Магнитный провод
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2014 г. ) |
Магнитный провод или эмалированный провод представляет собой медный или алюминиевый провод, покрытый очень тонким слоем изоляции . Он используется в конструкции трансформаторов , индукторов , двигателей , генераторов, динамики , приводы головок жесткого диска , электромагниты , звукосниматели для электрогитар и другие устройства, требующие плотных витков изолированного провода.
Сама проволока чаще всего представляет собой полностью отожженную , электролитически очищенную медь. Алюминиевый магнитный провод иногда используется для больших трансформаторов и двигателей. Изоляция обычно изготавливается из прочных полимерных пленочных материалов, а не из стекловидной эмали , как следует из названия.
Строительство
[ редактировать ]Наиболее подходящими материалами для изготовления магнитных проводов являются нелегированные чистые металлы, особенно медь. Если учитывать такие факторы, как требования к химическим, физическим и механическим свойствам, медь считается проводником первого выбора для магнитного провода. [1]
Чаще всего магнитный провод состоит из полностью отожженной электролитически очищенной меди, чтобы обеспечить более плотную намотку при изготовлении электромагнитных катушек. [2] высокой чистоты Марки бескислородной меди используются для высокотемпературного применения в восстановительной атмосфере или в двигателях или генераторах, охлаждаемых газообразным водородом.
Алюминиевый магнитный провод иногда используется в качестве альтернативы для больших трансформаторов и двигателей, главным образом по экономическим причинам. Из-за более низкой электропроводности алюминиевый провод требует в 1,6 раза большей площади поперечного сечения, чем медный провод, для достижения сопоставимого сопротивления постоянному току.
Изоляция
[ редактировать ]Хотя эмалированный провод и называется «эмалированным», на самом деле он не покрыт слоем эмалевой краски или стекловидной эмали , изготовленной из порошка плавленого стекла. В современном магнитном проводе обычно используется от одного до четырех слоев (в случае провода четырехпленочного типа) изоляции из полимерной пленки, часто двух разных составов, для обеспечения прочного непрерывного изолирующего слоя.
магнитных проводов Для изоляции используют (в порядке возрастания температурного диапазона) поливинилформаль (формвар), полиуретан , полиамид , полиэстер , полиэфир- полиимид , полиамид-полиимид (или амид-имид) и полиимид . [3] Магнитный провод с полиимидной изоляцией способен работать при температуре до 250 °C (482 °F). Изоляция более толстого квадратного или прямоугольного магнитного провода часто дополняется путем обертывания его высокотемпературной полиимидной или стекловолоконной лентой, а готовые обмотки часто пропитываются в вакууме изолирующим лаком для повышения прочности изоляции и долговременной надежности обмотки.
Самонесущие катушки намотаны проволокой, покрытой как минимум двумя слоями, причем внешний слой представляет собой термопласт, который склеивает витки вместе при нагревании.
Другие типы изоляции, такие как стекловолоконная пряжа с лаком, арамидная бумага, крафт-бумага , слюда и полиэфирная пленка, также широко используются во всем мире для различных применений, таких как трансформаторы и реакторы.
В аудиоиндустрии иногда используются провода из серебра вместо меди. и другие различные изоляторы, такие как хлопок (иногда пропитанный каким-либо коагулянтом/загустителем, например пчелиным воском ) и политетрафторэтилен Можно найти (тефлон). К более старым изоляционным материалам относятся хлопок, бумага или шелк, но они пригодны только для применения при низких температурах до 105°C.
Для простоты изготовления некоторые магнитные провода, рассчитанные на низкие температуры, имеют изоляцию, которую можно удалить под действием тепла пайки . [4] Это означает, что электрические соединения на концах можно выполнять без предварительного снятия изоляции, однако недостатком является то, что она может случайно расплавиться. Лазерная зачистка проводов позволяет удалять участки изоляции проводов для улучшения соединений; Лазерная технология может обеспечить непревзойденную точность и повторяемость, гарантируя точное соединение.
Поперечное сечение
[ редактировать ]Магнитный провод меньшего диаметра обычно имеет круглое поперечное сечение. Этот вид провода используется для таких вещей, как звукосниматели для электрогитар. Более толстый магнитный провод часто имеет квадратное, прямоугольное или шестиугольное (с закругленными углами) поперечное сечение, что обеспечивает более эффективную упаковку и большую структурную стабильность и теплопроводность соседних витков.
Классификация
[ редактировать ]Как и другие провода, магнитный провод классифицируется по диаметру ( номер AWG , SWG или миллиметры) или площади (квадратные миллиметры), температурному классу и классу изоляции.
Напряжение пробоя зависит от толщины покрытия, которое может быть трех типов: класс 1, класс 2 и класс 3. Более высокие классы имеют более толстую изоляцию и, следовательно, более высокое напряжение пробоя .
Температурный класс указывает температуру провода, при которой он имеет срок службы 20 000 часов . При более низких температурах срок службы проволоки увеличивается (примерно в два раза на каждые 10 °C ниже температуры). Общие температурные классы: 105 °C (221 °F), 130 °C (266 °F), 155 °C (311 °F), 180 °C (356 °F) и 220 °C (428 °F).
Плотность тока
[ редактировать ]На практике максимальная плотность тока может варьироваться от 2,5 А/мм. 2 для изолированного от свободного воздуха провода до 6 А/мм 2 для провода в свободном воздухе. [ нужна ссылка ] Если по проводу проходят токи высокой частоты (свыше 10 кГц), скин-эффект может повлиять на распределение тока по сечению, концентрируя ток на поверхности проводника.
Если обеспечить активное охлаждение за счет обдува воздухом или циркулирующей водой, то можно достичь гораздо более высоких плотностей тока – пропорционально эффективности охлаждения.
Алюминиевый провод должен иметь площадь поперечного сечения в 1,6 раза большую, чем медный провод, чтобы обеспечить сопоставимое постоянному току сопротивление . Благодаря этому медные магнитные провода способствуют повышению энергоэффективности такого оборудования, как электродвигатели.
Приложения
[ редактировать ]Магнитный провод используется в обмотках электродвигателей , трансформаторах , индукторах , генераторах , наушниках , катушках громкоговорителей , позиционерах головок жестких дисков, электромагнитах и других устройствах. [2] [1]
В электродвигателях
[ редактировать ]
Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическое движение, обычно посредством взаимодействия магнитных полей и проводников с током. Электродвигатели используются во многих разнообразных приложениях, таких как вентиляторы, воздуходувки, насосы, машины, бытовая техника, электроинструменты и дисководы. Самые мощные электродвигатели мощностью в тысячи киловатт используются в таких приложениях, как приведение в движение больших кораблей. Самые маленькие моторчики приводят в движение стрелки электрических наручных часов.
Электродвигатели содержат катушки для создания необходимых магнитных полей. Для данного размера корпуса двигателя материал с высокой проводимостью снижает потери энергии из-за сопротивления катушки. Более плохие проводники выделяют больше тепла при передаче электрической энергии в кинетическую. [5]
Из-за своей высокой электропроводности медь обычно используется в обмотках катушек, подшипниках, коллекторах, щетках и разъемах двигателей, в том числе двигателей самого высокого качества. Более высокая проводимость меди по сравнению с другими материалами повышает энергоэффективность двигателей. Например, чтобы уменьшить потери нагрузки в асинхронных двигателях непрерывного действия мощностью выше 1 лошадиной силы , производители неизменно используют медь в качестве проводящего материала в обмотках. Алюминий является альтернативным материалом в двигателях меньшей мощности, особенно когда двигатели не используются постоянно.
Одним из элементов конструкции двигателей премиум-класса является снижение тепловых потерь за счет электрического сопротивления проводников. Для повышения эффективности использования электроэнергии асинхронных двигателей потери нагрузки можно уменьшить за счет увеличения сечения медных катушек. Высокоэффективный двигатель обычно содержит на 20% больше меди в обмотке статора, чем его стандартный аналог.
Ранние разработки в области повышения эффективности двигателей были направлены на снижение электрических потерь за счет увеличения веса обмотки статора . Это имело смысл, поскольку электрические потери обычно составляют более половины всех потерь энергии, а потери статора составляют примерно две трети электрических потерь.
Однако есть недостатки в повышении электрического КПД двигателей за счет более крупных обмоток. Это увеличивает размер и стоимость двигателя, что может быть нежелательно в таких устройствах, как бытовая техника и автомобили. [6]
В трансформаторах
[ редактировать ]
Трансформатор – это устройство, передающее электрическую энергию из одной цепи в другую через свои катушки (обмотки). Свойства, необходимые для обмоток двигателя, аналогичны свойствам, необходимым для трансформаторов, но с дополнительным требованием выдерживать механическую вибрацию и центробежные силы при рабочих температурах. [7]
Обмотки трансформаторов обычно изготавливаются из меди, но алюминий является подходящим конкурентом, где решающими факторами являются вес и первоначальная стоимость. [2]
В Северной Америке алюминий является преобладающим материалом обмоток для низковольтных сухих трансформаторов мощностью более 15 киловольт-ампер (кВА). В большинстве других регионов мира медь является преобладающим материалом для обмоток. Решения о покупке обычно зависят от оценки потерь, выраженной в валюте за киловатт. [8]
Медь, используемая для изготовления обмоток трансформаторов, бывает в виде проволоки для небольших изделий и полосы для более крупного оборудования. Для небольших изделий проволока должна быть достаточно прочной, чтобы наматываться без поломок, и в то же время достаточно гибкой, чтобы обеспечить плотную укладку витков. Полосовые изделия должны иметь хорошее качество поверхности, чтобы изоляционные эмали не разрушались под напряжением. Хорошая пластичность необходима для формирования и упаковки полосы, в то время как необходима хорошая прочность, чтобы выдерживать высокие электромеханические напряжения, возникающие в условиях случайного короткого замыкания. Медные обмоточные провода трансформаторов совместимы со всеми современными изоляционными материалами, такими как лак и эмаль. Лаки позволяют расположить обмотки близко друг к другу, чтобы обеспечить максимальную эффективность катушек. [7]
Основная инженерная причина выбора медных обмоток вместо алюминиевых – это соображения пространства. Это связано с тем, что трансформатор с медной обмоткой может быть меньше, чем алюминиевый трансформатор. Для получения равных номиналов в алюминиевых трансформаторах необходима площадь поперечного сечения на 66% больше, чем у медных проводников. Однако использование проводников большего размера приводит к тому, что прочность алюминиевой обмотки почти равна прочности медной обмотки. [8]
Возможность подключения является еще одним важным преимуществом трансформаторов с медной обмоткой, поскольку оксидное покрытие на поверхности алюминия затрудняет пайку или иное соединение с ним. Очистка и обработка щеткой качественным герметиком для предотвращения окисления меди не требуется. [8]
В генераторах
[ редактировать ]Тенденция в современных генераторах заключается в том, чтобы работать при более высоких температурах и более высокой электропроводности с использованием бескислородной меди для полевых стержней и магнитной проволоки вместо ранее использовавшейся раскисленной меди. [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Попс, Гораций, 1995, Физическая металлургия электрических проводников, в Справочнике по цветной проволоке, том 3: Принципы и практика, Международная ассоциация проводов, стр. 7–22.
- ^ Jump up to: а б с д Джозеф, Гюнтер, 1999, Медь: ее торговля, производство, использование и экологический статус, под редакцией Кундига, Конрада Дж.А., ASM International Vol. 2.03, Электрические проводники
- ^ «Руководство по изоляции магнитных проводов» (PDF) . MWS Wire Industries. Январь 2024 года . Проверено 24 июля 2024 г.
- ^ Йейтс, Алан (16 февраля 2009 г.). «Паяемость эмалированной медной проволоки» . Проверено 21 июня 2014 г.
- ^ «Электродвигатели (для детей от 14 до 16 лет)» . Eurocopper.org . Проверено 1 июня 2013 г.
- ↑ Развивающиеся рынки электротехники меди, Bloomsbury Minerals Economics LTD, 6 июля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б «Узнайте, почему мы предпочитаем делать кабели и провода из меди!» . Eurocopper.org . Проверено 1 июня 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с «VTI: алюминий против меди: проводники в сухих трансформаторах низкого напряжения» . Vt-inc.com. 29 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2012 г. Проверено 1 июня 2013 г.
