Каково назначение железного сердечника в катушке?
Железный сердечник в катушке играет важную роль в магнитном цепи и выполняет несколько функций:
- Усиление магнитного поля: Железо является материалом с высокой магнитной проницаемостью, что означает, что оно легко притягивается и удерживает магнитное поле. Железный сердечник в катушке создает путь с меньшим сопротивлением для магнитного потока, усиливая магнитное поле, которое создается при прохождении электрического тока через катушку. Это позволяет достичь более сильного и концентрированного магнитного поля.
- Концентрация магнитного поля: Железный сердечник помогает концентрировать магнитное поле внутри катушки. Поскольку магнитный материал, такой как железо, имеет высокую магнитную проницаемость, он притягивает и удерживает большую часть магнитного потока внутри себя, не допуская его рассеивания. Это позволяет более эффективно использовать магнитную энергию и повысить эффективность работы катушки.
- Уменьшение воздействия внешних магнитных полей: Железный сердечник также служит для защиты катушки от воздействия внешних магнитных полей. Он создает «экранный эффект», который помогает снизить влияние магнитных полей, возникающих в окружающей среде, на работу катушки. Это особенно важно в случаях, когда катушка используется для измерения или обнаружения слабых сигналов, которые могут быть искажены или затеряны из-за внешних магнитных полей.
- Улучшение электромагнитной индуктивности: Железный сердечник повышает электромагнитную индуктивность катушки, что означает, что она может создавать более сильное магнитное поле при заданном токе. Это полезно, например, в случаях, когда требуется высокая мощность или высокая чувствительность в магнитной системе.
Кратко говоря, железный сердечник в катушке служит для усиления и концентрации магнитного поля, защиты от внешних магнитных полей и улучшения электромагнитной индуктивности. Он играет важную роль в работе катушек и используется во многих электрических и электронных устройствах, таких как трансформаторы, индуктивности, электромагнитные клапаны и другие.
Что такое сердечник трансформатора: строение и виды магнитопроводов
Трансформатор устанавливают в электрических сетях для преобразования напряжения переменного тока. Главные части устройства – это сердечник и обмотки. Обмотки – это катушки, которые наматываются из проводящего металла на сердечник. В этих целях чаще всего используют медь или алюминий. Под нагрузкой на первичную обмотку подается напряжение. Ток пронизывает обмотку и приводит к возникновению магнитного потока в сердечнике. В результате во второй обмотке также возникает напряжение. А его величина зависит от количества витков проволоки на первичной и вторичной обмотке.
Что такое магнитопровод трансформатора и зачем он нужен?
Магнитопровод или сердечник трансформатора позволяет более эффективно преобразовывать напряжение, уменьшая при этом потери. Для изготовления сердечников используют специальную ферромагнитную сталь.
Виды сердечников трансформатора
Сердечники по строению разделяют на:
- стержневые;
- броневые;
- тороидальные.
Стержневой сердечник имеет вид буквы П. Обмотки насаживаются на стержни, а сами стержни соединяются ярмом. Такая конструкция магнитопровода позволяет легко осматривать и ремонтировать обмотки. Поэтому такой тип характерен для средних и мощных трансформаторов.
Броневой сердечник Ш-образной формы. Обмотки находятся на центральном стержне. Броневые трансформаторы сложнее в производстве. И ремонтировать обмотки в них не так просто, как в стержневых.
Тороидальный сердечник имеет вид кольца с сечением прямоугольной формы. Обмотки наматываются прямо на него. Поэтому этот тип сердечников считается самым энергетически эффективным.
а – стержневой сердечник, б – броневой сердечник, в – тороидальный сердечник.
Как сократить потери в магнитопроводе трансформатора?
В работающем трансформаторе на сердечник воздействует переменное магнитное поле. В результате вокруг сердечника возникают вихревые токи. Из-за них магнитопровод нагревается – то есть часть полезной энергии уходит впустую.
На потери из-за перемагничивания влияет:
- характер материала сердечника. Чем проще намагничивается металл, тем проще его перемагнитить и тем меньше потери в трансформаторе;
- частота перемагничивания;
- максимальное значение магнитной индукции.
Чтобы снизить потери, для производства сердечников используют сталь с выраженными магнитными свойствами. Такой материал требует меньше энергии на перемагничивание.
В монолитных проводниках вихревые токи приобретают максимальные значения из-за небольшого сопротивления. Следовательно, чтобы уменьшить потери в трансформаторе, нужно увеличить сопротивление материала сердечника. Производители силовых трансформаторов нашли выход: они набирают магнитопровод из металлических листов. Стальные пластины для сердечника берутся не более 0,5 мм толщиной.
Чтобы действительно снизить сопротивление вихревым токам в сердечнике, металлические пластины нужно изолировать. Для этого производители трансформаторов используют лак и окалину. Прослойка не дает влиять вихревым токам на магнитный поток в сердечнике. Поэтому потери снижаются.
Производители собирают пластины двумя способами:
- встык – при этом собирается сам сердечник, потом на него насаживаются обмотки и только после этого все скрепляется ярмом в единую конструкцию;
- впереплет (шихтованные сердечники) – когда каждый следующий ряд пластин перекрывает стыки на предыдущем.
Встык магнитопровод проще монтировать, но уровень потерь в них выше, чем у шихтованных сердечников. Поэтому большим спросом пользуются шихтованные трансформаторы.
Для чего нужен сердечник в электро магните, и что изменится если его убрать
Задача по физике! Катушка ( без сердечника ) соеденена паралельно с конденсатором . Почему без сердечника, какую роль он бы сыграл ?
Сердечник увеличивает индуктивность катушки
Сердечник , за счет своей магнитной проницаемости , изменяет (чаще увеличивает) индуктивность катушки, концентрируя ее поле, т.е. увеличивает значение магнитной индукции, а значит реальные возможности накопления магнитной энергии.
Однако, сердечник вносит потери, изменяя (чаще уменьшает, но может и увеличивать, особенно в низкочастотных диапазанах ) ее добротность , а значит и добротность колебательного контура.
Кроме потерь, в такую линейную систему вносится существенная нелинейность и модель описания контура должна быть изменена! Ну, например , формула Томпсона уже становиться не совсем верна.
А о стабильности параметров такого контура я уже не говорю. Поэтому, кстати все высокочастотные контура стараются делать без сердечника( хотя есть качественные ферриты и на ВЧ, только с низким значением проницаемости).
исключительно только количественную. Ни чего принципиально не изменится если вставить сердечник, просто увеличется индуктивность
Судя по условию задачи у вас не электромагнит. В данном случае это колебательный LC-контур, который на практике почти всегда требует настройки на определенную частоту. Например: настройка приемника на нужную радиоволну. Это достигается изменением емкости С или индуктивности катушки L. Увеличить индуктивность можно поместив во внутрь сердечник из феррита или железа. Латунный сердечник уменьшает индуктивность Двигая сердечник внутри катушки вы изменяете индуктивность и соответственно изменяете частоту колебательного контура. Это называется варистор, в свое время эта схема использовалась в автомобильных приемниках.
Катушки индуктивности
Катушка индуктивности — деталь, которая имеет спиральную обмотку и может концентрировать переменное магнитное поле. В отличие от резисторов и конденсаторов катушки индуктивности являются нестандартными радиодеталями и их конструкция определяется назначением конкретного устройства.
- Индуктивность
- Добротность катушки индуктивности
- Собственная ёмкость катушки индуктивности
- Температурная стабильность (температурный коэффициент)
При введении в катушку сердечника из магнитных материалов (феррит, альсифер, карбонильное железо, магнетит) её индуктивность увеличивается. Это свойство позволяет уменьшить количество витков в катушке для получения требуемой индуктивности и тем самым уменьшить её габариты. Это особенно важно на низкочастотных диапазонах, когда нужна большая индуктивность. Погружая сердечник в катушку на разную глубину изменяют её индуктивность. Это свойство использовалось в старых радиоприёмниках при настройке на радиостанцию. В современных приборах наиболее часто это свойство используется в индуктивных бесконтактных датчиках. Такие датчики реагируют на приближение металлических предметов.
Влиять на индуктивность катушки можно и при отсутствии в ней подвижного сердечника. В этом случае одну из двух последовательно соединённых катушек помещают внутри другой. Если затем изменять её положение, то индуктивность также будет изменяться. Такая конструкция катушек называется вариометр.
Добротность катушки индуктивности – это качество работы катушки в цепях переменного тока. Добротность катушки индуктивности определяют как отношение её индуктивного сопротивления к активному сопротивлению. Грубо говоря, индуктивное сопротивление – это сопротивление катушки переменному току, а активное сопротивление – это сопротивление катушки постоянному току и сопротивление, обусловленное потерями электрической мощности в каркасе, сердечнике, экране и изоляции катушки. Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и её качество. Таким образом, можно сказать, что чем выше добротность, тем меньше потери энергии в катушке индуктивности.
Индуктивное сопротивление определяется формулой:
XL = ωL = 2πfL
Где ω = 2πf – круговая частота (f – частота, Гц); L – индуктивность катушки, Гн.
Добротность катушки индуктивности определяется формулой:
Q = XL / R = ωL / R = 2πfL / R
Где R – активное сопротивление катушки индуктивности, Ом.
ПРИМЕР
Для примера выполним расчёт добротности катушки индуктивности. Характеристики катушки вы можете ввести в поля, расположенные ниже. Ваш браузер должен поддерживать выполнение сценариев (скриптов) JavaScript и выполнение сценариев должно быть разрешено в настройках вашего браузера, иначе расчет не будет выполнен. В вещественных числах целая и дробная части должны разделяться точкой, например, 10.5.
Для намотки катушки индуктивности обычно используют медный провод в эмалевой изоляции. Повысить добротность катушки можно с помощь специального вида провода, «жила» которого состоит из нескольких тонких проволок с волнистой шёлковой изоляцией (ЛЭШО).
Примеры исполнения катушек индуктивности приведении на рис. 1. Условные графические обозначения катушек индуктивности на электрических схемах приведены на рис. 2. На рис 2 точка у катушки L2 обозначает начало обмотки (в некоторых схемах это важно).
Рис. 1. Катушки индуктивности.
Рис. 2. Условное графическое обозначение (УГО) катушек индуктивности.
Ёмкость катушки индуктивности
Витки катушки, разделённые слоем изоляции, образуют элементарный конденсатор. В многослойных катушках ёмкость возникает между отдельными слоями. Таки образом, катушка индуктивности обладает не только индуктивностью, но и собственной ёмкостью. В большинстве случаев собственная ёмкость катушки индуктивности является вредной, и от неё стремятся избавиться. Для этого катушки индуктивности выполняют со специальными формами каркаса, а обмотки катушки также выполняют специальными способами. Собственная ёмкость катушки также увеличивается, если её намотка выполнена рядами виток к витку.