Электромагнитная катушка представляет собой электрический проводник , такой как провод в форме катушки , спирали или спирали . [1] [2] Электромагнитные катушки используются в электротехнике , в приложениях, где электрические токи взаимодействуют с магнитными полями , 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, 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 . [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 складываются ( накладываются друг на друга ), создавая там сильное поле. [3] Чем больше витков провода, тем сильнее поле. И наоборот, изменяющийся внешний магнитный поток индуцирует напряжение в проводнике, таком как провод, из-за закона индукции Фарадея . [3] [4] Индуцированное напряжение можно увеличить, намотав провод в катушку, потому что силовые линии пересекают цепь несколько раз. [3]
Направление магнитного поля, создаваемого катушкой, можно определить с помощью правила захвата правой рукой . Если пальцы правой руки обернуты вокруг магнитного сердечника катушки в направлении обычного тока через провод, большой палец будет указывать в направлении, в котором линии магнитного поля проходят через катушку. Конец магнитопровода, из которого выходят силовые линии, определяется как северный полюс.
В электрическом и электронном оборудовании используются разные типы катушек.
Обмотки и отводы [ править ]
Проволока или проводник, составляющий катушку, называется обмоткой . [5] Отверстие в центре катушки называется областью сердечника или магнитной осью . [6] Каждая проволочная петля называется витком . [2] В обмотках, в которых соприкасаются витки, провод должен быть изолирован покрытием из непроводящей изоляции, например пластиком или эмалью, чтобы предотвратить прохождение тока между витками провода. Обмотка часто наматывается на катушку из пластика или другого материала, чтобы удерживать ее на месте. [2] Концы провода выводятся и подключаются к внешней цепи. Обмотки могут иметь дополнительные электрические соединения по длине; они называются отводами . [7] Обмотка , который имеет один кран в центре его длиной, называется центром отвода . [8]
Катушки могут иметь более одной обмотки, электрически изолированной друг от друга. Когда имеется две или более обмоток вокруг общей магнитной оси, говорят, что обмотки связаны индуктивно или магнитно . [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 трансформатором . [10] Обмотка, к которой подается ток, создающее магнитное поле, называется первичной обмоткой . Остальные обмотки называются вторичными .
Магнитный сердечник [ править ]
Многие электромагнитные катушки имеют магнитный сердечник , кусок ферромагнитного материала, такого как железо, в центре для увеличения магнитного поля. [11] Ток через катушку намагничивает железо, а поле намагниченного материала добавляется к полю, создаваемому проволокой. Это называется катушкой с ферромагнитным сердечником или железным сердечником . [12] Ферромагнитный сердечник может увеличить магнитное поле и индуктивность катушки в сотни или тысячи раз по сравнению с тем, что было бы без сердечника. Ферритовый сердечник катушка представляет собой разновидность катушки с сердечником из феррита , A ферримагнитнымкерамический компаунд. [13] Ферритовые катушки имеют меньшие 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 сводит к минимуму магнитное сопротивление и создает самое сильное магнитное поле. Часто используется в трансформаторах.
- Обычной формой катушек с замкнутым сердечником является катушка с тороидальным сердечником , в которой сердечник имеет форму тора или бублика с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Эта геометрия имеет минимальный поток утечки и излучает минимальные электромагнитные помехи (EMI).
- Катушка с сердечником, который представляет собой прямой стержень или другую форму без петли, называется катушкой 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 . [14] Сюда входят катушки, намотанные на пластик или другие немагнитные формы, а также катушки, внутри обмоток которых фактически есть пустое воздушное пространство.
Типы катушек [ править ]
Катушки можно классифицировать по частоте тока, на которую они рассчитаны:
- Прямой ток или постоянный ток катушка или электромагниты работают с постоянным постоянным током в их обмотках
- Катушки звуковой частоты или AF , индукторы 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 радиодиапазоне выше 20 кГц.
Катушки можно классифицировать по их назначению:
Электромагниты [ править ]
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 роторе или статоре 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.
- Обмотка якоря - катушка с железным сердечником, на которую действует магнитное поле обмотки возбуждения для создания крутящего момента (двигатель) или индукции напряжения для выработки энергии (генератор).
- Кольца Гельмгольца , Максвелл катушки - катушки с воздушным сердечником , которые служат , чтобы отменить внешнее магнитное поле
- Размагничивание катушки - катушка используется для размагнитить части
- Звуковая катушка - катушка, используемая в громкоговорителе с подвижной катушкой , подвешенная между полюсами магнита. Когда аудиосигнал проходит через катушку, она вибрирует, перемещая прикрепленный конус динамика, создавая звуковые волны. Обратное используется в динамическом микрофоне , где звуковые колебания, перехваченные чем-то вроде диафрагмы, физически передаются звуковой катушке, погруженной в магнитное поле, а концы катушки затем обеспечивают электрический аналог этих колебаний.
Индукторы [ править ]
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 в качестве элементов электрических цепей для временного хранения энергии или сопротивления изменениям тока. Несколько видов:
- Катушка резервуара - индуктор, используемый в настроенной цепи
- Дроссель - индуктор, используемый для блокировки переменного тока высокой частоты, пропуская переменный ток низкой частоты.
- Нагрузочная катушка - 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 можно вращать так, чтобы их магнитные оси были в одном направлении или противоположны.
- Обратный трансформатор - хотя и называется трансформатором, на самом деле это индуктор, который служит для хранения энергии в импульсных источниках питания и цепях горизонтального отклонения для телевизоров и мониторов с ЭЛТ.
- Дроссель с насыщением - 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 цепях газоразрядных ламп , таких как люминесцентные лампы , для ограничения тока через лампу.
Трансформеры [ править ]
Трансформатор - это устройство с двумя или более обмотками с магнитной связью (или секциями одной обмотки). Изменяющийся во времени ток в одной катушке (называемой первичной обмоткой ) создает магнитное поле, которое индуцирует напряжение в другой катушке (называемой вторичной обмоткой ). Несколько видов:
- Распределительный трансформатор - трансформатор в электрической сети питания , который преобразует высокое напряжение от электрической силовой линии к более низкому напряжению , используемому коммунальным клиентами.
- Автотрансформатор - трансформатор только с одной обмоткой. Различные части обмотки, доступ к которым осуществляется с помощью ответвлений, действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора.
- Тороидальный трансформатор - сердечник выполнен в форме тороида . Это обычно 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 отключения первичного тока, чтобы он мог работать без 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 соединяет симметричную линию передачи с несимметричной.
- Бифилярная катушка - катушка, намотанная двумя параллельными близко расположенными нитями. Если через него проходят переменные токи в одном направлении, магнитные потоки складываются, но если через обмотки проходят равные токи в противоположных направлениях, противоположные потоки нейтрализуются, что приводит к нулевому потоку в сердечнике. Таким образом, в третьей обмотке сердечника не будет индуцироваться напряжение. Они используются в приборах и устройствах, таких как прерыватели замыкания на землю . Они также используются в резисторах с проволочной обмоткой с низкой индуктивностью для работы на ВЧ частотах.
- Звуковой трансформатор - трансформатор, используемый для звуковых сигналов . Они используются для согласования импеданса .
- Гибридная катушка - специализированный звуковой трансформатор с 3 обмотками, используемый в телефонных цепях для преобразования между двухпроводными и четырехпроводными схемами.
Электрические машины [ править ]
Электрические машины, такие как двигатели 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 ( «якорь» ), и вторая обмотка, которая обеспечивает магнитное поле вращающегося элемента («обмотка возбуждения»), которые могут быть соединены щетками. или контактные кольца 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 [ править ]
Эти катушки используются для преобразования изменяющихся во времени магнитных полей в электрические сигналы и наоборот. Несколько видов:
- Сенсорные 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 информации, 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 за счет индукции 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 как устройство измерения переменного тока.
- Звукосниматель для музыкального инструмента - катушка, используемая для создания выходного аудиосигнала в электрогитаре или электробасе .
- Магнитный затвор - сенсорная катушка, используемая в магнитометре.
- Картридж магнитного фонографа - датчик в проигрывателе, который использует катушку для преобразования вибрации иглы в звуковой сигнал при воспроизведении виниловых пластинок фонографа .
Есть также типы катушек, которые не попадают в эти категории.
Технология намотки [ править ]
См. Также [ править ]
- Кривая Ханна
Ссылки [ править ]
- ^ Стауффер, H. Brooke (2002). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Хаймел Такер. п. 36. ISBN 978-0877655992.
- ^ a b c Лапланте, Филипп А. (1999). Большой электротехнический словарь . Springer. С. 114–115. ISBN 978-3540648352.
- ^ а б в г Арун, П. (2006). Электроника . Alpha Sciences International Ltd. стр. 73–77. ISBN 978-1842652176.
- ^ Newnes 2002, стр. 129
- ^ Стауффер, HB (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Бартлетт Обучение, ООО. п. 273. ISBN. 9780877655992. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Амос, SW; Роджер Амос (2002). Newnes Dictionary of Electronics . Newnes. п. 191. ISBN. 978-0080524054.
- ^ Laplante, PA (1999). Большой электротехнический словарь . Springer Berlin Heidelberg. п. 633. ISBN 9783540648352. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Стауффер, HB (2005). Карманный словарь электрических терминов NFPA . Джонс и Бартлетт Обучение, ООО. п. 29. ISBN 9780877655992. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Амос, SW; Амос, Р. (2002). Newnes Dictionary of Electronics . Elsevier Science. п. 167. ISBN. 9780080524054. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Амос, SW; Амос, Р. (2002). Newnes Dictionary of Electronics . Elsevier Science. п. 326. ISBN. 9780080524054. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Laplante, Phillip A. (1998). Большой электротехнический словарь . Springer. п. 143. ISBN 978-3540648352.
- ^ Laplante, PA (1999). Большой электротехнический словарь . Springer Berlin Heidelberg. п. 346. ISBN. 9783540648352. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Laplante, PA (1999). Большой электротехнический словарь . Springer Berlin Heidelberg. п. 243. ISBN 9783540648352. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Laplante, PA (1999). Большой электротехнический словарь . Springer Berlin Heidelberg. п. 19. ISBN 9783540648352. Проверено 7 января 2017 .
- ^ Амос, SW; Амос, Р. (2002). Newnes Dictionary of Electronics . Elsevier Science. п. 113. ISBN 9780080524054. Проверено 7 января 2017 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Querfurth, William, « Обмотка катушки; описание процедур намотки катушек, намоточных машин и связанного с ними оборудования для электронной промышленности » (2-е изд.). Чикаго, G. Stevens Mfg. Co., 1958.
- Веймут, Ф. Мартен, " Барабанные якоря 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 из основных затронутых вопросов в их конструкции и описание реакций якоря и искрения ". Лондон, Типография и издательство "Электрик", 1893 г.
- « Процедура намотки катушек ». Международная ассоциация намотки катушек.
- Чандлер, Р. Х., " Обзор покрытия рулонов, 1970–76 ". Брейнтри, Р. Х. Чандлер Лтд., 1977.
Внешние ссылки [ править ]
- Калькулятор индуктивности катушки Онлайн-калькулятор для определения индуктивности однослойных и многослойных катушек
 | Найдите катушку или обмотку в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Р. Кларк, " Производство компонентов раны ". Surrey.ac.uk, 2005 г., 9 октября
