле статора проходило эволюционное улучшение от одного биполярного поля до более поздней мультипольной конструкции.
Биполярные генераторы были универсальными до 1890 года, но в последующие годы его были заменены многополярными полевыми магнитами. Биполярные генераторы были затем изготовлены только в очень маленьких размерах. [ 1 ]
Степпинг-камень между этими двумя основными типами был биполярный генератор с последующим полюсом, с двумя полевыми катушками, расположенными в кольце вокруг статора.
Это изменение было необходимо, потому что более высокое напряжение более эффективно передают мощность над небольшими проводами. Чтобы увеличить выходное напряжение, генератор постоянного тока должен быть вращается быстрее, но за пределами определенной скорости это нецелесообразно для очень больших генераторов передачи мощности.
Увеличивая количество полюсных грани, окружающих кольцо , можно сделать кольцо, чтобы разрезать более магнитные линии силы в одной революции, чем основной генератор с двумя полюсами. Следовательно, генератор с четырьмя полюсами может выходить вдвое больше напряжения двухполюсного генератора, генератор с шестью полюсами может выходить в три раза больше напряжения двухполюсного и т. Д. Это позволяет выходному напряжению увеличиваться без увеличения скорости вращения.
В многополярном генераторе якоря и полевые магниты окружены круглой рамой или «кольцевым ямом», к которым прикреплены полевые магниты. Это имеет преимущества прочности, простоты, симметричного внешнего вида и минимальной магнитной утечки, поскольку кусочки полюса имеют наименьшую возможную поверхность, а путь магнитного потока короче, чем в двухполюсном дизайне. [ 1 ]
Извилистые материалы
[ редактировать ]Катушки обычно намотаны эмалированным медным проводом, иногда называемым магнитным проводом . Обмольный материал должен иметь низкое сопротивление, чтобы уменьшить мощность, потребляемую полевой катушкой, но, что более важно, чтобы уменьшить тепло отходов , производимое резистивным нагревом . Избыток тепла в обмотках является распространенной причиной отказа. Благодаря растущей стоимости меди, алюминиевые обмотки все чаще используются. [ Цитация необходима ]
Еще лучший материал, чем медь, за исключением его высокой стоимости, будет серебряным, так как это еще более низкое удельное сопротивление . Серебро использовалось в редких случаях. Во время Второй мировой войны проект Манхэттена по созданию первой атомной бомбы использовал электромагнитные устройства, известные как калутроны для обогащения урана . Тысячи тонн серебра были заимствованы из заповедников Казначейства США , чтобы построить высокоэффективные полевые катушки с низким сопротивлением для своих магнитов. [ 2 ] [ 3 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Полевые катушки встречаются в огромном ряде электрических машин, и поэтому любая попытка классифицировать их в чтении, вероятно, исключит некоторые неясные примеры.
- ^ Строгое это выходная мощность , которая больше, чем полевая мощность, хотя на практике это обычно подразумевает, что ток тоже больше.
- ^ Jump up to: а беременный Электрический гид Хокинса , том 1, Copyright 1917, Theo. Audel & Co., глава 14, классы динамо, стр. 182
- ^ «Серебряная подкладка калутронов» . Ornl Review . Национальная лаборатория Oak Ridge. 2002. Архивировано из оригинала 2008-12-06.
- ^ Смит, Д. Рэй (2006). «Миллер, ключ к получению 14 700 тонн проекта серебряного Манхэттена» . Оук Риджер . Архивировано из оригинала 2007-12-17.