Электромагнитная катушка - Википедия - Electromagnetic coil

"Обмотка" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Обмотка (значения).

Силовые линии магнитного поля (зеленый) токоведущей петли провода проходят через центр петли, концентрируя там поле

An электромагнитная катушка это электрический дирижер например, провод в форме катушка, спираль или же спираль.[1][2] Электромагнитные катушки используются в электротехника, в приложениях, где электрические токи взаимодействовать с магнитные поля, в таких устройствах, как электродвигатели, генераторы, индукторы, электромагниты, трансформаторы, и сенсорные катушки. Либо электрический ток пропускается через провод катушки для создания магнитного поля, либо, наоборот, внешний изменяющийся во времени магнитное поле внутри катушки создает ЭДС (Напряжение ) в проводнике.

Ток через любой проводник создает круговое магнитное поле вокруг проводника из-за Закон Ампера.[3] Преимущество использования формы катушки заключается в том, что она увеличивает напряженность магнитного поля, создаваемого заданным током. Магнитные поля, создаваемые отдельными витками провода, проходят через центр катушки и добавляют (совмещать ), чтобы создать там сильное поле.[3] Чем больше витков провода, тем сильнее поле. И наоборот, a изменение внешний магнитный поток индуцирует напряжение в проводнике, таком как провод, из-за Закон 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 правило захвата правой рукой. Если пальцы правой руки обернуты вокруг магнитопровода катушки в направлении обычный ток через провод, большой палец будет указывать в направлении силовые линии магнитного поля пройти через катушку. Конец магнитопровода, из которого выходят силовые линии, определяется как северный полюс.

В электрическом и электронном оборудовании используются разные типы катушек.

В катушке, состоящей из нескольких витков провода, магнитное поле витков складывается в центре катушки, создавая сильное поле. На этом чертеже показано поперечное сечение центра катушки. Крестики - это провода, по которым на страницу проходит ток; точки - это провода, по которым со страницы выходит ток.

Обмотки и отводы

Схема типовых конфигураций трансформатора

Проволока или проводник, составляющий катушку, называется обмотка.[5] Отверстие в центре катушки называется основной область или магнитная ось.[6] Каждая проволочная петля называется повернуть.[2] В обмотках, в которых соприкасаются витки, провод должен быть изолирован покрытием из непроводящего материала. изоляция например, пластик или эмаль, чтобы предотвратить прохождение тока между витками проводов. Обмотка часто наматывается на форма катушки из пластика или другого материала, чтобы удерживать его на месте.[2] Концы провода выводятся и подключаются к внешней цепи. Обмотки могут иметь дополнительные электрические соединения по длине; они называются краны.[7] Обмотка, имеющая единственный отвод в центре ее длины, называется центральный.[8]

Катушки могут иметь более одной обмотки, электрически изолированной друг от друга. Когда вокруг общей магнитной оси имеется две или более обмоток, обмотки называются индуктивно связанный или же магнитно связанный.[9] Изменяющийся во времени ток через одну обмотку создаст изменяющееся во времени магнитное поле, которое проходит через другую обмотку, что будет индуцировать изменяющееся во времени напряжение в других обмотках. Это называется трансформатор.[10] Обмотка, на которую подается ток, создающее магнитное поле, называется первичная обмотка. Остальные обмотки называются вторичные обмотки.

Магнитный сердечник

Многие электромагнитные катушки имеют магнитный сердечник, кусок ферромагнитный материал как утюг в центре для увеличения магнитного поля.[11] Ток через катушку намагничивает железо, а поле намагниченного материала добавляется к полю, создаваемому проволокой. Это называется ферромагнитный сердечник или же катушка с железным сердечником.[12] Ферромагнитный сердечник может увеличить магнитное поле и индуктивность катушки в сотни или тысячи раз больше, чем было бы без сердечника. А катушка с ферритовым сердечником представляет собой разновидность катушки с сердечником из феррит, а ферримагнитный керамический компаунд.[13] Катушки феррита имеют нижнюю потери в сердечнике на высоких частотах.

  • Катушка с сердечником, который образует замкнутый контур, возможно, с небольшими узкими воздушными зазорами, называется катушкой. закрытый катушка. Обеспечивая замкнутый путь для силовых линий магнитного поля, эта геометрия сводит к минимуму магнитное сопротивление и производит самое сильное магнитное поле. Часто используется в трансформаторах.
    • Обычная форма катушек с замкнутым сердечником - это тороидальный сердечник катушка, в которой сердечник имеет форму тор или пончик, с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Эта геометрия имеет минимум поток утечки и излучает минимум электромагнитная интерференция (EMI).
  • Катушка с сердечником, который представляет собой прямой стержень или другую форму без петли, называется открытый катушка. Он имеет более низкое магнитное поле и индуктивность, чем закрытый сердечник, но часто используется для предотвращения магнитное насыщение ядра.

Катушка без ферромагнитного сердечника называется катушка с воздушным сердечником.[14] Сюда входят катушки, намотанные на пластмассовые или другие немагнитные формы, а также катушки, внутри обмоток которых фактически есть пустое пространство для воздуха.

Виды катушек

Катушки можно классифицировать по частота тока они предназначены для работы с:

  • Постоянный ток или же ОКРУГ КОЛУМБИЯ катушки или электромагниты работают с устойчивым постоянный ток в их обмотках
  • Аудио-частота или же AF катушки, индукторы или трансформаторы работают с переменные токи в звуковая частота диапазон, менее 20 кГц
  • Радиочастота или же РФ катушки, индукторы или трансформаторы работают с переменными токами в радиочастота диапазон, выше 20 кГц

Катушки можно классифицировать по их назначению:

Электромагниты

Основная статья: Электромагнит
Катушка возбуждения электромагнит на статор переменного тока универсальный мотор.

Электромагниты - это катушки, которые генерируют магнитное поле для внешнего использования, часто для приложения механической силы к чему-либо.[15] Несколько конкретных типов:

  • Соленоид - электромагнит в виде полой прямой спирали из проволоки
  • Обмотки двигателя и генератора - электромагниты с железным сердечником на ротор или же статор электродвигателей и генераторов, которые действуют друг на друга, вращая вал (двигатель) или генерируя электрический ток (генератор)
    • Обмотка возбуждения - катушка с железным сердечником, которая создает постоянное магнитное поле, действующее на обмотку якоря.
    • Арматура обмотка - катушка с железным сердечником, на которую воздействует магнитное поле обмотки возбуждения для создания крутящего момента (двигатель) или индукции напряжения для выработки энергии (генератор)
  • Катушка Гельмгольца, Катушка Максвелла - катушки с воздушным сердечником, которые служат для гашения внешнего магнитного поля
  • Размагничивание катушка - катушка, используемая для размагничивания деталей
  • Звуковая катушка - катушка, используемая в подвижной катушке громкоговоритель, подвешенный между полюсами магнита. Когда звуковой сигнал проходит через катушку, она вибрирует, перемещая прикрепленный конус динамика для создания звуковых волн. Обратное используется в динамическом микрофон, где звуковые колебания перехватываются чем-то вроде диафрагма физически передаются на звуковую катушку, погруженную в магнитное поле, а концы катушки затем обеспечивают электрический аналог этих колебаний.

Индукторы

Индуктор бака в настроенная схема в ранней короткой волне радиопередатчик.
Основная статья: Индуктор

Индукторы или реакторы представляют собой катушки, которые создают магнитное поле, которое взаимодействует с самой катушкой, чтобы вызвать обратную ЭДС, которая противодействует изменениям тока через катушку. Индукторы используются как элементы схемы в электрических цепях, чтобы временно сохранять энергию или противостоять изменениям тока. Несколько видов:

  • Катушка резервуара - индуктор, используемый в настроенная схема
  • Удушение - катушка индуктивности, используемая для блокировки переменного тока высокой частоты и пропускания переменного тока низкой частоты.
  • Катушка загрузки - индуктор, используемый для добавления индуктивности антенне, чтобы сделать ее резонансной, или для кабеля, чтобы предотвратить искажение сигналов.
  • Вариометр - регулируемый индуктор, состоящий из двух последовательно соединенных катушек, внешней неподвижной катушки и второй внутри нее, которые могут вращаться таким образом, чтобы их магнитные оси были в одном направлении или противоположны.
  • Обратный трансформатор - Хотя это и называется трансформатором, на самом деле это индуктор, который служит для хранения энергии в импульсные источники питания и схемы горизонтального отклонения для ЭЛТ телевизоры и мониторы
  • Насыщаемый реактор - индуктор с железным сердечником, используемый для управления мощностью переменного тока путем изменения насыщения сердечника с помощью управляющего напряжения постоянного тока во вспомогательной обмотке.
  • Индуктивный балласт - индуктор, используемый в газоразрядная лампа схемы, такие как флюоресцентные лампы, чтобы ограничить ток через лампу.

Трансформеры

Трансформатор
Основная статья: Трансформатор

Трансформатор - это устройство с двумя или более обмотками с магнитной связью (или секциями одной обмотки). Ток, изменяющийся во времени в одной катушке (называемый первичная обмотка ) генерирует магнитное поле, которое индуцирует напряжение в другой катушке (называемой вторичная обмотка ). Несколько видов:

Электрические машины

Электрические машины Такие как моторы 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 ( "арматура" ), и вторую обмотку, которая обеспечивает магнитное поле вращающегося элемента («обмотка возбуждения»), которая может быть соединена щетками или контактными кольцами с внешним источником электрического тока. В Индукционный двигатель, "полевая" обмотка ротора возбуждается за счет медленного относительного движения между вращающейся обмоткой и вращающимся магнитным полем, создаваемым обмоткой статора, которое индуцирует необходимый возбуждающий ток в роторе.

Катушки преобразователя

Сенсорная катушка металлоискатель.

Эти катушки используются для преобразования изменяющихся во времени магнитных полей в электрические сигналы и наоборот. Несколько видов:

Есть также типы катушек, которые не попадают в эти категории.

Технология намотки

Основная статья: Технология намотки катушек

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стауффер, Х. Брук (2002). Карманный словарь электрических терминов NFPA. Джонс и Хаймел Такер. п. 36. ISBN  978-0877655992.
  2. ^ а б c Лапланте, Филипп А. (1999). Большой словарь по электротехнике. Springer. С. 114–115. ISBN  978-3540648352.
  3. ^ а б c d Арун, П. (2006). Электроника. Alpha Sciences International Ltd. стр. 73–77. ISBN  978-1842652176.
  4. ^ Newnes 2002, стр. 129
  5. ^ Штауффер, Х. (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA. Джонс и Бартлетт Обучение, ООО. п. 273. ISBN  9780877655992. Получено 2017-01-07.
  6. ^ Амос, С. З .; Роджер Амос (2002). Словарь Newnes по электронике. Newnes. п. 191. ISBN  978-0080524054.
  7. ^ Лапланте, П.А. (1999). Большой словарь по электротехнике. Springer Berlin Heidelberg. п. 633. ISBN  9783540648352. Получено 2017-01-07.
  8. ^ Штауфер, Х. (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA. Джонс и Бартлетт Обучение, ООО. п. 29. ISBN  9780877655992. Получено 2017-01-07.
  9. ^ Amos, S.W .; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике. Elsevier Science. п. 167. ISBN  9780080524054. Получено 2017-01-07.
  10. ^ Amos, S.W .; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике. Elsevier Science. п. 326. ISBN  9780080524054. Получено 2017-01-07.
  11. ^ Лапланте, Филипп А. (1998). Большой словарь по электротехнике. Springer. п. 143. ISBN  978-3540648352.
  12. ^ Лапланте, П.А. (1999). Большой словарь по электротехнике. Springer Berlin Heidelberg. п. 346. ISBN  9783540648352. Получено 2017-01-07.
  13. ^ Лапланте, П.А. (1999). Большой словарь по электротехнике. Springer Berlin Heidelberg. п. 243. ISBN  9783540648352. Получено 2017-01-07.
  14. ^ Лапланте, П.А. (1999). Большой словарь по электротехнике. Springer Berlin Heidelberg. п. 19. ISBN  9783540648352. Получено 2017-01-07.
  15. ^ Amos, S.W .; Амос, Р. (2002). Словарь Newnes по электронике. Elsevier Science. п. 113. ISBN  9780080524054. Получено 2017-01-07.

дальнейшее чтение

  • Кверфурт, Уильям "Катушечная обмотка; описание процедур намотки катушек, намоточных машин и сопутствующего оборудования для электронной промышленности"(2-е изд.). Чикаго, G. Stevens Mfg. Co., 1958.
  • Уэймут, Ф. Мартен "Барабанные якоря и коммутаторы (теория и практика): полный трактат по теории и конструкции барабанной обмотки и коммутаторов для якорей с замкнутой катушкой, вместе с полным резюме некоторых основных моментов, связанных с их конструкцией; и экспозиция реакций якоря и искрообразованияЛондон, Типография и издательство "Электрик", 1893 г.
  • "Процедура намотки катушки"Международная ассоциация намотки катушек".
  • Чендлер, Р. Х. "Обзор рулонных покрытий, 1970–76 гг.". Брейнтри, Р. Х. Чандлер Лтд., 1977 г.

внешняя ссылка