Электромагнитная катушка

Линии магнитного поля (зеленые) токоведущей петли проходят через центр петли, концентрируя поле там

электромагнитная катушка представляет собой электрический проводник, такой как провод в форме катушки, спирали или спираль. Электромагнитные катушки используются в электротехнике, в приложениях, где электрические токи взаимодействуют с магнитными полями, в таких устройствах, как электродвигатели, генераторы, катушки индуктивности, электромагниты, трансформаторы и сенсорные катушки. Либо электрический ток проходит через провод катушки для создания магнитного поля, либо, наоборот, внешнее изменяющееся во времени магнитное поле внутри катушки создает ЭДС (напряжение ) в проводнике.

Ток через любой проводник создает круговое магнитное поле вокруг проводника в соответствии с законом Ампера. 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 складываются (наложить ), чтобы создать там сильное поле. Чем больше витков провода, тем сильнее поле. И наоборот, изменяющийся внешний магнитный поток индуцирует напряжение в проводнике, таком как провод, в соответствии с законом индукции Фарадея. Индуцированное напряжение можно увеличить, свернув провод в катушку, потому что силовые линии пересекают цепь несколько раз.

Направление магнитного поля, создаваемого катушкой, можно определить с помощью правой руки правило захвата. Если пальцы правой руки обернуты вокруг магнитного сердечника катушки в направлении обычного тока, проходящего через провод, большой палец будет указывать в направлении, в котором проходят силовые линии магнитного поля. через катушку. Конец магнитопровода, из которого выходят силовые линии, определяется как северный полюс.

В электрическом и электронном оборудовании используются разные типы катушек.

В катушке из нескольких витков проволоки 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 - провода, по которым со страницы выходит ток.

• 1 Обмотки и отводы
• 2 Магнитопровод
• 3 Типы катушек
  • 3.1 Электромагниты
  • 3.2 Катушки
  • 3.3 Трансформаторы
  • 3.4 Электрические машины
  • 3.5 Катушки преобразователя
• 4 Технология обмоток
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература
• 8 Внешние ссылки

Схема типовых конфигураций трансформатора

Проволока или проводник, составляющий катушку, называется обмоткой . Отверстие в центре катушки называется областью сердечника или магнитной осью. Каждая проволочная петля называется витком . В обмотках, в которых соприкасаются витки, провод должен быть изолирован покрытием из непроводящей изоляции, такой как пластик или эмаль, для предотвращения прохождения тока между витками проводов. Обмотка часто наматывается на катушку из пластика или другого материала, чтобы удерживать ее на месте. Концы провода выводятся и присоединяются к внешней цепи. Обмотки могут иметь дополнительные электрические соединения по длине; они называются отводами . Обмотка, которая имеет один отвод в центре ее длины, называется с центральным отводом .

Катушки могут иметь более одной обмотки, электрически изолированной друг от друга. Когда имеется две или более обмоток вокруг общей магнитной оси, обмотки называются индуктивно связанными или магнитно-связанными . Изменяющийся во времени ток через одну обмотку будет создавать изменяющееся во времени магнитное поле, которое проходит через другую обмотку, что индуцирует изменяющееся во времени напряжение в других обмотках. Это называется трансформатором . Обмотка, к которой подается ток, создающее магнитное поле, называется первичной обмоткой. Другие обмотки называются вторичными обмотками.

Многие электромагнитные катушки имеют магнитный сердечник, кусок ферромагнитного материала, такого как железо в центре для увеличения магнитного поля. Ток через катушку намагничивает железо, а поле намагниченного материала добавляется к полю, создаваемому проволокой. Это называется катушкой с ферромагнитным сердечником или железным сердечником . 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 представляет собой разновидность катушки с сердечником, изготовленным из феррита, ферримагнитного керамического соединения. Ферритовые катушки имеют более низкие потери в сердечнике на высоких частотах.

• Катушка с сердечником, который образует замкнутый контур, возможно, с некоторыми узкими воздушными зазорами, называется катушкой с замкнутым 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 замкнутым сердечником является тороидальный сердечник катушка, в котором сердечник имеет форму тора или бублика, с круглым или прямоугольное сечение. Эта геометрия имеет минимальный поток рассеяния и излучает минимальные электромагнитные помехи (EMI).
• Катушка с сердечником, который представляет собой прямой стержень или другую форму без петли, называется катушка 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 . Сюда входят катушки, намотанные на пластмассовые или другие немагнитные формы, а также катушки, внутри обмоток которых фактически есть пустое пространство для воздуха.

Катушки можно классифицировать по частоте тока, для которого они предназначены:

• Катушки постоянного или постоянного тока или электромагниты работают с постоянный постоянный ток в их обмотках
• катушки звуковой частоты или AF, катушки индуктивности или трансформаторы работают с переменными токами в диапазоне звуковых частот, менее 20 кГц
• Радиочастотные или РЧ катушки, катушки индуктивности или трансформаторы работают с переменными токами в диапазоне радиочастот, выше 20 кГц

Катушки можно классифицировать по их функциям :

Электромагниты

Катушка возбуждения электромагнит на статоре универсального двигателя переменного тока .

Электромагниты представляют собой катушки, которые создают магнитное поле для внешнего использования, часто для приложения механической силы к чему-либо. Несколько специфических типов:

• Соленоид - электромагнит в виде прямой полой спирали провода
• Обмотки двигателя и генератора - электромагниты с железным сердечником на роторе или статор электродвигателей и генераторов, которые воздействуют друг на друга, чтобы либо вращать вал (двигатель), либо генерировать электрический ток (генератор)
  • Обмотка возбуждения - катушка с железным сердечником, которая генерирует устойчивый магнитное поле для воздействия на обмотку якоря.
  • Якорь обмотка - катушка с железным сердечником, на которую действует 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 нейтрализации внешнего магнитного поля
• размагничивающая катушка - катушка, используемая для размагничивания деталей
• Звуковая катушка - катушка, используемая в динамике с подвижной катушкой , подвешенная между полюсами магнита. Когда аудиосигнал проходит через катушку, он вибрирует, перемещая прикрепленный конус 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 колебаний.

Индукторы

Резервуарный индуктор в настроенной цепи в ранней коротковолновой радиопередатчике.

Индукторы или реакторы представляют собой катушки, которые генерируют магнитное поле который взаимодействует с самой катушкой, чтобы вызвать 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:

• Резервуарная катушка - индуктор, используемый в настроенной цепи
• Дроссель - индуктор, используемый для блокировки высокочастотного переменного тока при пропускании низкочастотного переменного тока.
• Нагрузочная катушка - индуктор, используемый для добавления индуктивности к антенне, чтобы сделать ее резонансной, или к кабелю для предотвращения искажения сигналов.
• Вариометр - регулируемый индуктор, состоящий из двух последовательно соединенных катушек, внешней неподвижной катушки и второй внутри него, который может вращаться так, 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 при переключении источники питания и схемы горизонтального отклонения для CRT телевизоров и мониторов
• насыщаемый реактор - индуктор с железным сердечником, используемый для управления мощностью переменного тока путем изменения насыщения сердечника с помощью регулятора постоянного тока напряжение во вспомогательной обмотке.
• Индуктивный балласт - индуктор, используемый в газоразрядной лампе цепи, такие как люминесцентные лампы, для ограничения тока через лампу.

Трансформаторы

Трансформатор

Трансформатор - это устройство с двумя или более магнитно-связанными обмотками (или секциями одной обмотка). 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 из электрической линии электропередачи в более низкое напряжение, используемое потребителями коммунальных услуг..
• Автотрансформатор - трансформатор только с одной обмоткой. Различные части обмотки, доступ к которым осуществляется с помощью отводов, действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора.
• Тороидальный трансформатор - сердечник имеет форму тороида. Это часто используемая форма, поскольку она уменьшает поток рассеяния, что приводит к меньшим электромагнитным помехам.
• Индукционная катушка или тремблерная катушка - ранний трансформатор, который использует механизм вибрационного прерывателя для разрушения первичной обмотки. ток, поэтому он может работать вне 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, который согласовывает симметричную линию передачи с несимметричной.
• Бифилярная катушка - катушка, намотанная с двумя параллельными, близко расположенными друг к другу нитями. Если через него проходят переменные токи в одном и том же направлении, магнитные потоки будут складываться, но если равные токи в противоположных направлениях проходят через обмотки, противоположные потоки отменяются, что приводит к нулевому потоку в сердечнике. Таким образом, в третьей обмотке сердечника не будет индуцироваться напряжение. Они используются в приборах и таких устройствах, как прерыватели замыкания на землю. Они также используются в проволочных резисторах с низкой индуктивностью для использования на радиочастотах.
• Звуковой трансформатор - трансформатор, используемый с звуковыми сигналами. Они используются для согласования импеданса.
  • Гибридная катушка - специализированного аудиопреобразователя с 3 обмотками, используемого в цепях телефонии для преобразования между двухпроводным и четырехпроводные схемы

электрические машины

электрические машины, такие как двигатели и генераторы, имеют одну или несколько обмоток, которые взаимодействуют с движущимися магнитными полями для преобразования электрической энергии к механической энергии. Часто машина имеет одну обмотку, через которую проходит большая часть мощности машины («якорь» ), и вторую обмотку, которая обеспечивает магнитное поле вращающегося элемента («обмотка возбуждения»). которые могут быть подключены щетками или контактными кольцами 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 возбуждающий ток в роторе..

Катушки преобразователя

Катушка датчика металлоискателя.

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

• Сенсор или считывающие катушки - они используются для обнаружения внешних изменяющихся во времени магнитных полей
• Индуктивный датчик - катушка, которая обнаруживает, когда магнит или железный предмет проходит рядом с ней
• Записывающая головка - катушка, которая используется для создания магнитного поля для записи данных на магнитный носитель, такой как магнитная лента 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 наведения в нем вихревых токов, процесс, называемый индукционным нагревом.
• Рамочная антенна - катушка, которая служит радиоантенной для преобразования радиоволн в электрические токи.
• Катушка Роговского - тороидальная катушка, используемая в качестве устройства измерения переменного тока
• Звукосниматель музыкального инструмента - катушка, используемая для выработки выходного аудиосигнала в электрогитаре или бас-гитаре.
• Магнитный затвор - сенсорная катушка, используемая в магнитометре
• Картридж магнитного фонографа - датчик в проигрывателе, который использует катушку для передачи вибрации игла к звуковому сигналу при воспроизведении винила граммофонных пластинок.

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

• Кривая Ханна

• Querfurth, William, «Катушечная обмотка; описание процедур намотки катушки., намоточные машины и сопутствующее оборудование для электронной промышленности »(2-е изд.). Чикаго, G. Stevens Mfg. Co., 1958.
• Weymouth, F. Marten, «Барабанные арматуры и коммутаторы (теория и практика): полный трактат по теории и конструкции барабанной обмотки и коммутаторов. для якоря с замкнутой катушкой вместе с полным резюме некоторых основных моментов, связанных с их конструкцией, а также описание реакций якоря и искрообразования ". Лондон, "Электрик" Типография и издательство, 1893.
• "Процедура намотки катушек". Международная ассоциация катушечных обмоток.
• Чандлер Р. Х., «Обзор покрытия катушек, 1970–76». Braintree, RH Chandler Ltd, 1977.

• Калькулятор индуктивности катушки Онлайн-калькулятор для определения индуктивности однослойных и многослойных катушек

Найдите катушку или winding в Wiktionary, бесплатном словаре.

• R. Кларк, "Производство компонентов раны ". Surrey.ac.uk, 2005 г. 9 октября

.