Что такое электромагнитная катушка?

Электромагнитные катушки

Электромагнитная катушка представляет собой электрический проводник, как правило провод, в форме катушки или другой подобной форме. Большинство этих катушек намотано на сердечник из железного материала.

Этот простой компонент может использоваться во множестве устройств, во многом благодаря уникальному взаимодействию между магнитными полями и электрическим током.

В системах обогрева устройство может представлять собой электромагнитную катушку, генерирующую тепло за счет индукции, или простой резистивный нагревательный элемент в форме катушки.

Назначение электромагнитных катушек

Чтобы соответствовать широкому спектру применений, существует множество типов электромагнитных катушек, различающихся по сечению, длине, диаметру катушки и материалам, на которые наматывается провод. Все разновидности электрических катушек могут быть адаптированы для удовлетворения конкретных требований.

Кроме того, помимо передачи тепла, звука или электричества, электрические катушки должны выполнять несколько различных функций. Например, электроника, автомобилестроение, медицина, компьютерная промышленность, бытовая техника и телекоммуникации в значительной степени полагаются на электрические катушки для обеспечения движения, регулирования потока и / или преобразования электрических токов.

Хотя это может показаться очень разными функциями, основные электромеханические принципы, используемые во всех электрических катушках, в целом одинаковы: проводящий металлический провод наматывается на изолятор, который может быть таким простым материалом, как картон, пластик или даже воздух.

Два конца провода обычно превращаются в электрические соединительные клеммы, называемые «ответвителями», которые затем подключаются к электрическому току. Когда ток проходит по спиральным проводам, сама катушка намагничивается (хотя в некоторых случаях она может размагничиваться).

Сила, создаваемая этим явлением, используется, в частности, такими компаниями, как производители электромагнитных клапанов, производители электродвигателей и поставщики аппаратов МРТ.

Применение электромагнитных катушек

Электромагнитные катушки используются в электротехнике в бесчисленных отраслях промышленности и в конкретных приложениях из-за важности взаимодействия между электрическими токами и магнитными полями во многих электрических устройствах.

Соответственно, электрические катушки встречаются почти во всех отраслях промышленности. В любой отрасли, использующей электричество, вероятно, есть по крайней мере несколько приложений, использующих электрические катушки, хотя они могут быть встроены в готовое оборудование и не являются предметом особой озабоченности компаний в каждой отрасли.

Отрасли с особыми сферами применения и уникальной потребностью в производстве обмоток электрических катушек или сборки катушек включают, но не ограничиваются:

• Выработка энергии. Ключевой компонент при производстве любого электрического генератора или электродвигателя.
• Тяжелая индустрия. Используется для различных двигателей и устройств управления, работающих в тяжелых условиях, а также в специальных электромагнитных устройствах.
• Телекоммуникации. Используются как антенны, реле и т. д.
• Медицина. Используется в различных устройствах формирования электромагнитных изображений и для определенных приложений, таких как биофильтры.
• Компьютеры. Используется в магнитных запоминающих устройствах.
• Бытовая техника. Многие нагревательные катушки используют одни и те же принципы электромагнитной индукции; там, где тепло было бы нежелательным побочным эффектом в других приложениях, это основная цель в различных домашних устройствах, таких как тепловые насосы или индукционные электрические плиты.
• Автомобильная промышленность. Применяется для различных двигателей, генераторов. В частности, узел катушки, то есть катушки зажигания, катушка соленоида или реле стартера.
• Контроль мощности. Используется в автоматических выключателях, контакторах, катушечных переключателях реле и различных других механизмах управления мощностью.

История

История электромагнитной катушки — это история электромагнитной науки в целом, так как именно с катушкой из проволоки и магнитом Майкл Фарадей впервые определил, что электрический ток может генерироваться с помощью магнитных сил. За прошедшие с тех пор годы практическое применение этих знаний проявилось во многих формах, хотя самым непосредственным ранним применением, конечно же, был электрический генератор Грамма в 1871 году.

По мере того, как наше понимание и использование электромагнитных сил продвигалось вперед, появились и электромагнитные катушки. Для каждого потенциального применения бесчисленное количество раз изобретались, совершенствовались и модернизировались одна или несколько катушек с индивидуальными требованиями. Природа электрических катушек такова, что инновации в конструкции катушек присущи практически любому применению.

Конструкция электромагнитной катушки

Базовая конструкция электрической катушки может легко усложниться с добавлением дополнительных обмоток. Обмотка определяется как полный узел катушки с отводами и другими элементами. В то время как в где то может использоваться одна обмотка, то другие требуют добавления вторичных и даже третичных обмоток.

Электрический трансформатор, например, представляет собой электромагнитный компонент, который состоит из первичной и вторичной обмоток, что позволяет ему передавать электрическую энергию от одной электрической цепи к другой электрической цепи посредством магнитной муфты без движущихся частей.

Определенные как точки в проволочной катушке, которая состоит из открытого проводящего участка, отводы катушки могут различаться в основном по размеру, так же как и диаметр самой катушки. Когда катушка имеет большой диаметр, степень самоиндукции намного больше, и ток пытается течь внутри провода, а не снаружи, что может быть проблемой.

Кроме того, многослойные электрические катушки могут иметь проблемы с межслойной емкостью, которая относится к электрическому явлению, при котором сохраняется электрический заряд, поэтому форма катушки должна быть изменена.

В результате для многослойных электрических катушек спиральная форма является наиболее практичной формой. Величина самоиндукции намного больше, и ток пытается течь внутри провода, а не снаружи, что может быть проблемой.

Кроме того, многослойные электрические катушки могут иметь проблемы с межслойной емкостью, которая относится к электрическому явлению, при котором сохраняется электрический заряд, поэтому форма катушки должна быть изменена.

• Проводящие материалы

Основа любой электрической катушки, включая простые резистивные нагревательные элементы  — это проводящий материал, имеющий форму катушки. Чаще всего это медная проволока, но для этой роли можно использовать любой токопроводящий материал. Алюминий — популярная альтернатива.

• Основные материалы

Для большинства электромагнитных катушек также необходимо учитывать материал сердечника. Обычно это какой-нибудь ферромагнитный материал, например, железо. Сердечник может представлять собой сплошной кусок, пучок проводов или любое количество других конфигураций.

Типы и формы электромагнитных катушек

В зависимости от используемого приложения, вы обычно будете довольно ограничены в общем стиле электрической катушки. Устройству, который требует статора, совместимого с постоянным током, не нужна катушка для электродвигателя переменного тока, так как ваши возможности, таким образом, будут довольно ограничены.

Специфика конструкции электрических катушек означает, что каждый небольшой аспект конфигурации может сильно повлиять на производительность конечного продукта. Например, на индуктивные свойства простой электромагнитной катушки напрямую влияют эти и многие другие факторы:

• Количество обертываний
• Площадь катушки
• Длина катушки
• Материал сердечника
• Материал катушки

Несмотря на то, что в конструкции электрических катушек есть основное сходство, есть много способов, которыми каждая катушка может быть разработана специально для ее применения. Например, некоторые электрические катушки требуют защиты от суровых условий окружающей среды, таких как влажность, соль, масло и вибрация.

Чтобы защитить хрупкие катушки от агрессивных элементов, поскольку при длительном воздействии можно легко потерять проводимость, электрические катушки можно формовать или герметизировать.

В то время как формованные катушки заключены в пластиковые покрытия, которые герметизируют весь блок катушек, герметизированные катушки сделаны из проволоки, которая сама залита полимерно- эпоксидной смолой.

Другие типы электрических катушек, такие как катушки тороидального трансформатора, намотаны вокруг ферритовых колец и обернуты герметизирующей лентой для защиты окружающей среды.

Один из наиболее распространенных типов электрических катушек, соленоидные катушки, иногда просто называют соленоидами. Часто используемые в качестве удаленного переключателя, соленоиды представляют собой катушки с током, которые становятся магнитными, когда ток проходит через катушку, которая обычно наматывается на железный сердечник.

Другие типы электромагнитных катушек включают:

• катушки Гарретта, используемые в металлоискателях
• катушки Роговского, используемые для измерения переменного тока (AC)
• катушки Удина, которые являются катушками с разрушающим зарядом
• катушки Браунбека, используемые в геомагнитных исследованиях.

Оптимизация производительности электромагнитных катушек

Поскольку работа электрической катушки в конечном итоге очень проста, оптимизация производительности обычно сводится к точному согласованию конструкции катушки с применением. Это означает, что необходимо убедиться, что все совпадает, эффективно подходит и течет чисто, без потерь тепла, движения и т. д.

В зависимости от конкретного применения повышение производительности может означать замену катушки на лучшую конструкцию или замену компонентов, чтобы они лучше соответствовали вашей конструкции. катушка. Вам нужно будет решить, исходя из того, что вы пытаетесь сделать.

Конечно, чтобы сделать что-либо из этого, требуется понимание того, как работает ваша система, что делает аналитические инструменты и программное обеспечение идеальными для всех, кто пытается добиться максимальной производительности.

Вы можете обнаружить несколько поверхностных проблем без надлежащего оборудования, но для всего, что приближается к максимальной производительности, вам понадобится современное оборудование.

При выборе конструкции для вашей электрической катушки есть несколько других факторов, которые вы можете рассмотреть, прежде чем обращаться к компании, производящей обмотки. Если вы не уверены в чем-либо из них, не стесняйтесь спросить совета у любой компании, производящей обмотки, или спросите своего инженера-электрика.

Виды электромагнитных катушек

• Катушки с воздушным сердечником (самонесущие катушки) — электромагнитные катушки, которые намотаны «вокруг воздуха» без сердечника, отсюда термины «воздушные катушки» и «самоподдерживаемые катушки».
• Катушки с намоткой на шпульку — электромагнитный провод, намотанный на пластиковый сердечник или «шпульку». Пластиковые сердечники бывают разных размеров, а катушки, намотанные на бобину, могут быть пропитаны, отформованы или заклеены лентой, чтобы соответствовать различным медицинским устройствам, датчикам, реле и автомобилям.
• Дроссельные катушки — представляют собой электрические катушки с низким сопротивлением и высокой индуктивностью, которые используются для блокировки высокочастотных переменных токов (AC) электричества, позволяя проходить низкочастотным постоянным токам (DC).

• Электрические катушки — альтернативное название электрических катушек, состоят из серии петель, изготовленных из токопроводящей металлической проволоки и намотанных на ферромагнитный сердечник.
• Инкапсулированные катушки — это электрические катушки, заключенные в силиконовый, полиэфирный, жидкий или термоформованный эпоксидный кожух.
• Катушки высокого напряжения — это электрические катушки, в которых используется напряжение выше, чем обычно считается безопасным.
• Катушки зажигания — это электрические индукционные катушки, которые используются для преобразования более низких напряжений мощности в более высокие напряжения мощности, необходимые для зажигания свечей зажигания системы.
• Пропитанные катушки — катушки, которые были сначала погружены в эпоксидную смолу или подвергнуты совместной экструзии перед намоткой. Ламинирующая эпоксидная смола изолирует проводящий электромагнитный провод от элементов, создавая блок, который эффективно защищен от погодных условий и грязи без затрат на инструменты, связанные с формованными катушками
• Индукционные катушки — распространенный синоним электрических катушек, электромагнитные катушки используются для создания электродвижущей силы путем активации на магнетизм посредством электрических токов.
• Магнитные катушки — которые также могут называться электромагнитными катушками или просто катушками, включают все типы электрических катушек, которые работают по принципу индукции.
• Литые катушки — электромагнитные катушки, заключенные в термоформованные или отлитые под давлением пластиковые корпуса, защищающие катушку от погодных условий, грязи и вибрации.
• Электромагнитные катушки — также называемые соленоидами, представляют собой трехмерные петли или катушки из проволоки, которые намотаны вокруг металлического сердечника и служат для создания магнитного поля при прохождении электрического тока через катушку.
• Катушки, обмотанные лентой — катушки, обычно намотанные на сердечник, которые заключены в герметизирующую ленту для защиты электромагнитной катушки от погодных условий, грязи и вибрации. Бухты, намотанные лентой, не так эффективны в блокировании этих вредных элементов, как пропитанные или формованные бухты, но затраты на производство катушек, намотанных лентой, намного ниже
• Катушка Тесла — электрическое устройство, которое генерирует чрезвычайно высокое напряжение, обычно с целью создания электрических дуг и эффектов молнии или для получения рентгеновских лучей.

• Тороиды / тороидальные катушки — медный провод, намотанный на ферритовое или железное кольцо в форме пончика. Ферритовый сердечник усиливает индуктивность катушки и может использоваться в транспортных средствах, аудио и источниках питания.
• Катушки трансформатора — электромагнитные катушки, обычно пропитанные или ламинированные, которые используются для изменения напряжения входящего электрического тока, подавая ток обратно с той же частотой, но с другим напряжением.
• Звуковые катушки — звуковая катушка, состоящая из обмотки, воротника и бобины, представляет собой своего рода электрическую катушку. Он прикрепляется к вершине диффузора громкоговорителя, где его цель — помочь усилить звук.

Электромагнитные катушки термины

• Шпулька — пластиковый сердечник, вокруг которого часто наматываются электрические катушки.
• Обмотка катушки — процесс наматывания электромагнитного провода вокруг сердечника или в самонесущую «воздушную» катушку; катушки могут быть однослойными или состоять из множества слоев. Для точных технических катушек часто требуется «прецизионная намотка».Проводник — материал, часто металл (например, медь), который пропускает электрические токи за счет движения свободных электронов.

  Электрический ток — Поток электрически заряженных электронов или ионов к положительному полюсу, вызванный путем введения электрического энергетического поля

• Электромагнетизм — магнетизм, который создается электрическим током и зависит от него.
• Поле катушки —  представляет собой электромагнит используется для создания магнитного поля в электромагнитной машине, правило вращающейся электрической машины такой как двигатель или генератор. Он состоит из проволочной катушки, по которой течет ток.
• Индуктивность — Электродвижущая сила или сила электромагнитной катушки (или цепи), создаваемая воздействием на катушку электрического тока.Преобразователь — электрическое устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую.
• Обороты — количество раз, когда электромагнитная катушка наматывается либо на ее сердечник, либо, в случае воздушных катушек, количество раз, когда катушка полностью закручивается

Руководство по электромагнитным катушкам