Магнитный провод - Magnet wire
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Август 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
Магнитный провод или же эмалированный провод это медь или же алюминий проволока покрыта очень тонким слоем изоляция. Используется при строительстве трансформаторы, индукторы, моторы, генераторы, компьютерные колонки, приводы головки жесткого диска, электромагниты, звукосниматели для электрогитары и другие приложения, требующие плотных витков изолированного провода.
Сама проволока чаще всего полностью отожженный, электролитически очищенная медь. Алюминиевый магнитный провод иногда используется для больших трансформаторов и двигателей. Изоляция обычно делается из прочной полимер киноматериалы, а не стекловидная эмаль, как следует из названия.
Строительство
Дирижер
Наиболее подходящими материалами для магнитных проволок являются чистые нелегированные металлы, особенно медь. Когда учитываются такие факторы, как требования к химическим, физическим и механическим свойствам, медь считается проводником первого выбора для магнитной проволоки.[1]
Чаще всего магнитная проволока состоит из полностью отожженной, электролитически очищенной меди, чтобы обеспечить более тесную намотку при изготовлении электромагнитных катушек.[2] Высокая чистота бескислородная медь марки используются для высокотемпературных применений в восстановительной атмосфере или в двигателях или генераторах, охлаждаемых газообразным водородом.
Алюминиевый магнитопровод иногда используется в качестве альтернативы для больших трансформаторов и двигателей, в основном 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
Хотя эмалированный провод описывается как «эмалированный», на самом деле он не покрыт слоем эмаль или же стекловидная эмаль изготовлен из порошка плавленого стекла. В современной магнитной проволоке обычно используется от одного до четырех слоев (в случае проволоки с четырьмя пленками). полимер пленочная изоляция, часто состоящая из двух разных составов, обеспечивающая прочный непрерывный изоляционный слой. Магнитный провод изоляционные пленки использовать (в порядке увеличения диапазона температур) поливинилформ (Formvar ), полиуретан, полиамид, полиэстер, полиэфир-полиимид, полиамид-полиимид (или амид-имид) и полиимид.[3] Магнитопровод с полиимидной изоляцией может работать при температуре до 250 ° C. Изоляция более толстого квадратного или прямоугольного магнитного провода часто усиливается путем обертывания его высокотемпературной полиимидной или стекловолоконной лентой, а готовые обмотки часто пропитываются изолирующим лаком в вакууме для повышения прочности изоляции и долговременной надежности обмотки.
Самонесущие катушки намотаны проволокой, покрытой по крайней мере двумя слоями, самый внешний из которых выполнен из термопласта, который связывает витки вместе при нагревании.
Другие типы изоляции, такие как стекловолокно пряжа с лаком, арамид бумага, картон, слюда, и полиэфирная пленка также широко используются во всем мире для различных применений, таких как трансформаторы и реакторы. В аудиосистеме используется провод серебряной конструкции и различные другие изоляторы, такие как хлопок (иногда пропитанный каким-либо коагулирующим агентом / загустителем, например пчелиный воск ) и политетрафторэтилен (Тефлон) можно найти. Более старые изоляционные материалы включали хлопок, бумагу или шелк, но они подходят только для низкотемпературных применений (до 105 ° C).
Для простоты изготовления некоторые низкотемпературные магнитные провода имеют изоляцию, которую можно удалить теплом. пайка.[4] Это означает, что электрические соединения на концах можно выполнять без предварительного снятия изоляции.
Поперечное сечение
Магнитопровод меньшего диаметра обычно имеет круглое сечение. Этот вид проволоки используется для изготовления звукоснимателей электрогитары. Более толстая магнитная проволока часто бывает квадратной, прямоугольной или шестиугольной (со скругленными углами) в поперечном сечении, более эффективно упаковывается и имеет большую структурную стабильность и теплопроводность через соседние повороты.
Классификация
Как и другие провода, магнитные провода классифицируются по диаметру (Номер AWG, SWG или миллиметры) или площадь (квадратные миллиметры), температурный класс и класс изоляции.
Напряжение пробоя зависит от толщины покрытия, которое может быть 3-х типов: Grade 1, Grade 2 и Grade 3. Более высокие классы имеют более толстую изоляцию и, следовательно, более высокие. напряжения пробоя.
В температурный класс указывает температуру провода, при которой он имеет 20000 часов срок службы. При более низких температурах срок службы проволоки увеличивается (примерно в 2 раза на каждые 10 ° C более низкой температуры). Обычные температурные классы: 105 ° C, 130 ° C, 155 ° C, 180 ° C и 220 ° C.
Плотность тока
На практике максимальная плотность тока может варьироваться от 2,5 А / мм.2 для провода изолированного от открытого воздуха до 6 А / мм2 для провода на открытом воздухе.[нужна цитата ] Если по проводу проходят токи высокой частоты (выше 10 кГц), скин эффект может влиять на распределение тока по сечению, концентрируя ток на поверхности проводника.
Если активное охлаждение обеспечивается продувкой воздухом или циркулирующей водой, можно достичь гораздо более высоких плотностей тока - пропорционально эффективности охлаждения.
Алюминиевый провод должен иметь площадь поперечного сечения в 1,6 раза больше, чем медный провод, чтобы получить сопоставимые ОКРУГ КОЛУМБИЯ сопротивление. Благодаря этому медные магнитные провода способствуют повышению энергоэффективности такого оборудования, как электродвигатели.
Приложения
Магнитный провод используется в обмотках электродвигатели, трансформаторы, индукторы, генераторы, наушники, громкоговоритель катушки, позиционеры головки жесткого диска, электромагниты, и другие устройства.[2][1]
В электродвигателях
Электродвигатели преобразовать электрическую энергию в механическое движение, обычно за счет взаимодействия магнитные поля и токоведущие проводники. Электродвигатели используются во множестве разнообразных приложений, таких как вентиляторы, нагнетатели, насосы, машины, бытовые приборы, электроинструменты и дисководы. Самые большие электродвигатели с мощностью в тысячи киловатт используются в таких приложениях, как движение больших кораблей. Самые маленькие моторы 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. Плохие проводники выделяют больше тепла при преобразовании электрической энергии в кинетическую.[5]
Из-за своей высокой электропроводности медь обычно используется в обмотках катушек, подшипниках, коллекторах, щетках и соединителях двигателей, включая двигатели самого высокого качества. Более высокая проводимость меди по сравнению с другими материалами повышает энергоэффективность двигателей. Например, для снижения потерь нагрузки в асинхронных двигателях непрерывного действия выше 1 Лошадиные силы, производители неизменно используют медь в качестве проводящего материала в обмотках. Алюминий является альтернативным материалом для двигателей меньшей мощности, особенно когда двигатели не используются постоянно.
Одним из элементов конструкции электродвигателей премиум-класса является снижение тепловых потерь за счет электрического сопротивления проводников. Для повышения энергоэффективности асинхронных двигателей потери нагрузки могут быть уменьшены за счет увеличения поперечного сечения медных катушек. У высокоэффективного двигателя обычно на 20% больше меди в обмотке статора, чем у его стандартного аналога.
Ранние разработки в области повышения эффективности двигателей были направлены на снижение электрических потерь за счет увеличения веса упаковки статор обмотки. Это имело смысл, поскольку на электрические потери обычно приходится более половины всех потерь энергии, а на потери в статоре приходится примерно две трети электрических потерь.
Однако увеличение электрического КПД двигателей за счет обмоток большего размера имеет недостатки. Это увеличивает размер и стоимость двигателя, что может быть нежелательно в таких приложениях, как бытовые приборы и автомобили.[6]
В трансформаторах
А трансформатор представляет собой устройство, передающее электрическую энергию от одной цепи к другой 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 вес и первоначальная стоимость являются решающими факторами.[2]
В Северной Америке алюминий является преобладающим материалом для обмотки 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, имеет вид проволоки для небольших изделий и ленты для более крупного оборудования. Для небольших изделий провод должен быть достаточно прочным, чтобы его можно было намотать без поломки, и в то же время достаточно гибким, чтобы обеспечить плотную обмотку. Ленточные изделия должны иметь хорошее качество поверхности, чтобы изоляционные эмали не разрушались под напряжением. Хорошая пластичность важна для формирования и упаковки полосы, в то время как хорошая прочность необходима, чтобы выдерживать высокие электромеханические напряжения, возникающие при периодических коротких замыканиях. Медные обмоточные провода в трансформаторах совместимы со всеми современными изоляционными материалами, такими как лак и эмаль. Лаки позволяют располагать обмотки на небольшом расстоянии, чтобы обеспечить максимальную эффективность катушек.[7]
Основная причина выбора медных обмоток вместо алюминиевых - это нехватка места. Это связано с тем, что трансформатор с медной обмоткой может быть меньше алюминиевого. Для получения равных номиналов алюминиевых трансформаторов требуется на 66% больше площади поперечного сечения, чем у медных проводников. Однако использование проводов большего размера приводит к тому, что прочность алюминиевой обмотки почти равна прочности медных обмоток.[8]
Возможность подключения - еще одно важное преимущество трансформаторов с медной обмоткой. Очистка и обработка щеткой качественным герметиком для швов для предотвращения окисление не обязательно с медью.[8]
В генераторах
В современных генераторах наблюдается тенденция к работе при более высоких температурах и более высокой электропроводности с бескислородная медь для полевых шин и магнитного провода вместо ранее использовавшейся раскисленной меди.[2]
Рекомендации
- ^ а б Pops, Horace, 1995, Physical Metallurgy of Electrical Conductors, in Color Wire Handbook, Volume 3: Principles and Practice, The Wire Association International, pp. 7-22.
- ^ а б c d Джозеф, Гюнтер, 1999, Медь: торговля, производство, использование и состояние окружающей среды, под редакцией Кундига, Конрада Дж. А., ASM International Vol. 2.03, Электрические проводники
- ^ «Руководство по изоляции магнитного провода» (PDF). MWS Wire Industries. Май 2016. Получено 27 мая 2016.
- ^ Йетс, Алан (16 февраля 2009 г.). «Паяемость эмалированного медного провода». Получено 21 июн 2014.
- ^ «Электромоторы (от 14 до 16 лет)». Eurocopper.org. Получено 2013-06-01.
- ^ Развивающиеся электрические рынки меди, Bloomsbury Minerals Economics LTD, 6 июля 2010 г.
- ^ а б «Узнайте, почему мы предпочитаем делать кабели и провода из меди!». Eurocopper.org. Получено 2013-06-01.
- ^ а б c "VTI: алюминий против меди: проводники в низковольтных трансформаторах сухого типа". Vt-inc.com. 2006-08-29. Архивировано из оригинал на 2012-07-08. Получено 2013-06-01.
