Dlaczego drut magnetyczny wymaga izolacji?

16

Co to znaczy mieć wiele cewek, które umożliwiają pole magnetyczne? Dlaczego nie mogę mieć jednego dużego drutu lub drutu gwintowanego na silniku? Przepraszam, to trochę dziecinne pytanie, ale nie mogłem znaleźć odpowiedzi.

— Izaak
źródło

7

indukcyjność zależy od liczby zwojów i przenikalności magnetycznej rdzenia

— Indraneel

MMF to

, gdzie

to prąd, a

to liczba zwojów. W splatanym przewodzie każda splotka przenosi ten sam ułamek całkowitego prądu.

N I

$NI$

I

$I$

N

$N$

— Chu,

Podstawowym „prawem” jest tutaj: „Pojedynczy obrót wytwarza pole magnetyczne proporcjonalne do prądu w nim”. || Dodaj pola z zakrętów. Jeśli jeden zwojów przewodzących prąd I wytwarza pole F, wówczas N zwojów daje (w uproszczeniu) N x F. MOŻESZ mieć „jeden duży zwoj”, ale to jest „JEDEN”. Zastosowanie powyższego „prawa podstawowego” pokazuje, że jeden duży prąd o średnim małym lub małym zwoju przewodzącym prąd I ma taki sam efekt. Druty są większe lub mniejsze z innych powodów, np. Duże druty mają niższy opór. Małe druty pozwalają na więcej zwojów w jednym dane miejsce

— Russell McMahon

31

Prawdą jest, że tylko objętość i moc dostarczana do uzwojenia ma znaczenie dla pola magnetycznego w elektromagnesach i silnikach. Dlatego mógł mieć jeden obrót nawijania.

Niestety pojedynczy obrót wymagałby (ogólnie) bardzo dużego prądu i bardzo niskiego napięcia. Dotyczy to skal, w których zwykle pracujemy, oraz wartości, które mają stałe fizyczne.

Praktyczne elektromagnesy wykorzystują stosunkowo tani trick, aby zwiększyć napięcie i zmniejszyć prąd, dzieląc krótki gruby drut o jednym zwoju na długi cienki drut, owinięty kilkakrotnie. Ponieważ każdy z kolei ma inne napięcie, należy je odizolować od siebie.

Ogromną zaletą cienkiego drutu w uzwojeniu jest to, że druty łączące mogą mieć rozsądną grubość i nadal mieć znacznie niższy opór niż uzwojenie robocze.

Wadą tej sztuczki jest to, że okrągły drut nie wypełnia 100% dostępnego obszaru, a izolacja zajmuje również trochę miejsca, więc tracimy trochę miedzi w porównaniu z jednym obrotem. Jednak sztuczka jest tak tania i przydatna, że ta nieefektywność w obszarze jest niewielką ceną za korzyści, dla prawie wszystkich zastosowań (w niektórych bardzo dużych maszynach do uzwojeń stosuje się kwadratowy drut o przekroju poprzecznym lub pręt, aby poprawić gęstość upakowania) .

— Neil_UK
źródło

2

Kolejną zaletą kwadratowego drutu cewkowego jest większy obszar miedzi (a więc niższy opór). Przy wysokich częstotliwościach prąd ma tendencję do płynięcia na powierzchni drutu (co jest znane jako efekt skórki), aw porównaniu z drutem okrągłym o tym samym rozmiarze drut kwadratowy jest znacznie lepszy.

— Huisman

Izolacja jest potrzebna nie tylko, aby zapobiec zwarciu każdej tury. Przy wysokich napięciach izolacja służy również do oddzielenia zwojów na tyle, aby zapobiec awarii.

— Huisman

Przykład użycia pasków zamiast drutów można zobaczyć w tym filmie na blogu EEV . IIRC komponent wideo jest cewką indukcyjną.

— Alex Hajnal

1

Moją pierwszą reakcją po przeczytaniu twojej odpowiedzi było nie zgodzić się, ponieważ prawo Ampère'a uwzględnia liczbę zwojów, ale teraz widzę, co tam zrobiłeś. Prawo Ampère'a w równym stopniu uwzględnia prąd, prawda? Twój jest sprytnym sposobem na wyjaśnienie tego. Zapamiętam tę spryt. Gdybym odpowiedział, zacząłem wyjaśniać w kategoriach prawa Faradaya, co w rzeczywistości zrobiłeś w sposób dorozumiany, ale w sposób, który nie nazwał Faradaya i dlatego nie był mylący na poziomie OP. Ładnie wykonane.

— thb

1

@ dziękuję. Kiedy porównuję liczbę zwojów, zwykle w transformatorach, w inny sposób mówię, że najpierw zakładam dwa identyczne uzwojenia, każde w dokładnie takich samych warunkach napięcia prądu H w polu prądu, następnie łączymy je szeregowo, a następnie łączymy równolegle. Zmienia się tylko impedancja, skalowanie napięcia / prądu, ale objętość, pole, rozproszenie mocy, koszt pozostają takie same. Przy pierwszym zamówieniu SRF i przebicie napięcia mogą się nieco zmienić.

— Neil_UK

10

Dlaczego nie mogę mieć jednego dużego drutu lub drutu gwintowanego na silniku?

Nie ma z tym problemu - sprawdź wirnik w większości silników indukcyjnych:

Aluminiowa klatka (wiewiórka) nie ma izolacji i jest to jeden zwarty zwój.

Co to znaczy mieć wiele cewek, które umożliwiają pole magnetyczne?

Pole magnetyczne jest wytwarzane przez prąd ORAZ zwoje, dzięki czemu można wymieniać zwoje na prąd i odwrotnie. Jeśli jednak chcesz stworzyć cewkę o szczególnych właściwościach, musisz ją zaprojektować, używając wielu zwojów, aby zoptymalizować indukcyjność dla zamierzonego obwodu, biorąc pod uwagę, że będą ograniczenia w dostępności materiałów na rdzeń magnetyczny.

— Andy aka
źródło

8

Powodem, dla którego potrzebujesz go zaizolować, jest upewnienie się, że prąd płynie wokół każdej pętli podczas jej cewkowania. Gdyby tak nie było, mogłoby to być „proste”. Możesz mieć jeden duży drut, ale potrzebujesz więcej prądu, aby uzyskać takie same wyniki.

To właśnie liczba zwojów N faktycznie daje we wszystkich formułach pola magnetycznego. W rzeczywistości pozwala mieć wielokrotności prądu w danym miejscu.

— Juan
źródło

3

Możesz to zrobić za pomocą jednej pętli i widziałem, jak to zrobiono. Jednak druty są ogromne i muszą być wykonane w specjalny sposób. Na przykład drut (więcej: szyna zbiorcza) jest wytłaczany jako przekrój klina, a następnie walcowany w helisę w celu uzyskania przekroju prostokąta.

Ale prąd będzie ogromny. Jeśli twój wkład nie jest w stanie dostarczyć tego rodzaju prądu, nie zadziała.

Siła magnetyczna to amper x liczba zwojów. Musisz dokładnie skalibrować liczbę zwojów i rozmiar drutu, aby dopasować je do zdolności twojego obwodu do napędzania go. Wykonanie tego za jednym razem wymagałoby dość ekstremalnej siły, aby uzyskać bardzo niskie napięcie i bardzo wysokie natężenie prądu.

— Harper - Przywróć Monikę
źródło