Индукционные катушки: Индукционная катушка — Induction coil

Индукционная катушка — Induction coil

Тип электрического трансформатора

Старинная индукционная катушка, используемая в школах, примерно с 1900 года, Бремерхафен, Германия Индукционная катушка с изображением конструкции 1920 года.

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 (DC) питания. Для создания изменений магнитного потока, необходимых для индукции напряжения во вторичной катушке, постоянный ток в первичной катушке многократно прерывается вибрирующим механическим контактом, называемым прерывателем . Изобретенная в 1836 году Николасом Калланом при дополнительных исследованиях Чарльза Графтона Пейджа и других, индукционная катушка была первым типом трансформатора. Он широко использовался в рентгеновских аппаратах , радиопередатчиках с искровым разрядником , дуговом освещении и медицинских электротерапевтических устройствах с 1880-х по 1920-е годы. Сегодня он используется только в качестве катушек зажигания в двигателях внутреннего сгорания и в учебных заведениях физики для демонстрации индукции .

Конструкция и функции

Принципиальная схема

Индукционная катушка состоит из двух катушек изолированного провода, намотанного на общий железный сердечник (M) . Одна катушка, называемая первичной обмоткой (P) , состоит из относительно небольшого количества (десятков или сотен) витков крупной проволоки. Другая катушка, то вторичная обмотка , (S) , как правило , состоит из до миллиона витков тонкой проволоки (до 40 калибра).

Электрический ток пропускают через первичную обмотку, создавая магнитное поле . Из-за общего сердечника большая часть магнитного поля первичной обмотки связана с вторичной обмоткой. Первичная обмотка ведет себя как индуктор , накапливая энергию в соответствующем магнитном поле. Когда первичный ток внезапно прерывается, магнитное поле быстро разрушается. Это вызывает появление импульса высокого напряжения на клеммах вторичной обмотки за счет электромагнитной индукции . Из-за большого количества витков вторичной катушки импульс вторичного напряжения обычно составляет многие тысячи вольт . Этого напряжения часто бывает достаточно, чтобы вызвать электрическую искру , чтобы перепрыгнуть через воздушный зазор

(G), разделяющий выходные клеммы вторичной обмотки. По этой причине индукционные катушки были названы искровыми катушками.

Индукционная катушка традиционно характеризуется длиной искры, которую она может произвести; Индукционная катушка «4 дюйма» (10 см) могла произвести искру размером 4 дюйма. До разработки электронно-лучевого осциллографа это было наиболее надежным способом измерения пикового напряжения таких асимметричных сигналов. Связь между длиной искры и напряжением линейна в широком диапазоне:

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

Кривые, представленные современными эталонами, полностью соответствуют этим значениям.

Прерыватель

Без конденсатора

С конденсатором

Формы сигналов в индукционной катушке с разомкнутым выходом (без искры). i ₁ ( синий  ) — ток в первичной обмотке катушки, v ₂ ( красный  ) — напряжение во вторичной обмотке. Не в обычном масштабе; v ₂ на нижнем рисунке намного больше.

Чтобы катушка работала непрерывно, необходимо многократно подключать и отключать источник постоянного тока, чтобы создать изменения магнитного поля, необходимые для индукции. Для этого в индукционных катушках используется активируемый магнитом вибрирующий рычаг, называемый

прерывателем или прерывателем ( A ), для быстрого подключения и прерывания тока, протекающего в первичной катушке. Прерыватель устанавливается на конце катушки рядом с железным сердечником. При включении питания возрастающий ток в первичной катушке создает увеличивающееся магнитное поле, магнитное поле притягивает железный якорь прерывателя ( A ). Через некоторое время магнитное притяжение преодолевает силу пружины якоря, и якорь начинает двигаться. Когда якорь перемещается достаточно далеко, пара контактов ( K ) в первичной цепи размыкается и отключает первичный ток. Отключение тока вызывает коллапс магнитного поля и образование искры. Кроме того, сжатое поле больше не притягивает якорь, поэтому сила пружины ускоряет якорь до его исходного положения. Через короткое время контакты снова соединяются, и ток снова начинает создавать магнитное поле. Весь процесс начинается заново и повторяется много раз в секунду. Вторичное напряжение v ₂ ( красный , слева) примерно пропорционально скорости изменения первичного тока i ₁ ( синий ).

Противоположные потенциалы индуцируются во вторичной обмотке, когда прерыватель «разрывает» цепь и «замыкает» цепь. Однако изменение тока в первичной обмотке гораздо более резкое, когда прерыватель «ломается». Когда контакты замыкаются, ток в первичной обмотке медленно нарастает, потому что напряжение питания имеет ограниченную способность проталкивать ток через индуктивность катушки. Напротив, когда контакты прерывателя размыкаются, ток внезапно падает до нуля. Таким образом, импульс напряжения, индуцированный во вторичной обмотке при «обрыве», намного больше, чем импульс, наведенный при «закрытии», именно «обрыв» генерирует высоковольтное выходное напряжение катушки.

Конденсатор

При обрыве на контактах прерывателя образуется дуга, которая имеет нежелательные эффекты: дуга потребляет энергию, накопленную в магнитном поле, снижает выходное напряжение и повреждает контакты. Чтобы предотвратить это, к первичной обмотке подключают гасящий конденсатор

(C) емкостью от 0,5 до 15 мкФ, чтобы замедлить рост напряжения после разрыва. Конденсатор и первичная обмотка вместе образуют настроенную цепь , поэтому при разрыве затухающая волна течет в первичной обмотке и аналогично вызывает затухающую волну во вторичной обмотке. В результате высоковольтный выход состоит из серии затухающих волн (слева) .

Детали конструкции

Чтобы высокое напряжение, генерируемое в катушке, не привело к разрушению тонкой изоляции и возникновению дуги между вторичными проводами, вторичная катушка использует специальную конструкцию, позволяющую избежать расположения рядом друг с другом проводов, несущих большие перепады напряжения. В одном широко используемом методе вторичная обмотка наматывается на множество тонких плоских блинных секций (называемых «пирогами»), соединенных последовательно . Первичная обмотка сначала наматывается на железный сердечник и изолируется от вторичной обмотки толстой бумагой или резиновым покрытием. Затем каждая вторичная суб-катушка подключается к катушке рядом с ней и надевается на железный сердечник, изолированный от прилегающих катушек с помощью вощеных картонных дисков. Напряжение, развиваемое в каждой суб-катушке, недостаточно велико для перехода между проводами в суб-катушке. Большие напряжения возникают только во многих последовательно соединенных катушках, которые слишком широко разделены, чтобы их можно было перебросить. Чтобы дать всему змеевику окончательное изоляционное покрытие, его погружают в расплавленный парафин или канифоль ; воздух откачивается, чтобы убедиться, что внутри не осталось пузырьков воздуха, а парафину дают затвердеть, поэтому весь змеевик покрывается воском.

Чтобы предотвратить вихревые токи , вызывающие потери энергии, железный сердечник состоит из пучка параллельных железных проводов, индивидуально покрытых шеллаком для их электрической изоляции. Вихревые токи, протекающие в сердечнике по петлям перпендикулярно магнитной оси, блокируются слоями изоляции. Концы изолированной первичной катушки часто выступали на несколько дюймов от любого конца вторичной катушки, чтобы предотвратить дугу от вторичной обмотки к первичной обмотке или сердечнику.

Ртутные и электролитические прерыватели

(слева) 3-электродный прерыватель Wehnelt, используемый в катушках большой мощности. (справа) Прерыватель турбины Mercury. Мотор вращает зубчатое колесо, при этом на зубья распыляется струя ртути. Регулируя колесо вверх и вниз, можно изменить рабочий цикл первичного тока.

Хотя все современные индукционные катушки, используемые в образовательных целях, используют описанный выше прерыватель типа «молоток» с вибрирующим рычагом, они не подходили для питания больших индукционных катушек, используемых в радиопередатчиках с искровым разрядником и рентгеновских аппаратах на рубеже 20-го века. В мощных катушках большой первичный ток создавал дуги на контактах прерывателя, которые быстро разрушали контакты. Кроме того, поскольку каждый «разрыв» вызывает импульс напряжения на катушке, чем больше разрывов в секунду, тем больше выходная мощность. Молотковые прерыватели не могли прерываться со скоростью более 200 прерываний в секунду, а те, которые использовались на мощных катушках, ограничивались 20-40 прерываниями в секунду.

Поэтому много исследований было направлено на улучшение прерывателей, и улучшенные конструкции использовались в катушках большой мощности, с молотковыми прерывателями, используемыми только на небольших катушках с искрой менее 8 дюймов. Леон Фуко и другие разработали прерыватели, состоящие из колеблющейся иглы, погружающейся в контейнер с жидкостью и из нее. ртуть . Ртуть была покрыта слоем спирта, который быстро гасил дугу, вызывая более быстрое переключение. Они часто приводились в действие отдельным электромагнитом или двигателем, что позволяло регулировать скорость прерывания и время задержки отдельно от первичного тока. .

В самых больших змеевиках использовались электролитические или ртутные прерыватели турбин. Электролитический прерыватель или прерыватель Венельта, изобретенный Артуром Венельтом в 1899 году, состоял из короткого анода из платиновой иглы, погруженного в электролит из разбавленной серной кислоты , а другая сторона цепи была подключена к катоду из свинцовой пластины . Когда через нее проходил первичный ток, на игле образовывались пузырьки газообразного водорода, которые неоднократно размыкали цепь. Это привело к случайному прерыванию первичного тока со скоростью до 2000 прерываний в секунду. Они были предпочтительны для питания рентгеновских трубок. Они выделяли много тепла и из-за водорода могли взорваться. Ртутные прерыватели турбины имели центробежный насос, который распылял поток жидкой ртути на вращающиеся металлические контакты. Они могли обеспечивать скорость прерывания до 10 000 прерываний в секунду и были наиболее широко используемым типом прерывателей в коммерческих беспроводных станциях.

История

Ранняя катушка Уильяма Стерджена , 1837. Пилообразное колесо прерывателя цинка (D) вращалось вручную. Первая катушка, в которой используется разделенный сердечник из железных проводов (F) для предотвращения вихревых токов.

Ранняя катушка Чарльза Г. Пейджа, 1838 г., имела один из первых автоматических прерывателей. Чаша была наполнена ртутью. Магнитное поле притягивало кусок железа на рычаге (слева) , поднимая провод из чашки, разрывая первичный контур.

Индукционная катушка Генриха Румкорфа , 1850-е годы. В дополнение к молотковому прерывателю (справа) он имел ртутный прерыватель от Физо (слева), который можно было отрегулировать для изменения времени задержки.

Одна из крупнейших когда-либо построенных катушек, построенная в 1877 году Альфредом Аппсом для Уильяма Споттисвуда. Обмотка проводом длиной 280 миль может вызвать искру 42 дюйма (106 см), что соответствует примерно одному миллиону вольт. Работает от жидкостных батарей емкостью 30 литров и отдельного прерывателя (не показан) .

Первая индукционная катушка, построенная Николасом Калланом в 1836 году.

Индукционная катушка была первым типом электрического трансформатора . Во время его разработки между 1836 и 1860-ми годами, в основном методом проб и ошибок, исследователи обнаружили многие принципы, которыми управляют все трансформаторы, такие как пропорциональность между витками и выходным напряжением и использование «разделенного» железного сердечника для уменьшения потерь на вихревые токи. .

Майкл Фарадей открыл принцип индукции, закон индукции Фарадея , в 1831 году и провел первые эксперименты с индукцией между витками проволоки. Индукционная катушка была изобретена американским врачом Чарльзом Графтоном Пейджем в 1836 году и независимо от него ирландским ученым и католическим священником Николасом Калланом в том же году в колледже Святого Патрика в Мейнуте и усовершенствована Уильямом Стердженом . Джордж Генри Баххоффнер и Стерджен (1837) независимо друг от друга обнаружили, что «разделенный» железный сердечник из железных проводов снижает потери мощности. Ранние катушки имели прерыватели с ручным приводом, изобретенные Калланом и Антуаном Филибером Массоном (1837). Автоматический прерыватель-молот был изобретен преподобным профессором Джеймсом Уильямом МакГоли (1838 г.) из Дублина, Ирландия, Иоганном Филиппом Вагнером (1839 г.) и Кристианом Эрнстом Неффом (1847 г.). Ипполит Физо (1853) ввел использование гасящего конденсатора. Генрих Румкорф генерировал более высокие напряжения за счет значительного увеличения длины вторичной обмотки, в некоторых катушках использовался 5 или 6 миль (10 км) провода, и возникали искры до 16 дюймов. В начале 1850-х годов американский изобретатель Эдвард Сэмюэл Ричи представил разделенную вторичную конструкцию для улучшения изоляции. Джонатан Нэш Хердер работал над индукционными катушками. Индукционная катушка Каллана была названа вехой IEEE в 2006 году.

Индукционные катушки были использованы для обеспечения высокого напряжения для раннего выпуска газа и Крукс труб и других исследований высокого напряжения. Они также использовались для развлечения ( например, для освещения ламп Гейслера ) и для управления небольшими «шоковыми катушками», катушками Тесла и устройствами с фиолетовым лучом, используемыми в шарлатанской медицине . Они использовались Герцем для демонстрации существования электромагнитных волн, как предсказали Джеймс Клерк Максвелл, а также Лодж и Маркони в первом исследовании радиоволн. Их наибольшее промышленное использование, вероятно, было в ранних беспроводных телеграфных радиопередатчиках с искровым разрядником и для питания первых рентгеновских трубок с холодным катодом с 1890-х по 1920-е годы, после чего они были вытеснены в обоих этих приложениях трансформаторами переменного тока и электронными лампами . 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. Меньшая версия используется для срабатывания импульсных ламп, используемых в камерах и стробоскопах .

Индукционная катушка (вверху), питающая настенный рентгеновский аппарат 1915, с электролитическим выключателем (внизу) .

Современная автомобильная катушка зажигания , самая большая оставшаяся область применения индукционных катушек

Смотрите также

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Простой, но мощный индукционный нагреватель

Привет, в данной самоделке я покажу процесс создания мощного, но простого индукционного нагревателя. Этот «индукционник» способен за считанные секунды разогревать стальное лезвие «до красна». С помощью него, можно «калить» предметы (инструменты, гвозди, саморезы), а так же расплавлять различные материалы (олово, алюминий и тд).

Вот схема которую нужно собрать

Перед началом чтения статья, я рекомендую посмотреть процесс сборки и испытаний:

Нам потребуется:
— 2 транзистора марки IRF3205
— 2 стабилитрон 1.5ке12
— 2 диода HER208
— 2 резистора на 10кОм и на 220Ом
— Пленочный конденсатор на 400В 1мкФ
— 2 ферритовых кольца (можно достать из старого блока питания компа)
— 2 изоляционные шайбы
— Радиатор (для охлаждения транзисторов)
— Пара винтиков (для закрепления транзисторов в радиаторе)
— Термопаста
— 2 кусочка слюды (для изоляции транзисторов от радиатора)
— Медный залакированный провод сечением 1.4мм² длинной 1 метр
— Медный залакированный провод сечением 1.2мм² 2 куска по 1.5 метр
— Форма на намотки катушки (я буду использовать аккумулятор формата 18650)
— Аккумулятор для питания схемы (8-20В)
— 2 небольших кусочка провода

А так же:
— Бокорезы, ножик, отвертка, паяльник.

Подробное описание изготовления:

Шаг 1: Намотка катушки. Первым делом намотаем провод 1.4мм² на «форму» (еще раз напомню что в качестве «формы» я буду использовать аккумулятор формата 18650) что-бы получить катушку.

Должно получится что-то наподобие этого

Далее ножиком снимаем изоляцию с катушки

И залуживаем провода

Должно получится примерно так

Шаг 2: Намотка катушки на ферритовые кольца. На этом этапе необходимо намотать провод 1.2мм² на ферритовые кольца.

Для этого возьмем кольцо и проденем в него провод.

И начинаем намотку

Обратите внимание, что витки должны быть плотно натянуты. В итоге получаем это.

Шаг 3: Закрепление и подготовка транзисторов. Первым делом подготовим термопасту. Я буду использовать весьма распространенную КПТ-8.

Необходимо нанести тонким слоем термопасту по всей площади на 2 кусочка слюды.

Что бы получилось так.

Затем «приклеиваем» слюду на радиатор

То же самое делаем и с самим транзистором.

Аккуратно прислоняем транзистор (между слюдой) к радиатору.

И прикручиваем его с помощью нескольких винтиков.

Так же проделываем и со вторым транзистором. Таким образом на данном этапе уже имеется 2 транзистора прикрученных к радиатору и готовых к дальнейшей пайки.

Шаг 4: Пайка компонентов по схеме.
На этом этапе начинается самая «интересная» часть. После ее завершения уже получится полностью готовое устройство.
Подготовим 2 резистора на 220 Ом.

Их необходимо припаять к левым ногам транзисторов.

И затем оставшиеся концы соединить между собой и залудить.


Затем необходимо подготовить стабилитроны.

Их необходимо припаять между левой и правой «ножкой» транзистора. Все это делается с 2 транзисторами.


Что бы получилось так.

Теперь необходимо соединить «правые» ножки транзисторов (истоки) перемычкой. В ее роли послужит остаток залакированного медного провода.


Подготовим 2 резистора на 10 кОм

Затем соединяем левую ногу транзистора (затвора) с правой ногой (истоком) резистором на 10 кОм


Так же делаем и со вторым транзистором. Получаем подобие этого.

Теперь настала очередь диодов.

Необходимо припаять анод диода (значок треугольничка) к левой ноге транзистора.

А второй конец диода к центральной ноге к другому транзистору.

После сделать то же самое, но с другим транзистором.

Далее нужна катушка, которую сделали еще на первом этапе

Её концы необходимо припаять к стокам транзисторов (центральные ноги транзисторов).

Следом нужно припаять конденсатор между катушкой как на фото.


Один из последних этапов и присоединение дросселей. Но сначала его необходимо подготовить, для этого снимаете изоляцию и залуживаете концы.

Вслед за этим с каждой стороны транзистора его нужно припаять к общей точке соединения резистором на 220 Ом и место куда паяли конденсатор.



Теперь можно подготовить 2 небольших кусочка провода(желательного разного цвета) для питания всей схемы.Один из провода (в моём случаи желтый) припаиваем к месту соединения резисторов на 220 Ом, сюда будет подключаться плюс

а черный провод (минус) идет на правую ногу (истоку) одного из транзисторов.

Вот финальное фото уже полностью рабочей и собранной схемы.

Шаг 5: Подключение и проверка.
Для питания схемы я буду использовать Li Po аккумулятор для квадрокоптеров.

Но можно использовать любой другой (или даже несколько) напряжением от 8 В до 20 В.

Плюс с аккумулятора припаиваем к проводу, который присоединен с резисторам на 220 Ом, в моем случаи это желтый. Но я подключаю через амперметр, что бы еще и показать ток потребляемый схемой. Вы конечно можете этого не делать. Минус же идет на другой провод (черный), я рекомендую его припаять через кнопку, но для демонстрации я просто буду их соединять когда нужно что бы схема заработала.

У меня ток достигал 15А. Эти значения могут колебаться в зависимости от разных условий, просто учитывайте это.

Спасибо за внимание. Всем удачи в начинаниях!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Главная страница » Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Технология индукционного нагрева быстро наращивает популярность, благодаря многим преимуществам практического использования. Причём этот метод работы с металлами привлекает не столько промышленную индустрию, сколько частный бытовой сектор. Однако условия создания аппаратных установок в обоих случаях существенно отличаются. В отличие от промышленного сектора, частникам, работающим в быту, требуется аппаратура относительно небольшой мощности, простая по исполнению, доступная по цене. Здесь описывается схема на индукционный нагреватель мощностью 1600 Вт, которая вполне реализуется в домашних условиях. Это своего рода пример, демонстрирующий, как создать аппарат под индукционный нагрев для применения в быту.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Принцип технологии индукционный нагрев

Принцип технологии индукционного нагрева достаточно прост с физической точки зрения. Образованная из проводника тока катушка генерирует высокочастотное магнитное поле.

В свою очередь, металлический объект, помещённый во внутреннюю область катушки, индуцирует вихревые токи. В результате объект сильно нагревается.

Параллельно с катушкой индуктивности, как правило, включается резонансная ёмкость. Предпринимается такой шаг для компенсации индуктивного характера катушки.

Резонансная цепь, созданная элементами катушка-конденсатор, возбуждается на собственной резонансной частоте. Значение тока возбуждения существенно меньше, чем значение тока, протекающего через катушку индуктивности.

Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт

Представленную схему следует рассматривать, скорее, как экспериментальный вариант. Тем не менее, этот вариант является вполне работоспособным. Главные преимущества схемы:

• относительная простота,
• доступность деталей,
• лёгкость сборки.

Схема индукционного нагревателя (картинка ниже) работает по принципу «двойного полумоста», дополненного четырьмя силовыми транзисторами с изолированным затвором из серии IGBT (STGW30NC60W). Транзисторы управляются посредством микросхемы IR2153 (самостоятельно тактируемый полумостовой драйвер).

НАГРЕВАТЕЛИ

Схематически представленный упрощённый индукционный нагреватель малой мощности, конструкция которого допускает применение в условиях частных хозяйств

Двойной полумост способен обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но тактируемый полумостовой драйвер затвора проще в исполнении и, соответственно, в применении. Мощный двойной диод типа STTh300L06TV1 (2x 120A) работает как схема антипараллельных диодов.

Гораздо меньших по мощности диодов (30А) будет вполне достаточно. Если предполагается использовать транзисторы серии IGBT со встроенными диодами (например, STGW30NC60WD), от этого варианта вполне можно отказаться.

Рабочая частота резонанса настраивается с помощью потенциометра. Наличие резонанса определяется по наиболее высокой яркости светодиодов.

ТРАНЗИСТОР IGBT

Электронные компоненты простого индукционного нагревателя, создаваемого своими руками: 1 — Мощный двойной диод типа STTh300L06TV1; 2 – транзистор со встроенными диодами тип STGW30NC60WD

ДИОДЫ STTH

Конечно, всегда остаётся возможность построения более сложного драйвера. Вообще, оптимальным видится решение использовать автоматическую настройку.

Таковая, как правило, используется в схемах профессиональных индукционных нагревателей, но текущая схема, в случае такой модернизации, явно утрачивает фактор простоты.

Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность

Схемой индукционного нагревателя предусматривается регулировка частоты в диапазоне, примерно, 110 — 210 кГц. Однако схема управления требует вспомогательного напряжения 14-15В, получаемого от небольшого адаптера (коммутатор допускает коммутируемое исполнение или обычное).

Выход схемы индукционного нагревателя подключается к рабочей цепи катушки через согласующий дроссель L1 и трансформатор изолирующего действия. Дроссель имеет 4 витка провода на сердечнике диаметром 23 см, изолирующий трансформатор состоит из 12 витков двухжильного кабеля, намотанного на сердечнике диаметром 14 см.

Выходная мощность индукционного нагревателя  с указанными параметрами составляет около 1600 Вт. Между тем не исключаются возможности наращивания мощности до более высоких значений.

КОНДЕНСАТОРЫ

Экспериментальная конструкция индукционного нагревателя, изготовленная своими руками в домашних условиях. Эффективность устройства достаточно высокая, несмотря на малую мощность

Рабочая катушка индукционного нагревателя изготовлена из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучшим материалом исполнения катушки видится медная труба, для которой допускается применить простую систему водяного охлаждения. Катушка индуктивности имеет:

• 6 витков намотки,
• диаметр 24 мм,
• высоту 23 мм.

Для этого элемента схемы характерным явлением видится существенный нагрев по мере работы установки в активном режиме. Этот момент следует учитывать, выбирая материал для изготовления.

Модуль резонансного конденсатора

Резонансный конденсатор сделан в виде батареи небольших конденсаторов (модуль собран из 23 малых конденсаторов). Общая ёмкость батареи равна 2,3 мкФ. В конструкции допускается использование конденсаторов ёмкостью 100 нФ (~ 275В, полипропилен МКП, класс X2).

Этот тип конденсаторов не предназначен для таких целей, как применение в схеме индукционного нагревателя. Однако, как показала практика, отмеченный тип элементов ёмкости вполне удовлетворяет работой на резонансной частоте 160 кГц. Рекомендуется использовать ЭМИ фильтр.

ЭМИ ФИЛЬТРЫ

Фильтр электромагнитного излучения. Примерно такой рекомендуется использовать в конструкции индукционного нагревателя с целью минимизации помех

Регулируемый трансформатор допускается заменить схемой «мягкого» старта. Например, можно рекомендовать прибегнуть к использованию схемы простого ограничителя тока:

• нагреватели,
• галогенные лампы,
• другие приборы,

мощностью около 1 кВт, подключаемые последовательно с индукционным нагревателем при первом включении.

Предупреждение о мерах безопасности

Изготавливая индукционный нагреватель по представленной схеме, следует помнить: контур схемы индукционного нагрева подключается к электрической сети и находится под высоким напряжением. Настоятельно рекомендуется использовать в конструкции потенциометр с изолированным стержнем.

Высокочастотное электромагнитное поле несёт вредный потенциал, способный повредить электронные устройства и носители информации. Представленная схема, учитывая простоту реализации, несёт значительные электромагнитные помехи. Этот фактор может привести к различным аварийным последствиям:

• поражению электрическим током,
• ожогам,
• возгораниям.

Поэтому, прежде чем принять решение по созданию и проведению экспериментов с индукционным нагревателем, следует обеспечить полную безопасность для конечного пользователя и окружающих.

Видео: индукционный нагреватель сварочным инвертором

Представленный выше видеоролик – демонстрация работоспособности устройства по нагреву металла. Это устройство изготовлено посредством переделки сварочного инвертора, и как отмечает автор, действует вполне эффективно:

Заключительный штрих

Таким образом, сооружение индукционного нагревателя своими руками для расплавления металла в домашних условиях – это не фантастическая идея, но вполне реализуемое дело. При желании, наличии соответствующей информации, комплектующих деталей, собрать работоспособный нагреватель вполне допустимо.

---

При помощи информации: Danyk

принцип работы, схема, ток и напряжение в нем

В данной статье мы подробно рассмотрим индуктор. Отдельно разберем индуктор на схеме, обратную ЭДС генерируемую индуктором, постоянную времени индуктора, ток и напряжение в индукторе, а так же мощность и энергию в индукторе.

Определение и принцип работы

В наших уроках об электромагнетизме мы увидели, что когда электрический ток протекает через проводник, вокруг проводника возникает магнитный поток. Это создает взаимосвязь между направлением магнитного потока, который циркулирует вокруг проводника, и направлением тока, протекающего через тот же проводник, что приводит к хорошо известной взаимосвязи между током и направлением магнитного потока, называемой «Правило правой руки Флеминга».

Но есть и другое важное свойство, относящееся к намотанной катушке, которая также существует, а именно то, что вторичное напряжение индуцируется в ту же катушку движением магнитного потока, поскольку оно противостоит любым изменениям электрического тока, протекающего по нему.

Типичный индуктор

В своей основной форме Индуктор — это не что иное, как катушка проволоки, намотанная вокруг центрального сердечника. Для большинства катушек ток I, протекающий через катушку, создает магнитный поток NΦ вокруг нее, который пропорционален этому потоку электрического тока.

Индуктор, называемый также дросселем, является еще одним типом пассивного электрического компонента, который является простой катушкой провода предназначенного, чтобы воспользоваться этой взаимосвязью путем индукции магнитного поля, сам по себе, или в активной зоне в результате тока, проходящем через катушки. Это приводит к гораздо более сильному магнитному полю, чем то, которое создавалось бы простой катушкой из проволоки.

Индукторы образованы проволокой, плотно обернутой вокруг сплошного центрального сердечника, который может представлять собой либо прямой цилиндрический стержень, либо непрерывную петлю или кольцо для концентрации их магнитного потока.

Схематическое обозначение индуктора — это катушка с проводом, поэтому катушку с проводом можно также назвать индуктором. Индукторы обычно классифицируются в соответствии с типом внутреннего сердечника, вокруг которого они намотаны, например, полый сердечник, твердый железный сердечник или мягкий ферритовый сердечник, причем различные типы сердечников различаются путем добавления непрерывных или пунктирных параллельных линий рядом с проволочная катушкой, как показано ниже.

Индуктор на схеме

Ток I, который протекает через катушку индуктивности производит магнитный поток, который пропорционален к нему. Но в отличие от конденсатора, который противодействует изменению напряжения на своих пластинах, индуктор противодействует скорости изменения тока, протекающего через него, из-за накопления самоиндуцированной энергии в его магнитном поле.

Другими словами, катушки индуктивности сопротивляются или противостоят изменениям тока, но легко пропустят постоянный ток. Эта способность индуктора противостоять изменениям тока и которая также связывает ток I с его магнитным потоком NΦ как коэффициент пропорциональности, называется индуктивностью, которому присвоен символ L с единицами измерения Генри ( H ).

Поскольку Генри представляет собой относительно большую единицу индуктивности, для младших индукторов Генри используются для обозначения его значения. Например:

Префиксы индуктивности

Префикс	Условное обозначение	мультипликатор	Степень десяти
милли	m	1/1 000	10 -3
микро	μ	1/1000000	10 -6
нано	n	1/1000000000	10 -9

Таким образом, для отображения подразделов Генри мы будем использовать в качестве примера:

• 1mH = 1 милли-Генри   — что равно одной тысячной (1/1000) Генри.
• 100μH = 100 микро-Генри   — что равно одной 100-миллионной ( 1/1 000 000) Генри.

Индукторы или катушки очень распространены в электрических цепях, и существует множество факторов, определяющих индуктивность катушки, таких как форма катушки, число витков изолированного провода, число слоев провода, расстояние между витками, проницаемость материала сердечника, размер или площадь поперечного сечения сердечника и т. д.

Катушка индуктивности имеет площадь поперечного сечения сердечника ( A ) с постоянным числом витков провода на единицу длины ( l ). Таким образом, если катушка N витков связана на величину магнитного потока Φ то катушка имеет потокосцепление NΦ и любой ток I, который протекает через катушку будет производить индуцированный магнитный поток в противоположном направлении по отношению к потоку тока. Затем, согласно закону Фарадея, любое изменение в этой связи магнитного потока производит самоиндуцированное напряжение в одной катушке:

Где:

•    N — число витков
•     А — площадь поперечного сечения в м ²
•    Φ — количество потока в Веберах
•     μ — проницаемость материала сердечника
•     L — длина катушки в метрах
•    di / dt — скорость изменения тока в Амперах в секунду

Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение, которое пропорционально скорости изменения тока, создающего его, с положительным значением, указывающим на увеличение ЭДС, и отрицательным значением, указывающим на уменьшение ЭДС. Уравнение, связывающее это напряжение, ток и индуктивность с самоиндукцией, может быть найдено путем замены μN ² A / l на L, обозначая постоянную пропорциональности, называемую индуктивностью катушки.

Соотношение между потоком в катушке индуктивности и током, протекающим через катушку индуктивности, имеет вид: NΦ = Li . Поскольку катушка индуктивности состоит из катушки с проводящим проводом, это уменьшает приведенное выше уравнение, чтобы получить самоиндуцированную ЭДС, иногда называемую также обратной ЭДС, индуцированной в катушке.

Обратная ЭДС генерируемая индуктором

Где: 
L — собственная индуктивность, а 
di / dt — скорость изменения тока.

Таким образом, из этого уравнения мы можем сказать, что «самоиндуцированная ЭДС = индуктивность * скорость изменения тока» и цепь с индуктивностью один Генри будет иметь ЭДС 1 вольт, индуцированную в цепи, когда ток, протекающий через цепь, изменяется со скоростью 1 Ампер в секунду.

Катушка индуктивности

Один важный момент, который нужно отметить относительно приведенного выше уравнения. Он только связывает ЭДС, создаваемую через индуктор, с изменениями тока, потому что, если ток индуктора постоянен и не изменяется, например, в постоянном токе, то индуцированное напряжение ЭДС будет равно нулю, поскольку мгновенная скорость изменения тока равна ноль di / dt = 0.

При постоянном токе, протекающем через индуктор и, следовательно, нулевом индуцированном напряжении на нем, индуктор действует как короткое замыкание, равное куску провода, или, по крайней мере, очень низкое значение сопротивления. Другими словами, противодействие протеканию тока, предлагаемого индуктором, очень различно в цепях переменного и постоянного тока.

Постоянная времени индуктора

Теперь мы знаем, что ток не может изменяться мгновенно в индуктивности, потому что для этого ток должен измениться на конечную величину за нулевое время, что приведет к тому, что скорость изменения тока будет бесконечной di / dt =  ∞ , делая индуцированную ЭДС бесконечной, а бесконечного напряжения не существует. Однако, если ток, протекающий через индуктор, изменяется очень быстро, например, при работе переключателя, на катушке индуктивности могут возникать высокие напряжения.

Рассмотрим схему индуктора выше. Когда переключатель ( S1 ) разомкнут, ток через катушку индуктивности не течет. Поскольку через индуктор ток не течет, скорость изменения тока ( di / dt ) в катушке будет равна нулю. Если скорость изменения тока равна нулю, то  в катушке индуктивности нет ЭДС самоиндукции ( V _L= 0 ).

Если мы теперь закроем переключатель (t = 0), ток будет проходить через цепь и медленно подниматься до своего максимального значения со скоростью, определяемой индуктивностью индуктора. Эта скорость тока, протекающего через катушку индуктивности, умноженная на индуктивность по Генри, приводит к тому, что на катушке образуется некоторая самоиндуцированная ЭДС с фиксированным значением, определенная уравнением Фарадея V _L  = Ldi / dt.

Эта самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности ( V _L ) борется с приложенным напряжением до тех пор, пока ток не достигнет своего максимального значения и не будет достигнуто устойчивое состояние. Ток, который сейчас течет через катушку, определяется только постоянным или «чистым» сопротивлением обмоток катушек, поскольку значение реактивного сопротивления катушки уменьшилось до нуля, поскольку скорость изменения тока (di / dt) равна нулю в устойчивом состоянии. Другими словами, теперь существует только сопротивление катушек постоянного тока, чтобы противостоять потоку тока.

Аналогичным образом, если переключатель ( S1 ) разомкнут, ток, протекающий через катушку, начнет падать, но индуктор снова будет бороться с этим изменением и попытается удержать ток в своем прежнем значении, индуцируя напряжение в другом направлении. Наклон падения будет отрицательным и связан с индуктивностью катушки, как показано ниже.

Ток и напряжение в индукторе

Сколько индуктивного напряжения будет генерироваться индуктором, зависит от скорости изменения тока. В нашем уроке об электромагнитной индукции закон Ленца гласил: «Направление индуцированной ЭДС таково, что оно всегда будет противостоять изменению, которое его вызывает». Другими словами, индуцированная ЭДС всегда будет противопоставлять движение или изменение, которые изначально вызвали индуцированную ЭДС.

Таким образом, при уменьшении тока полярность напряжения будет действовать как источник, а при увеличении тока полярность напряжения будет действовать как нагрузка. Таким образом, при одинаковой скорости изменения тока через катушку, увеличение или уменьшение величины индуцированной ЭДС будет одинаковым.

Мощность в индукторе

Мы знаем, что индуктор в цепи противостоит потоку тока I через него, потому что поток этого тока индуцирует ЭДС, которая противостоит ему, закон Ленца. Затем необходимо выполнить работу от внешнего источника батареи, чтобы ток протекал против этой индуцированной ЭДС. Мгновенная мощность, используемая для форсирования тока I по отношению к этой самоиндуцированной ЭДС (V _L), определяется как:

Мощность в цепи задается как P = V * I, поэтому:

Идеальный индуктор не имеет сопротивления, только индуктивность, поэтому R = 0 Ом, и поэтому мощность в катушке не рассеивается, поэтому можно сказать, что идеальный индуктор имеет нулевую потерю мощности.

Энергия в индукторе

Когда мощность поступает в индуктор, энергия накапливается в его магнитном поле. Когда ток, протекающий через индуктор, увеличивается и di / dt становится больше нуля, мгновенная мощность в цепи также должна быть больше нуля, ( P> 0 ), т.е. положительная, что означает, что энергия накапливается в индукторе.

Аналогичным образом, если ток через индуктор уменьшается и di / dt меньше нуля, то мгновенная мощность также должна быть меньше нуля ( P <0 ), т.е. отрицательна, что означает, что индуктор возвращает энергию обратно в цепь. Затем, интегрируя приведенное выше уравнение для мощности, полная магнитная энергия, которая всегда положительна и сохраняется в индуктивности, определяется как:

Где:   
W в джоулях, 
L в Генри и 
I в амперах

Энергия фактически накапливается в магнитном поле, которое окружает индуктор током, текущим через него. В идеальном индукторе, который не имеет сопротивления или емкости, поскольку ток увеличивает энергию, стекающую в индуктор и накапливающуюся там в его магнитном поле без потерь, он не высвобождается до тех пор, пока ток не уменьшится и магнитное поле не разрушится.

Затем в переменном токе, переменного тока индуктор постоянно накапливает и доставляет энергию на каждом цикле. Если ток, протекающий через индуктор, является постоянным, как в цепи постоянного тока, то сохраненная энергия не изменяется, так как P = Li (di / dt) = 0 .

Таким образом, индукторы могут быть определены как пассивные компоненты, так как они могут как накапливать, так и доставлять энергию в цепь, но они не могут генерировать энергию. Идеальный индуктор классифицируется как меньше потерь, что означает, что он может хранить энергию бесконечно, так как энергия не теряется.

Однако, реальные катушки индуктивности всегда будут иметь некоторое сопротивление, связанное с обмотками катушки, и всякий раз, когда ток протекает через энергию сопротивления, теряется в виде тепла по закону Ома ( P = I ²  R ) независимо от того, является ли ток переменным или постоянный.

Тогда основное использование индукторов — это в фильтрационных цепях, резонансных цепях и для ограничения тока. Индуктор может использоваться в цепях для блокировки или изменения переменного тока или диапазона синусоидальных частот, и в этой роли индуктор может использоваться для «настройки» простого радиоприемника или генераторов различных типов. Он также может защитить чувствительное оборудование от разрушительных скачков напряжения и высоких пусковых токов.

В следующем уроке об индукторах мы увидим, что эффективное сопротивление катушки называется индуктивностью, а индуктивность, которая, как мы теперь знаем, является характеристикой электрического проводника, который «противодействует изменению тока», может быть как внутренней, индуцированный, называемый самоиндуктивностью или индуцированный извне, называемый взаимоиндуктивностью.

Катушки индукционного нагрева

| Изготовлено на заказ

Здесь показан змеевик с торцевым нагревом, в котором паяется ротор с короткозамкнутым ротором для ветровой турбины. Катушки индукционного нагрева

используются для точной и эффективной пайки соединений, сборки и разборки металлических деталей, закалки штампов, отжига металлических поверхностей для дополнительной гибкости и прочности и многого другого. При использовании в сочетании с генератором, рассчитанным на правильную частоту и мощность для работы, а также с оптимизированным производственным процессом, индукторы могут улучшить качество соединений, ускорить время производства и снизить ваши затраты на электроэнергию.

Содержание:

Производство катушек индуктивности для оптимизации работы вашего оборудования

Для повышения качества деталей, скорости и эффективности производственных процессов необходимы первоклассные индукторы, а также первоклассные источники питания. Точность температуры играет решающую роль, а точный нагрев возможен только при правильном сочетании геометрии индуктора, частоты, мощности и свойств магнитного поля. Это требование требует специальных знаний в области производства индукторов.

Более 22 лет компания eldec LLC производит индукционные нагревательные змеевики на заказ в Оберн-Хиллз, штат Мичиган. Наши специалисты хорошо разбираются в области применения индукционного нагрева. Они знают, что результаты зависят от типа и качества используемого индуктора. Форма инструмента должна быть очень точно подогнана под деталь. По этой причине eldec считает, что каждое предложение должно начинаться с обзора чертежей деталей или реальных деталей вместе с заказчиком для точной настройки производственного процесса с целью повышения точности и эффективности индуктора.

Гибкие возможности производства и обслуживания рулонов

После завершения процесса проверки наши техники проектируют индуктор с помощью новейшего программного обеспечения 3D CAD, физически проверяют окончательную конструкцию катушки на реальной детали и разрабатывают рецепт (настройки мощности и времени) для окончательного производственного процесса.

Еще одним важным аспектом услуг eldec является высокая степень гибкости при проектировании и производстве индукторов. Клиенты, которым ежегодно требуется определенное количество одних и тех же инструментов, могут заключить с нами рамочное соглашение.Затем eldec производит новый индуктор точно в срок, сводя к минимуму время выполнения заказа и количество запасов.

Сочетание специализированного обучения вашего персонала, помощи в разработке процессов со стороны опытных технических специалистов eldec, а также высококачественных индукторов и источников питания eldec может изменить ситуацию к лучшему на вашем предприятии. Повышение эффективности может сократить время, необходимое для производства ваших деталей от начала до конца, удовлетворить ваших клиентов, а также снизить углеродный след и расходы на коммунальные услуги.

Индукторы, изготавливаемые по индивидуальному заказу, для различных областей применения

Независимо от того, большие или маленькие детали, простые или сложные, eldec может изготовить индукторы специально для вашей заготовки, вашего процесса и типа металла.

• Катушки индукционного нагрева для индукционной пайки — создание более прочных и точных соединений

• Змеевики индукционного нагрева для термоусадки — упрощают и ускоряют сборку и разборку металлических компонентов

• Катушки индукционного нагрева для закалки штампов — дольше сохраняйте остроту и прочность штампа

• Змеевики индукционного нагрева для индукционного отжига — помогают предотвратить поломку критических деталей под напряжением

Производственные компании в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, электродвигателях, HVAC, горнодобывающей промышленности, производстве электроэнергии, добыче и распределении нефти / газа, сельском хозяйстве и секторе медицинского оборудования — и это лишь некоторые из них — полагаются на индукционные нагревательные катушки eldec.Новые возможности использования индукционной техники ограничены только вашим воображением.

Типы индукционных катушек и применение

Форма и стиль конструкции индуктора определяются, главным образом, геометрией нагреваемого участка детали, а возможности безграничны. Следующий список представляет собой руководство по основным типам индукторов и возможному использованию.

Катушки вилки

Змеевики вилки имеют два вилкообразных зубца , которые используются для нагрева двух противоположных сторон заготовки.Их часто используют для пайки. Типы катушек вилок включают:

Лицевые нагревательные змеевики

Змеевики с торцевым нагревом имеют плоскую нагревательную поверхность на головке, которая нагревает заготовку только с одной стороны. Этот тип змеевика может использоваться для общего нагрева и различных пайки. Типы змеевиков лицевого нагрева включают:

Кольцо короткого замыкания Крендель Спираль Меандр

Внешний и внутренний нагревательные змеевики

Наружные и внутренние нагревательные змеевики имеют один или несколько витков трубки для головки и обычно используются для нагрева деталей в полевых или внешних условиях, где желаемая зона нагрева ограничена по ширине или где желаемая зона нагрева больше по ширине, чем однооборотная катушка.Типы включают:

Один поворот снаружи Многооборотный снаружи Прямоугольный снаружи

Катушки шпильки

Катушки индуктивности

со шпилькой спроектированы с простой нагревательной поверхностью с возвратно-поступательным движением . Они используются, когда требуемый диапазон нагрева узкий и доступен только с одной стороны. Типы включают:

Прямая шпилька Шпилька под 90 градусов Шпилька под 90 градусов

Гибкий нагревательный кабель и кабельная коробка

Гибкие нагревательные кабели и кабельные коробки

используются, когда заготовка слишком велика для обычного индуктора.Нагревательный кабель работает аналогично индукционной катушке; однако кабель наматывается на заготовку. Стоимость нагревательного кабеля зависит от длины. Стандартная длина 15 метров стоит примерно 3000 долларов. Сама кабельная коробка будет частью стоимости генератора — аналогично коаксиальному кабелю.

Если вы не уверены, какой тип змеевика лучше всего подойдет для вашего процесса, позвольте техническим специалистам eldec проанализировать ваш процесс и помочь вам решить, какие катушки использовать.

Стоимость индукционного нагревателя

Поскольку индукторы различаются по размеру и форме в зависимости от процесса, материалов и деталей, цены также меняются.Стоимость большинства катушек индукционного нагрева колеблется от 1200 до 3000 долларов США. Например, небольшая катушка вилки без ламината или керамического покрытия может стоить около 1000 долларов; тогда как большая лицевая нагревательная катушка со сложной структурой корпуса / опоры может стоить десятки тысяч долларов. Все наши катушки изготавливаются на заказ. Ни один из них не считается стандартным ; однако eldec может производить рулоны, которые обычно используются на вашем предприятии, чтобы доставить их точно в срок, что минимизирует время выполнения заказа и сокращает потребность в запасах.

Ведущий производитель катушек индукционного нагрева в США, Канаде и Мексике.

Один из наших клиентов назвал наши катушки индуктивностями C adillac . Пол Джордж, консультант по индукционной пайке в компании Outage Technology Solutions и бывший инструктор по пайке в подразделении GE Power, утверждает, что другие компании могут производить более дешевые катушки, но приверженность eldec качеству, технической поддержке, надежным срокам поставки и отличным рабочим отношениям ставит нас на первое место.Мы гордимся своей репутацией «обещанная дата — дата доставки» и тем фактом, что клиенты доверяют нам защиту своей конфиденциальной информации.

Ваши детали и производственные процессы уникальны. В eldec каждый проект начинается с анализа дизайна и обсуждения процесса разработки. Наша опытная команда поможет вам выбрать индукционный источник питания и спроектировать индукционные катушки для ваших конкретных деталей и производственных условий. А если индукционный нагрев является новым для вас и вашего персонала, обучение операторов и специалистов по техническому обслуживанию доступно на нашем заводе в Оберн-Хиллз, штат Мичиган, или на вашем предприятии.Запланируйте консультацию сегодня, чтобы начать обсуждение.

Индукционная катушка

Википедия

Тип электрического трансформатора

Эта статья о типе трансформатора, вырабатывающего высоковольтные импульсы. Для более общего электрического компонента см. Индуктор. Для катушки высокочастотного нагрева см. Индукционный нагрев. Об устройстве в телефонных аппаратах см. Гибридная катушка. Старинная индукционная катушка, используемая в школах, примерно с 1900 года, Бремерхафен, Германия Индукционная катушка с изображением конструкции 1920 года.

Индукционная катушка или «искровая катушка» (архаично известная как индукторная катушка или Румкорфа ^[1] в честь Генриха Рюмкорфа) представляет собой тип электрического трансформатора ^{[2] [3] [4]} используется для генерации высоковольтных импульсов от источника постоянного тока низкого напряжения. ^{[1] [5]} Для создания изменений магнитного потока, необходимых для наведения напряжения во вторичной катушке, постоянный ток в первичной катушке многократно прерывается вибрирующим механическим контактом, называемым прерывателем. ^[1] Изобретенная в 1836 году Николасом Калланом, после дополнительных исследований Чарльзом Графтоном Пейджем и другими, ^[1] индукционная катушка была первым типом трансформатора. Он широко использовался в рентгеновских аппаратах, ^{[1] [6]} радиопередатчиках с искровым разрядником, ^{[1] [6]} дуговой подсветке и устройствах шарлатанской медицинской электротерапии с 1880-х по 1920-е годы. Сегодня он используется только в качестве катушек зажигания в двигателях внутреннего сгорания и в учебных заведениях физики для демонстрации индукции.

Устройство и функции []

Индукционная катушка состоит из двух катушек изолированного провода, намотанного на общий стальной сердечник (M) . ^{[1] [7]} Одна катушка, называемая первичной обмоткой (P) , состоит из относительно небольшого количества (десятков или сотен) витков грубой проволоки. ^[7] Другая катушка, вторичная обмотка , (S) обычно состоит из миллиона витков тонкой проволоки (до 40 калибра). ^{[8] [1] [7]}

Электрический ток проходит через первичную обмотку, создавая магнитное поле. ^{[1] [7]} Из-за общего сердечника большая часть магнитного поля первичной обмотки связана с вторичной обмоткой. ^{[ необходима ссылка ]} Первичная обмотка ведет себя как индуктор, накапливая энергию в соответствующем магнитном поле. Когда первичный ток внезапно прерывается, магнитное поле быстро разрушается. Это вызывает появление импульса высокого напряжения на клеммах вторичной обмотки за счет электромагнитной индукции.Из-за большого количества витков вторичной катушки импульс вторичного напряжения обычно составляет многие тысячи вольт. Этого напряжения часто бывает достаточно, чтобы вызвать электрическую искру, чтобы перепрыгнуть через воздушный зазор (G) , разделяющий выходные клеммы вторичной обмотки. По этой причине индукционные катушки были названы искровыми катушками.

Индукционная катушка традиционно характеризуется длиной искры, которую она может произвести; Индукционная катушка «4 дюйма» (10 см) могла произвести искру размером 4 дюйма.До разработки электронно-лучевого осциллографа это было наиболее надежным способом измерения пикового напряжения таких асимметричных сигналов. Связь между длиной искры и напряжением линейна в широком диапазоне:

4 дюйма (10 см) = 110кВ; 8 дюймов (20 см) = 150кВ; 12 дюймов (30 см) = 190кВ; 16 дюймов (41 см) = 230 кВ ^[9]

Кривые, представленные современными эталонами, хорошо согласуются с этими значениями. ^[10]

Прерыватель []

Без конденсатора

С конденсатором

Формы сигналов в индукционной катушке с разомкнутым выходом (без искры). i ₁ ( синий ) — ток в первичной обмотке катушки, v ₂ ( красный ) — напряжение на вторичной обмотке. Не в обычном масштабе; v ₂ на нижнем рисунке намного больше. ^{[ сомнительно — обсудить ]}

Для непрерывной работы катушки необходимо многократно подключать и отключать источник постоянного тока, чтобы создать изменения магнитного поля, необходимые для индукции. ^[1] Для этого в индукционных катушках используется активируемый магнитом вибрирующий рычаг, называемый прерывателем или прерывателем ( A ) для быстрого подключения и отключения тока, протекающего в первичной катушке. ^[1] Прерыватель устанавливается на конце катушки рядом с железным сердечником. При включении питания увеличивающийся ток в первичной катушке создает увеличивающееся магнитное поле, магнитное поле притягивает железный якорь прерывателя ( A ). Через некоторое время магнитное притяжение преодолевает силу пружины якоря, и якорь начинает двигаться. Когда якорь переместился достаточно далеко, пара контактов ( K ) в первичной цепи размыкается и отключает первичный ток.Отключение тока вызывает коллапс магнитного поля и образование искры. Кроме того, сжатое поле больше не притягивает якорь, поэтому сила пружины ускоряет якорь до его исходного положения. Через некоторое время контакты снова соединяются, и ток снова начинает создавать магнитное поле. Весь процесс начинается заново и повторяется много раз в секунду. Вторичное напряжение v ₂ (красный, слева) примерно пропорционально скорости изменения первичного тока i ₁ (синий).

Противоположные потенциалы индуцируются во вторичной обмотке, когда прерыватель «размыкает» цепь и «замыкает» цепь. Однако изменение тока в первичной обмотке гораздо более резкое, когда прерыватель «ломается». Когда контакты замыкаются, ток в первичной обмотке медленно нарастает, потому что напряжение питания имеет ограниченную способность проталкивать ток через индуктивность катушки. Напротив, когда контакты прерывателя размыкаются, ток внезапно падает до нуля. Таким образом, импульс напряжения, индуцированный во вторичной обмотке при «обрыве», намного больше, чем импульс, наведенный при «закрытии», именно «обрыв» генерирует высоковольтный выход катушки.

Конденсатор []

Дуга образуется на контактах прерывателя при размыкании, что имеет нежелательные эффекты: дуга потребляет энергию, накопленную в магнитном поле, снижает выходное напряжение и повреждает контакты. ^[11] Чтобы предотвратить это, к первичной катушке подключают гасящий конденсатор (C) емкостью от 0,5 до 15 мкФ, чтобы замедлить рост напряжения после отключения. Конденсатор и первичная обмотка вместе образуют настроенную цепь, поэтому при разрыве затухающая волна течет в первичной обмотке и аналогичным образом вызывает затухающую волну во вторичной обмотке.В результате высоковольтный выход состоит из серии затухающих волн (слева) . ^{[ требуется ссылка ]}

Детали конструкции []

Для предотвращения высокого напряжения, генерируемого в катушке, от разрушения тонкой изоляции и возникновения дуги между вторичными проводами, вторичная катушка использует специальную конструкцию, позволяющую избежать расположения рядом друг с другом проводов, несущих большую разницу в напряжении. В одном широко используемом методе вторичная обмотка наматывается на множество тонких плоских блинных секций (называемых «пирогами»), соединенных последовательно. ^{[12] [1]} Первичная катушка сначала наматывается на железный сердечник и изолируется от вторичной обмотки толстой бумагой или резиновым покрытием. ^[1] Затем каждая вторичная катушка подключается к катушке рядом с ней и надевается на железный сердечник, изолированный от прилегающих катушек с помощью вощеных картонных дисков. Напряжение, развиваемое в каждой суб-катушке, недостаточно велико для перехода между проводами в суб-катушке. ^[1] Большие напряжения возникают только на многих последовательно соединенных катушках, которые слишком широко разнесены, чтобы их можно было перебросить.Чтобы дать всему змеевику окончательное изоляционное покрытие, его погружают в расплавленный парафин или канифоль; воздух откачивается, чтобы убедиться, что внутри не осталось пузырьков воздуха, а парафину дают затвердеть, поэтому весь змеевик покрывается воском.

Для предотвращения вихревых токов, вызывающих потери энергии, железный сердечник состоит из пучка параллельных железных проводов, индивидуально покрытых шеллаком для их электрической изоляции. ^[1] Вихревые токи, которые петляют в сердечнике перпендикулярно магнитной оси, блокируются слоями изоляции.Концы изолированной первичной катушки часто выступали на несколько дюймов от любого конца вторичной катушки, чтобы предотвратить дугу от вторичной обмотки к первичной обмотке или сердечнику.

Ртутные и электролитические прерыватели []

(слева) 3-электродный прерыватель Wehnelt, используемый в катушках большой мощности. (справа) Прерыватель турбины Mercury. Мотор вращает зубчатое колесо, при этом на зубья распыляется струя ртути. Регулируя колесо вверх и вниз, можно изменить рабочий цикл первичного тока.

Хотя все современные индукционные катушки, используемые в образовательных целях, используют описанный выше прерыватель типа «молоток» с вибрирующим рычагом, они не подходили для питания больших индукционных катушек, используемых в радиопередатчиках с искровым разрядником и рентгеновских аппаратах на рубеже 20-го века. . В мощных катушках большой первичный ток создавал дуги на контактах прерывателя, которые быстро разрушали контакты. ^[1] Кроме того, поскольку каждый «разрыв» вызывает импульс напряжения от катушки, чем больше разрывов в секунду, тем больше выходная мощность.Молотковые прерыватели не могли прерываться со скоростью более 200 прерываний в секунду, а те, которые использовались на мощных катушках, ограничивались 20-40 прерываниями в секунду.

Поэтому много исследований было направлено на улучшение прерывателей, и улучшенные конструкции были использованы в катушках большой мощности, с молотковыми прерывателями, используемыми только на небольших катушках с искрами до 8 дюймов. в емкость с ртутью и из нее. ^[1] Ртуть была покрыта слоем спирта, который быстро гасил дугу, вызывая более быстрое переключение. Они часто приводились в действие отдельным электромагнитом или двигателем ^[1] , что позволяло регулировать скорость прерывания и время задержки отдельно от первичного тока.

В самых больших змеевиках использовались электролитические или ртутные прерыватели турбин. ^[1] Электролитический прерыватель или прерыватель Венельта, изобретенный Артуром Венельтом в 1899 году, состоял из короткого платинового игольчатого анода, погруженного в электролит с разбавленной серной кислотой, а другая сторона цепи была подключена к катоду из свинцовой пластины. ^{[1] [14]} Когда через него проходит первичный ток, на игле образуются пузырьки газообразного водорода, которые многократно разрывают цепь. Это привело к случайному прерыванию первичного тока со скоростью до 2000 прерываний в секунду. Они были предпочтительны для питания рентгеновских трубок. Они выделяли много тепла и из-за водорода могли взорваться. Ртутные прерыватели турбины имели центробежный насос, который распылял поток жидкой ртути на вращающиеся металлические контакты. ^[1] Они могли обеспечивать скорость прерывания до 10 000 прерываний в секунду и были наиболее широко используемым типом прерывателей в коммерческих беспроводных станциях. ^{[1] [14]}

История []

Ранняя катушка Уильяма Стерджена, 1837 г. Пилообразное цинковое прерывательное колесо (D) вращалось вручную. Первая катушка с разделенным сердечником из железных проводов (F) для предотвращения вихревых токов.

Ранняя катушка Чарльза Г. Пейджа, 1838 год, имела один из первых автоматических прерывателей. Чаша была наполнена ртутью. Магнитное поле притягивало железную деталь на рычаге (слева) , поднимая провод из чашки, разрывая первичную цепь.

Индукционная катушка Генриха Румкорфа, 1850-е годы. Помимо молоткового прерывателя (справа) , он имел ртутный прерыватель Fizeau (слева) , который можно было регулировать для изменения времени задержки.

Одна из крупнейших когда-либо построенных катушек, построенная в 1877 году Альфредом Аппсом для Уильяма Споттисвуда. Обмотка проводом длиной 280 миль могла вызвать искру 42 дюйма (106 см), что соответствовало примерно одному миллиону вольт. Работает от жидких батарей емкостью 30 литров и отдельного прерывателя (не показан) .

Первая индукционная катушка, построенная Николасом Калланом в 1836 году.

Индукционная катушка была первым типом электрического трансформатора. Во время его разработки между 1836 и 1860-ми годами, в основном методом проб и ошибок, исследователи обнаружили многие принципы, которыми управляют все трансформаторы, такие как пропорциональность между витками и выходным напряжением и использование «разделенного» железного сердечника для уменьшения потерь на вихревые токи. .

Майкл Фарадей открыл принцип индукции, закон индукции Фарадея, в 1831 году и провел первые эксперименты с индукцией между витками проволоки. ^[15] Индукционная катушка была изобретена американским врачом Чарльзом Графтоном Пейджем в 1836 г. ^{[16] [17]} и независимо ирландским ученым и католическим священником Николасом Калланом в том же году в колледже Святого Патрика. Maynooth ^{[1] [18] [19] [20] [21]} и улучшено Уильямом Стердженом. ^[1] Джордж Генри Баххоффнер ^[1] и Стерджен (1837) независимо друг от друга обнаружили, что «разделенный» железный сердечник из железных проводов снижает потери мощности. ^[22] Ранние катушки имели прерыватели с ручным приводом, изобретенные Калланом и Антуаном Филибером Массоном (1837). ^{[23] [24] [25]} Автоматический выключатель «молоток» был изобретен преподобным профессором Джеймсом Уильямом МакГоли (1838) из Дублина, Ирландия, ^{[16] [26]} Johann Филипп Вагнер (1839) и Кристиан Эрнст Нефф (1847). ^{[1] [27] [28]} Ипполит Физо (1853) ввел использование гасящего конденсатора. ^{[1] [29] [30]} Генрих Румкорф генерировал более высокие напряжения за счет значительного увеличения длины вторичной обмотки, ^[1] в некоторых катушках с использованием 5 или 6 миль (10 км) провода и производил искры до 16 дюймов. В начале 1850-х годов американский изобретатель Эдвард Сэмюэл Ричи представил разделенную вторичную конструкцию для улучшения изоляции. ^{[31] [32]} Джонатан Нэш Хердер работал над индукционными катушками. ^{[33] [34] [35] [36] [37]} Индукционная катушка Каллана была названа вехой IEEE в 2006 году. ^[38]

Индукционные катушки использовались для обеспечения высокого напряжения для раннего газового разряда, трубок Крукса и других исследований высокого напряжения. Они также использовались для развлечения (например, для освещения ламп Гейслера) и для управления небольшими «шоковыми катушками», катушками Тесла и устройствами с фиолетовым лучом, используемыми в шарлатанской медицине. Они использовались Герцем для демонстрации существования электромагнитных волн, как предсказали Джеймс Клерк Максвелл, а также Лодж и Маркони в первом исследовании радиоволн.Их наибольшее промышленное использование, вероятно, было в ранних беспроводных телеграфных радиопередатчиках с искровым разрядником и для питания первых рентгеновских трубок с холодным катодом с 1890-х по 1920-е годы, после чего они были вытеснены в обоих этих приложениях трансформаторами переменного тока и электронными лампами. Однако в наибольшей степени они использовались в качестве катушки зажигания или искровой катушки в системе зажигания двигателей внутреннего сгорания, где они все еще используются, хотя контакты прерывателя теперь заменены твердотельными переключателями. Меньшая версия используется для срабатывания импульсных ламп, используемых в камерах и стробоскопах. ^{a b c d e}

9 f

9 ч ^{i j k l}

0103

0106

0 м o ^{p q r s t 4 t 4} 900 v ^{w 901 34 x y z aa ab} John Archibald Coil. ^{a b} Мур, Артур (1911). Как сделать беспроводной набор . Чикаго: The Popular Mechanics Co. ISBN 978-1440048746 . Электролитический прерыватель состоит из емкости, содержащей раствор разбавленной серной кислоты, с двумя выводами, погруженными в этот раствор. Положительный вывод или анод изготовлены из платины и должны иметь поверхность примерно 3/16 дюйма. [Sic] Отрицательный вывод или катод изготовлены из свинца и должны иметь площадь примерно 1 кв. «Вехи: новаторский вклад Каллана в электрическую науку и технологии, 1836 г.». Сеть глобальной истории IEEE . IEEE. Проверено 26 июля 2011.

Дополнительная литература []

Внешние ссылки []

Синонимы индукционной катушки, антонимы индукционной катушки

При обработке тонких пленок смол и т. Д., Когда валок нагревается путем контакта с полотном с более высокой температурой, подвод внешнего тепла можно регулировать с помощью мягкого охлаждения туманом и в сочетании с электромагнитным индукционным нагревом индукционного нагрева. змеевика, заданная температура точно поддерживается.с [[PHI]. Sub.11] (x, [x.sub.1], t) и [[PHI]. Sub.22] (x, [x.sub.1], t), являясь общей собственной -магнитный поток каждой индукционной катушки в антенне TCR. В 1879 году, вернувшись в Лондон, он заметил некоторые любопытные явления, связанные с искрами, производимыми его индукционной катушкой. Казалось, что искра производит электрический эффект на расстоянии от индукционной катушки и самого искрового промежутка. Чжан, «Усовершенствование метода токовой нити и его применение в анализе характеристик индукционной катушки», IEEE Trans. * Осторожно возьмите индукционную катушку из чехол для Palm Pre.Это достигается за счет оптимизации соотношения размеров индукционной катушки и корпусом нагревателя, выстилающих индукционный нагреватель с огнеупорным материалом, выбор формы тигля, покрывающий поверхность металла с огнеупорной крышкой и, самое главное, особое положение индукционной катушки по отношению к нагретому компоненту. Чтобы попытаться сохранить оригинальную конструкцию, мы провели много операций с горячей клепкой, которую трудно найти в настоящее время ». Всего более 4000 отдельных заклепок были использованы для усиления моста, каждый из которых нагревался индивидуально с помощью индукционного нагревателя.Если бы вы продемонстрировали использование индукционной катушки 300 лет назад и включили электрический ток, то результат был бы отклонен как магия просто потому, что они не поняли бы научную логику того, что они видели. значительно снижает количество энергии, необходимой для питания индукционной катушки. Сверхпроводящие индукционные нагреватели имеют КПД 90 процентов, а отсутствие пламени, дыма или газа делает их чрезвычайно безопасным и удобным портативным решением для приготовления пищи.Индукционная готовка основана на магнитных полях: каждый « элемент » (индукционная катушка) генерирует магнитное поле, которое индуцирует тепло в стальной посуде, размещенной на нем. Он оснащен индукционной катушкой для четкого звукового сигнала и может также обнаруживать Цифровой HD-2 также имеет внутреннюю индукционную катушку, обеспечивающую беспроводную связь, подходящую для беспроводных и цифровых телефонов, а также раций. Это основывалось на измерении сил между соленоидом и индукционной катушкой, где магнитный поток был рассчитан на основе размерных измерений.«Одним из наиболее примечательных элементов является индукционная катушка, представленная в библиотеке. Индукционная катушка быстро повышает температуру материала EMA, расположенного на границе раздела соединений, путем пропускания высокочастотного тока через катушку и индуктивного поглощения в материале EMA.

Конструкция катушки и вычислитель индуктивности

Эта страница проведет вас через создание собственной катушки DIY / самодельной катушки. Я сделал это для изготовления катушек для хрустальные радиоприемники и Катушки Тесла, но он работает с любой катушкой цилиндрической формы.Это также полезно, если вы собираетесь использовать свою катушку в Танк LC резонансный цепь.

Калькулятор индуктивности предоставляется ниже, чтобы упростить задачу.

Намотка катушки вручную.

Индуктивность — это часто то, чего вы пытаетесь достичь при разработке катушки. то есть вы знаете нужную индуктивность, и теперь вам нужно спроектировать катушку у которого будет такая индуктивность.

Индуктивность

Катушки имеют свойство, называемое индуктивностью. Что такое индуктивность? Когда электрический ток изменяется при прохождении через провод катушки, он создает изменяющееся магнитное поле, которое наводит (производит) напряжение или ЭДС (электродвижущая сила) в проводе, который противостоит течению. Это называется индукцией и индуктивностью. — величина, определяющая способность катушки индуцировать это напряжение. Символ индуктивности — Генри, а единица измерения — Н.Вот мы на самом деле говоря о катушке, создающей напряжение в себе, что является самоиндукцией, но мы просто скажем индукция.

Магнитное поле вокруг катушки.

Параметры для формулы индуктивности

Одна формула для индуктивности выглядит следующим образом:

Где:

• L = индуктивность
• u _r = относительная проницаемость материала сердечника (воздух = 1)
• витков = количество витков на катушке
• площадь = площадь поперечного сечения жилы в квадратных метрах *, включая часть катушки, как показано на схеме
• длина = длина бухты в метрах *

* Калькулятор индуктивности ниже также принимает дюймы, а также сантиметры и миллиметры, и переводит их в метры за вас.

Как сказано выше, μ _r является относительной магнитной проницаемость для всего, что вы используете для сердечника катушки, цилиндр, на который вы наматываете провод. Это греческая буква мю, μ, хотя часто для удобства используется буква u, например u _r . Если это полая картонная или пластиковая трубка, то картонная или пластиковая считается воздухом, и вы можете использовать 1. Такие материалы, как железо и феррит, имеют более высокие относительные проницаемости в сотни и тысячи.Для железного сердечника приблизительное число — 100, хотя оно действительно варьируется. в зависимости от сплава. То же самое и с ферритом, который может иметь ценность где-то от 20 до 5000, но если вы не знаете, что использовать, тогда 1000 — грубый компромисс. Поскольку он умножается на остальную часть формулы, это означает использование этих материалы дадут более высокое значение индуктивности. Ядра для кристаллического радио катушки иногда бывают пластиковыми или картонными и поэтому представляют собой катушки с воздушным сердечником, а иногда это ферритовый сердечник.Сердечники для вторичной обмотки Тесла катушки обычно пластиковые, а меньшие могут быть картонными, и поэтому считаются катушками с воздушным сердечником.

И если вы не знакомы с обозначениями 1.26×10 ^-6 , это просто другой способ записи 0.00000126.

Область включает часть катушки, как показано на схеме выше. Если площадь рассчитывается с использованием радиуса, включите радиус ядра. плюс радиус проволоки. При расчете площади по диаметру затем включите диаметр сердечника плюс диаметр проволоки.Обратите внимание, что при выполнении расчетов для катушки с очень тонкой проволокой, как в случае кристалл радио и катушка Тесла, показанная выше (например, 24 калибра / AWG) тогда размер провода, вероятно, будет незначительным по сравнению с область жилы, и обычно можно не обращать внимания на провод.

Калькулятор индуктивности

Вот калькулятор индуктивности, который использует приведенную выше формулу. Диаграмма выше можно использовать как руководство для некоторых параметров.