Индукционная катушка: Катушка индуктивности — Википедия – Катушка индуктивности что это такое, принцип работы, разновидности катушек — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Индукционная катушка

Дата публикации: 06 марта 2015.
Категория: Электротехника.

Индукционная катушка (рисунок 1) представляет собой частный случай трансформатора. Она состоит из сердечника 1 (набранного из нарезанных кусков стальной проволоки), на который намотано несколько витков толстой изолированной проволоки 2. Эти витки являются первичной обмоткой индукционной катушки. Поверх первичной обмотки наматывается другая обмотка 3 из тонкой изолированной проволоки с большим числом витков (от 16 000 до 1 000 000 и более). Это – вторичная обмотка индукционной катушки.

Рисунок 1. Схема устройства индукционной катушки

Принцип работы индукционной катушки состоит в следующем. Первичная обмотка через механический прерыватель 4 присоединяется к источнику постоянного напряжения 5 (батарее элементов, аккумуляторов и так далее).

При замыкании выключателя 6 ток батареи проходит по первичной обмотке катушки и намагничивает ее сердечник. Намагнитившийся сердечник притягивает к себе якорек прерывателя, чем разрывается цепь первичной обмотки. В следующее мгновение размагнитившийся сердечник отпускает якорек прерывателя. Последний под действием пружины возвращается на прежнее место, замыкает цепь первичной обмотки, и далее процесс повторяется вновь.

В результате непрерывных замыканий и размыканий цепи в первичной обмотке катушки протекает прерывистый ток. Изменяющееся магнитное поле первичной обмотки, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней электродвижущую силу (ЭДС). При замыкании первичной цепи ЭДС во вторичной обмотке имеет одно направление, при размыкании – другое. Большое число витков дает возможность получать на концах вторичной обмотки напряжение в несколько тысяч, а иногда и сотен тысяч вольт. Слой воздуха между выводами вторичной обмотки пробивается и проскакивает искра, длина которой в больших индукционных катушках достигает 1 метра.

Для получения большой ЭДС во вторичной обмотке необходимо, чтобы ток в первичной цепи изменялся как можно быстрее. Однако искра в механическом прерывателе, появляющаяся при размыкании его контактов, не дает возможности току прекращаться сразу. Для быстрейшего исчезновения искры параллельно месту разрыва включают конденсатор 7.

Первичную обмотку индукционной катушки можно питать также переменным током. Тогда надобность в прерывателе отпадает.

При помощи индукционной катушки было сделано много важнейших физических открытий. Индукционные катушки широко применяются для зажигания рабочей смеси в автомобильных и авиационных двигателях и так далее.

Рисунок 2. Внешний вид автомобильной индукционной катушки и механического прерывателя используемых для подачи искры в камеру сгорания двигателя (слева катушка, справа прерыватель)

Видео 1. Катушка Румкорфа

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Самодельная индукционная катушка Румкорфа | Полезное своими руками

Для проведения опытов с электричеством и для постройки некоторых приборов, будет необходим, кроме понижающего, и мощный повышающий трансформатор, каким является катушка Румкорфа — индукционная катушка.

Желательно построить катушку, которая давала бы искру длиной в 10—15 сантиметров. Это в значительной степени облегчило бы постройку таких приборов, как, например, рентгеновский аппарат.

Но особенно увлекаться большой мощностью индукционной катушки не следует, так как изоляция провода может не выдержать слишком высокого напряжения и катушка сгорит.

При наличии же материалов, имеющихся в продаже, вполне возможно построить индукционную катушку с искрой в 8—10 сантиметров. А этого для начала будет вполне достаточно.

Принцип действия индукционной катушки в точности такой же, как и трансформатора, поэтому мы не будем останавливаться на этом вопросе.

Катушку Румкорфа для нас вполне может заменить бобина от автомашины. Но если такой не окажется в нашем распоряжении, то индукционную катушку придется изготовить самим.

Детали катушки Румкорфа

Сердечник

Сердечник катушки делается из железной проволоки, которая употребляется для упаковки ящиков, или жести от консервных банок. Проволоку или жесть, предназначенную для сердечника, необходимо отжечь, то есть накалить в печи до тёмно-красного накала и затем медленно остудить в горячей золе. После этого с проволоки надо тщательно счистить окалину и покрыть проволоку спиртовым лаком, или, лучше, шеллаком.

После того как проволока просохнет, ее складывают в пучок и крепко обматывают изоляционной лентой. Поверх изоляционной ленты на сердечник следует намотать еще слоя четыре пропарафиненной бумаги.

Готовый сердечник и его размеры показаны на рисунке: Рисунок 1: а — сердечник для катушки Румкорфа, б — секции для вторичной обмотки, в — футляр для катушки Румкорфа с разрядником.

После этого можно приступить к изготовлению обмоток.

Обмотка сердечника

Обмотка сердечника производится в той же последовательности, как и у всякого трансформатора, то есть сначала наматывается первичная обмотка и на нее — вторичная, повышающая обмотка.

Так как большинство аккумуляторов и батарей накала имеет в среднем напряжение 4 вольта, то и нам лучше сделать индукционную катушку, которая работала бы от 4 вольт.

Для этого на первичную обмотку нам потребуется медный изолированный провод, желательно с двойной шелковой изоляцией, диаметром 1,5 мм. Такой проволоки нам потребуется 25 метров.

Закрепив конец провода ниткой на расстоянии 40 мм от торца сердечника и оставив конец провода длиной в 100 мм, намотку производят по часовой стрелке, с плотной укладкой витка к витку. Когда таким образом сердечник будет обмотан одним слоем провода по длине 220 мм, делается петля длиной в 100 мм, провод снова закрепляется ниткой и ведется второй слой намотки в том же направлении.

Намотав второй слой, конец обмотки нужно прочно закрепить с помощью суровой нитки и всю обмотку залить горячим парафином.

Средний отвод от первичной обмотки позволит нам применять в работе напряжение в 2 вольта, а следовательно, вдвое повысить коэффициент трансформации и в конечном итоге увеличить длину искры. Использованием же одновременно обеих секций, параллельно включенных, мы сможем подать на первичную обмотку повышенный ток и тем самым еще несколько увеличить мощность искры.

Вторичную обмотку катушки необходимо сделать многосекционной. Многосекционная обмотка облегчит ее исправление в случае повреждения. Ведь перемотать одну поврежденную секцию значительно легче, чем перематывать всю обмотку, состоящую из многих тысяч витков тончайшего провода.

Для вторичной обмотки нам придется изготовить 10 таких секций, которые нанизываются на сердечник одна за другой. Каждая секция изготовливается из картона толщиной в 1 мм, предварительно проваренного в парафине. Это необходимо для повышения изоляционных качеств картона. Лучше, конечно, если вы сделаете катушки из тонкой фибры.

Внутреннее отверстие катушек должно быть таким, чтобы они с трением надевались на сердечник с первичной обмоткой, поверх которой предварительно будет намотано еще два слоя пропарафиненной бумаги.

Когда все катушки будут готовы, можно приступить к изготовлению вторичной обмотки. Для вторичной обмотки нам потребуется изолированный провод ПЭ или ПШО, диаметром 0,1 мм. Будьте осторожны, особенно при намотке проводом ПШО, так как под шелковой изоляцией трудно заметить обрыв такого тонкого проводника. А если будет обрыв, то вся работа пойдет впустую.

Секции вторичной обмотки также надо наматывать аккуратно, виток к витку, и обязательно все секции должны быть намотаны в одном направлении. Следует также, намотав несколько слоев, проложить слой пропарафиненной бумаги и продолжать намотку.

Если во время намотки будет обнаружен обрыв провода, то концы его надо тщательно зачистить, скрутить между собой и обязательно спаять, а затем тщательно изолировать пропарафиненной бумагой.

Намотку каждой секции следует закончить, не доходя 5 мм до верхнего борта катушки. На этом расстоянии делается тонкий прокол в щечке катушки; провод прочно закрепляют в ней и оставляют свободный конец в 5—7 см.

Обмотку катушки сверху покрывают несколькими слоями пропарафиненной бумаги и изоляционной лентой.

Когда будут намотаны все 10 секций, первичная обмотка покрывается 2—3 слоями пропарафиненной бумаги и на нее надеваются секции второй обмотки. При этом надо следить, чтобы все катушки были надеты в последовательном порядке, то есть их обмотки составляли бы продолжение одна другой. В таком же последовательном порядке их и соединяют между собой: конец обмотки первой секции соединяется с началом обмотки второй секции, а конец второй секции — с началом третьей секции и т.д.

К началу и концу вторичной обмотки припаивается по куску толстого гибкого провода длиной по 15 см каждый; после этого вся катушка заливается парафином так, чтобы она представляла сплошную парафиновую массу. При этом надо следить, чтобы не оставалось пустот между секциями, не залитых парафином. Следовательно, катушку надо заливать постепенно. Для удобства заливки надо склеить из картона цилиндр диаметром 115 мм и длиной 240 мм.

Катушку устанавливают в цилиндре так, чтобы между ней и стенками цилиндра было одинаковое расстояние. После этого в цилиндр осторожно, не спеша, наливают расплавленный парафин. После остывания парафина цилиндр с катушки снимать не надо — он будет служить футляром. Его нужно только закрыть с торцов картонными дисками.

Механический прерыватель для катушки

Механический прерыватель для катушки можно сделать таким же, как и у электрического звонка. Поэтому, если у кого найдется старый электрический звонок, то им вполне можно воспользоваться.

Прерыватель необходим для того, чтобы из постоянного тока, который поступает от аккумулятора, получалось переменное напряжение, иначе трансформатор-катушка не будет трансформировать ток.

Для механического прерывателя надо изготовить детали, указанные на рис. 2. Якорь а вырезается из упругого железа. Лучше, конечно, сделать его из тонкой стальной пластинки, потому что он должен хорошо пружинить. Контактную пластину б можно сделать из латуни толщиной в 2 мм или из жести.

Как в якорь, так и в контактную пластину для лучшего соединения между ними при работе необходимо вклепать серебряные контакты. Их можно сделать из старинной серебряной монеты. Рис. 2. Детали прерывателя катушки Румкорфа. а — якорь прерывателя катушки Румкорфа, б — контактная пластина к якорю, в — собранный прерыватель.

Прерыватель собирается на внутренних стенках футляра катушки. На нижней стенке прикрепляется якорь так, чтобы он был на расстоянии 2—3 мм от сердечника катушки. К противоположной стенке прикрепляется контактная пластина так, чтобы она своим серебряным контактом хорошо прижималась к серебряному контакту якоря (см. рис. 2в). Конец первичной обмотки катушки присоединяется к якорю, а от контактной пластины делается отвод, к которому мы будем присоединять второй полюс аккумулятора.

Прерыватель действует так: когда мы включаем напряжение, то ток через контактную пластину, соединенную с якорем, проходит по первичной обмотке катушки. В это время сердечник намагничивается и притягивает якорь. Якорь, притянувшись к сердечнику, размыкает цепь. С отсутствием электрического тока магнитные силы исчезают из сердечника, якорь вновь возвращается в прежнее положение, то есть замыкает цепь, ток вновь поступает в катушку, сердечник опять притягивает якорь и т.д.

Таким образом в первичной обмотке нашей катушки создается переменное напряжение, которое трансформируется вторичной обмоткой и повышается в несколько сот раз.

Из сказанного выше нетрудно понять, что если у кого-нибудь найдется повышающий трансформатор, то его легко можно переделать в катушку Румкорфа. Для этого придется только сменить сердечник—сделать его прямым, не замыкающимся, как у обычных трансформаторов, и устроить прерыватель.

Искра такой катушки будет зависеть от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. У кого найдется понижающий трансформатор с напряжением в 4—6 вольт, тот может использовать катушку Румкорфа как повышающий трансформатор, включив в нее переменный ток в 4—6 вольт, и снять то же напряжение с повышающей обмотки, как и от аккумуляторов. Только в этом случае включать напряжение надо прямо в первичную обмотку катушки, минуя прерыватель.

Разрядник

Разрядник устроен очень просто. Он состоит из двух стоек с контактами, к которым присоединяются концы вторичной обмотки катушки. На вершинах стоек укреплены два стержня, направленных друг к другу.

Если стержни будут сдвинуты на такое расстояние, которое может покрыть искра, вырабатываемая нашей катушкой, то между стержнями образуется сплошная дуга из электрических искр.

Стойки устанавливаются на крышке деревянного футляра катушки на расстоянии 150 мм. Их можно изготовить из сухого дерева или изоляционных материалов — фибры, эбонита, карболита. Стойки делаются длиной 150 мм и диаметром 20 мм. На расстоянии 30 мм от одного торца в стойках просверливаются сквозные отверстия для стержней, а с торцов просверливаются отверстия по центру до пересечения стержневых отверстий. В них будут ввертываться крепящие винты.

Если стойки будут сделаны из дерева, то в торцы можно просто ввернуть шурупы. Рядом со стойками ввертываются две клеммы, к которым снизу крышки присоединяются начало и конец вторичной обмотки, если катушка будет работать от переменного тока.

Если же она будет работать от аккумулятора, то нужно будет изготовить еще и прерыватель. Тогда соединение будет иным. Готовый и установленный разрядник показан на рис. 1в. Для лучшего предохранения катушки от всяких случайных повреждений надо сделать деревянный футляр. Размеры его показаны на рис. 1в.

ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА — это… Что такое ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА?

ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА: ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА, тип трансформатора, который преобразует переменный ток низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения. Наиболее распространенными являются индукционные катушки, используемые для воспламенения СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ в большинстве двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине. Все катушки индуктивности имеют две обмотки, которые называются первичной и вторичной, причем во вторичной количество витков больше. Когда ток в первичной обмотке прерывается, за счет ИНДУКЦИИ создается магнитное поле вокруг обеих обмоток, причем во вторичной обмотке создается большее напряжение из-за большего количества витков.

ИНДУКТОР
ИНДУКЦИЯ

Смотреть что такое «ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА» в других словарях:

ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА — телефонный трансформатор, прибор, являющийся одной из составных частей телефонных аппаратов и служащий для преобразования пульсирующего тока микрофонной цепи в переменный ток телефонной цепи. И. к. состоит из железного сердечника и двух… … Технический железнодорожный словарь
индукционная катушка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN inductor … Справочник технического переводчика
индукционная катушка — indukcijos ritė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induction coil vok. Induktionsspule, f rus. индукционная катушка, f pranc. bobine d’induction, f … Fizikos terminų žodynas
Индукционная катушка — Катушка индуктивности на материнской плате компьютера. Обозначение на электрических принципиальных схемах. Катушка индуктивности винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной… … Википедия
ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА — катушка зажигания, прибор батарейного зажигания для двигателей внутр. сгорания и др. устройств, трансформирующий ток низкого напряжения аккумулятора (6 12 В) в ток высокого напряжения (10 30 кВ). Иногда И. к. наз. бобиной … Большой энциклопедический политехнический словарь
Индукционная катушка — 1. Проводящая обмотка установленной формы и размеров, по которой протекает ток, создающий магнитное поле определенной величины в ее плоскости и окружающем объеме Употребляется в документе: ГОСТ Р 50652 94 … Телекоммуникационный словарь
индукционная катушка агрегата зажигания — индукционная катушка Устройство системы зажигания авиационного газотурбинного двигателя для преобразования постоянного напряжения источника питания в импульсы высокого напряжения, состоящее из трансформатора, электромагнитного прерывателя и… … Справочник технического переводчика
ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА, КАТУШКА РУМКОРФА — (Induction coil) прибор для преобразования первичного постоянного тока во вторичный переменный ток высокого напряжения. Состоит из железного сердечника, первичной катушки (с небольшим числом витков), вторичной катушки (с большим числом витков) и… … Морской словарь
искровая индукционная катушка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN spark inductor … Справочник технического переводчика
Индукционная лампа — Индукционная лампа электрический источник света, принцип работы которого основан на электромагнитной индукции и газовом разряде для генерации видимого света. Фактически представляет собой усовершенствованную модификацию люминесцентной лампы … Википедия

Индукционная катушка — это… Что такое Индукционная катушка?

Катушка индуктивности на материнской плате компьютера.

Обозначение на электрических принципиальных схемах.

Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Такая система способна запасать магнитную энергию при протекании электрического тока.

Устройство

Устройство обычно представляет собой винтовую, спиральную или винтоспиральную катушку из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика или плоскую спираль, волну или полоску печатного или другого проводника. Также бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость.

Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах..

Свойства катушки индуктивности

Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна: $~R_L = \omega L$ , где — индуктивность катушки, $\omega~$ — угловая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

$E_\mathrm{coxp} = {1 \over 2} L I^2$

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

$\varepsilon = -L{dI \over dt}$

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, квадрату числа витков намотки и магнитной проницаемости сердечника.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек.

$L = \sum_{i=1}^N L_i$

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна

$L = \frac{1}{\sum_{i=1}^N 1/L_i}$

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь $~R_{\Pi OT}$ . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.

$~R_{\Pi OT} = r_w + r_d +r_s + r_e$

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением.
Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения.
В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует паразитная ёмкость, что приводит к утечкам переменного тока между витками.

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

Потери в экране

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране.

Добротность

С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна

$Q = \frac{\omega{}L}{R_{\Pi OT}}$

Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями, намоткой вида «универсаль», применением посеребрёного провода, применением многожильного провода вида «литцендрат».

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

ТКИ — это параметр, характеризующий зависимость индуктивности катушки от температуры.

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки.

$TKL = \frac{\Delta L}{L \Delta T}$

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности: Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

Катушки связи: Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

Вариометры: Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

Дроссели: Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники.

Сдвоенные дроссели: две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны при тех же габаритных размерах.

Применение катушек индуктивности

Применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности

Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..
Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
Катушки используются также в качестве электромагнитов.
Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.
Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).
Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

Смотри также

Wikimedia Foundation. 2010.

индукционная катушка — Induction coil

Античная индукционная катушка используется в школах, от около 1900, Бремерхафен, Германия

Индукционная катушка, показывающая конструкцию, с 1920.

Индукционная катушка или «индукционная катушка» ( архаический известная как inductorium или Румкорф катушка после Heinrich Румкорфа ) представляет собой тип электрического трансформатора , используемый для получения импульсов высокого напряжения от низкого напряжения постоянного тока питания (постоянный ток). Для создания потока изменений , необходимых для индуцирования напряжения во вторичной обмотке, постоянный ток в первичной катушке многократно прерывается вибрационным механическим контактом называется прерыватель . Изобретенный в 1836 году Николас Каллан , с дополнительным исследованиям Чарльз Графтон Page и других, индукционная катушка был первым типом трансформатора. Он широко используется в рентгеновских аппаратов , радиопередатчиков искрового промежутка , дуги освещения и шарлатан медицинских электротерапии устройств от 1880 — х до 1920 — х годов. Сегодня его только общее использование как катушки зажигания в двигателях внутреннего сгорания и в физике образования , чтобы продемонстрировать индукцию .

Конструкция и функции

принципиальная схема

Индукционная катушка состоит из двух катушек изолированного провода , намотанных вокруг общего железного сердечника (M) . Один катушки, называется первичной обмотке (Р) , изготовлен из относительно мало (десятки или сотни) оказывается грубой проволоки. Другая катушка, то вторичная обмотка , (S) , как правило , состоит из множества (тысяч) витков тонкой проволоки.

Электрический ток пропускают через первичную обмотку, создавая магнитное поле . Из — за общее ядро, большинство из полевых пар первичных в магнитных с вторичной обмоткой. Первичный ведет себя как индуктор , хранение энергии в соответствующем магнитном поле. Когда первичный ток внезапно прерывается, магнитное поле быстро разрушается. Это вызывает высокое напряжение , чтобы быть разработаны на вторичных терминалов через импульс электромагнитной индукции . Из — за большого числа витков вторичной обмотки, вторичный импульс напряжения обычно составляет несколько тысяч вольт . Это напряжение часто бывает достаточно , чтобы вызвать электрическую искру , чтобы прыгать через воздушный зазор (G) , разделяющий выходные клеммы вторичных х. По этой причине, индукционные катушки были названы искровые катушки.

Индукционная катушка может быть охарактеризована по длине искры он может производить; а «4 дюйма» (10 см) индукционная катушка является тот , который может производить 4 дюйма искры. Эта форма спецификации не была, хотя неточным, до появления электронно — лучевого осциллографа наиболее надежной мера пикового напряжения таких асимметрических форм волны. Соотношение между длиной и искрового напряжением является линейным в широком диапазоне, хотя и не пропорционально:

4 дюйма (10 см) = 110 кВ; 8 дюймов (20 см) = 150; 12 дюймов (30 см) = 190kV; 16 дюймов (41 см) = 230 кВ

Кривые, поставляемое современной ссылкой близко совпадает с этими значениями.

прерыватель

Без конденсатора

С конденсатором

Осциллограммы в индукционной катушке с открытым выходным (без искры). я ₁ ( синяя ) представляет собой ток в катушки первичной обмотки, v ₂ ( красного цвета ) является напряжение на вторичной обмотке. Не общей шкалы; v ₂ значительно больше в нижнем рисунке.

Для работы катушки постоянно, ток питания постоянного тока должен быть повторно подключать и отключать , чтобы создать изменения магнитного поля , необходимые для индукции. Чтобы сделать это, индукционные катушки с помощью магнитно — активированная вибрирует рука называется прерывателя или перерыв ( A ) , чтобы быстро подключить и разорвать ток , протекающий в первичной обмотке. Прерыватель , установленный на конце катушки рядом с железным сердечником. Когда питание включено, увеличение тока в первичной катушке производит большее магнитное поле, магнитное поле притягивает железную арматуру прерывателя в ( A ). Через некоторое время, магнитное притяжение преодолевает усилие пружины якоря, а якорь начинает двигаться. Когда якорь переместился достаточно далеко, пара контактов ( K ) в первичной цепи открытой и отсоедините первичный ток. Отсоединение тока вызывает магнитное поле , чтобы свернуть и создать искру. Кроме того, нет, свернутое поле больше не привлекает арматуру, так что усилие пружины ускоряет арматуру по направлению к его исходному положению. Через некоторое время контактов заново, и ток снова начинает строить магнитное поле. Весь процесс начинается снова и повторяется много раз в секунду. Вторичное напряжение V ₂ ( красный , слева), приблизительно пропорциональна скорости изменения первичного тока я ₁ ( голубой ).

Противоположные потенциалы индуцированные во вторичном, когда прерыватель «ломает» цепи и «закрывает» цепи. Тем не менее, изменение тока в первичной гораздо более резким, когда прерыватель «ломает». Когда контакты замкнуты, ток нарастает медленно в первичном, так как напряжение питания имеет ограниченную способность заставить ток через индуктивность катушки. В отличие от этого, когда контакты прерывателя разомкнут, ток падает до нуля внезапно. Таким образом, импульс напряжения, индуцированного во вторичной на уровне «перерыва» гораздо больше, чем импульс, индуцированного на «закрыть», то есть «разрыв», который генерирует высокое выходное напряжение катушки.

Конденсатор

Дуга форма на прерыватель контактах на «разрыв» , который потребляет энергию , запасенную в катушке, замедляя скорость изменения первичного тока, уменьшение выходного напряжения. Чтобы предотвратить это конденсатор (С) от 0,5 до 15 мкФ соединен через контакты , чтобы увеличить скорость переключения на «перерыв», производя намного более высокие напряжения. Оно также предотвращает повреждение контактов дуги. Конденсатор и первичная обмотка вместе образует колебательный контур , так что на перерыв осциллирующего затухающее синусоидальный ток течет в первичном. Это вызывает синусоидальное напряжение во вторичной. В результате: выходной импульс высокого напряжения на каждом разрыве фактически состоит из быстро переменного серии положительных и отрицательных импульсов (слева) , которые быстро распадаются до нуля.

Строительные детали

Для предотвращения высоких напряжений , генерируемых в катушке от разрушения тонкой изоляции и электрической дуги между вторичными проводами, вторичная обмотка использует специальную конструкцию таким образом , чтобы избежать проводов , несущие большие разности потенциалов , лежащие рядом друг с другом. В одном широко используемом методе, вторичная обмотка намотана во многих тонких плоских секциях блина-образной форме ( так называемых «пирогами»), соединенных в серии . Первичная обмотка намотана на первый железный сердечник и изолирован от вторичной толстой бумаги или резиновым покрытием. Затем каждый вторичный subcoil подключен к катушке рядом с ним и соскользнул на железный сердечник, изолированный от смежных катушек с воском картонных дисков. Напр жение , развиваемое в каждом subcoil не является достаточно большим , чтобы перейти между проводами в subcoil. Большие напряжения только разработаны во многом subcoils в серии, которые слишком далеко друг от друга , чтобы дуга. Для того, чтобы дать всю катушку окончательное изоляционное покрытие, его погружают в расплавленный парафин или канифоли ; воздух откачивают , чтобы обеспечить наличие пузырьков воздуха не осталось внутри и парафина затвердевать, поэтому вся катушка заключена в воске.

Для того, чтобы предотвратить вихревые токи , которые вызывают потери энергии, железный сердечник выполнен из пучка параллельных проводов железа, индивидуально покрытые шеллаком , чтобы изолировать их электрически. Вихревые токи, которые текут в петлях в ядре , перпендикулярной магнитной оси, блокируются слоями изоляции. Концы изолированной первичной катушки часто выступают несколько дюймов от обоего концов вторичной катушки, чтобы предотвратить дуги от вторичного к первичному или ядру.

Ртуть и электролитические прерыватели

(слева) 3-электрод Wehnelt прерывателя используется в больших катушках мощности. (справа) Ртуть турбина прерыватель. Электродвигатель поворачивает зубчатое колесо в то время как поток ртути распыляется на зубах. Регулируя колеса вверх и вниз рабочий цикл первичного тока может быть изменен.

Хотя современные индукционные катушки используются для образовательных целей всего использовать вибрационный типа руку «молот» прерыватель описано выше, они были недостаточными для питания крупных индукционных катушек , используемых в радиопередатчиках искрового зазора и рентгеновских аппаратах на рубеже 20 — го века. В мощных катушках высокой первичные токов дуга , созданная в прерывателе контактах , которые быстро разрушили контакты. Кроме того , поскольку каждый «перерыв» генерирует импульс напряжения от катушки, тем больше перерывов в секунду , тем больше выходной мощности. Молоток прерыватели не поддерживает частоту прерывания более 200 перерывов в секунду и те , которые используются на мощных катушек были ограничены 20 — 40 разрывов в секунду.

Поэтому много исследований пошли в улучшение прерыватели и улучшенные конструкции были использованы в больших катушках энергии, с молотком прерывателей используются только на небольших катушках под 8″ искрами. Леон Фуко и другие разработали прерыватели , состоящие из колеблющейся иглы погружения в и из контейнера ртуть . ртуть была покрыта слоем духов, погашенных дугу быстро, вызывая более быстрое переключение. Они часто приводится в действие отдельным электромагнита или двигателя, что позволило скорость прерывания и «обитать» время , чтобы быть отрегулированы отдельно от первичного тока ,

Наибольшие катушки используются либо электролитического или ртути турбины прерыватели. Электролитический или Wehnelt прерыватель, изобретенный Arthur Wehnelt в 1899 году, состоял из коротких платиновой иглы анода , погруженный в электролите из разбавленной серной кислоты , с другой стороны схемы , соединенные с ведущей пластиной катода . Когда первичный ток , проходящий через него, пузырьки газа водорода , образующиеся на иглу , который неоднократно нарушал цепь. В результате первичного тока разбитого случайно при скоростях до 2000 перерывов в секунду. Они были предпочтительны для питания рентгеновских трубок. Они произвели много тепла и за счет водорода может привести к взрыву. Mercury турбинные прерыватели имели центробежный насос , который распыляет поток жидкой ртути на вращающемся металлические контакты. Они могли бы достичь скорости прерывания до 10000 разрывов в секунду и были наиболее широко используемый тип прерывателя в коммерческих беспроводных станций.

история

Ранние катушки с Стёрджены , 1837. пилообразного цинка прерыватель колеса (D) была превращены вручную. Первая катушка использовать разделенное ядро железных проволок (F) для предотвращения вихревых токов.

В начале змеевик Чарльз Г. Пейдж, 1838, был один из первых автоматических прерывателей. Чаша была заполнена ртутью. Магнитное поле привлекло железный лист на руке (слева) , поднимая проволоку из чашки, нарушая первичный контур.

Индукционная катушка с Heinrich Румкорфа , 1850s. В дополнении к молотковому прерывателю (справа) , она имела ртутный прерыватель Физо (слева) , которая может быть скорректирована , чтобы изменить время задержки.

Одна из самых больших катушек когда — либо построенных, построенных в 1877 году Альфредом Apps для William Spottiswoode. Заживление 280 миль проволоки, может производить в. (106 см) искры 42, что соответствует примерно один миллион вольт. Питание от 30 размера кварты жидких батарей и отдельный прерыватель (не показан) .

Первая индукционная катушка, построенный Николай Каллан, 1836.

Индукционная катушка был первым типом электрического трансформатора . В ходе своего развития между 1836 и 1860 — х годов, в основном , методом проб и ошибок, исследователи обнаружили , многие из принципов, регулирующих все трансформаторы, такие как пропорциональность между поворотами и выходного напряжения и использования «разделенной» железным сердечником для уменьшения вихревых токов потерь ,

Майкл Фарадей открыл принцип индукции, закон индукции Фарадея , в 1831 году и сделал первые опыты с индукцией между витками проволоки. Индукционная катушка была изобретена американским врачом Чарльз Графтон Page в 1836 и независимо друг от друга ирландского ученого и католического священника Николая Каллан в том же году на Святого Патрика колледж, Мэйнут и усовершенствован Стёрджен . Джордж Генри Bachhoffner и Осетр (1837) независимо друг от друга обнаружили , что «разделить» железный сердечник из железных проволок уменьшается потеря мощности. Первые витки были вручную коленчатый прерыватели, изобретенный Каллан и Антуан Филибер Массон (1837). Автоматический «молот» прерыватель был изобретен преподобный профессор Джеймс Уильям Макголи (1838) Дублин, Ирландия, Johann Philipp Вагнера (1839), и Кристиан Эрнст Neeff (1847). Физо (1853) ввел использование закалочной конденсатора. Генрих Румкорфа генерируется более высокое напряжение за счет значительного увеличения длины вторичной, в некоторых катушек с использованием 5 или 6 миль (10 км) проволоки и производства искры до 16 дюймов. В начале 1850 — х годов, американский изобретатель Эдвард Сэмюэл Ричи ввел разделенного вторичную конструкцию , чтобы улучшить изоляцию. Джонатан Нэш Хердер работал над индукционными катушками. Индукционная катушка Каллан был назван IEEE Milestone в 2006 году.

Индукционные катушки были использованы для обеспечения высокого напряжения для раннего выпуска газа и Крукс труб и других исследований высокого напряжения. Они были также использованы для обеспечения развлечений (освещение Geißler трубки , например) и для привода маленьких «шокирующих катушков», катушек Тесла и лучей фиолетовых устройств , используемых в шарлатане медицине . Они были использованы Герца , чтобы продемонстрировать существование электромагнитных волн, как предсказывал Джеймс Максвеллом и Lodge и Маркони в первом исследовании в радиоволны. Их по величине промышленное использование, вероятно , в начале беспроводной телеграфии радиопередатчики искрового промежутка и к власти рано холодным катодом рентгеновских трубок с 1890 — х годов до 1920 — х годов, после чего они были вытеснены в обоих этих приложений от сети переменного тока трансформаторов и вакуумных трубок . Однако их использование было крупнейшим в качестве катушки зажигания или свечу катушки в системе зажигания в двигателях внутреннего сгорания , где они до сих пор используются, хотя контакты прерывателя теперь заменены твердотельными переключателями. Уменьшенная версия используется для запуска ламп вспышки , используемых в камерах и строб огнях.