Podstawy uzwojenia cewki

Zawartość

• Maszyny i metody uzwojenia cewki
• Uzwojenie ortocykliczne
• Gęsto upakowany drut
• Wytwarzanie uzwojeń ortocyklicznych
• Usługa przewijania cewki ortocyklicznej
• Przewijanie cewki rowerowej
• Różne procesy nawijania

Inżynierowie elektrycy wykonują uzwojenie cewki w celu wykorzystania cewek jako części obwodów elektrycznych oraz do stosowania w urządzeniach takich jak rdzenie toroidalne, które są zaangażowane w pola magnetyczne i siłę magnetyczną. Kształt i metody stosowane do uzwojenia cewek mogą pozwolić na ich zastosowanie do różnych celów.

Różne sposoby nawijania cewki oznaczają, że można nawijać cewki do określonych zastosowań, biorąc pod uwagę napięcie prądu elektrycznego przewodzonego przez cewki oraz właściwości izolacji cieplnej samych urządzeń.

W przypadku elektromagnesów, materiałów, które stają się magnetyczne w obecności prądu elektrycznego przepływającego przez druty, cewki powinny być uzwojone tak, aby uzwojenia znajdujące się obok siebie poruszały się w przeciwnych kierunkach. Zapobiega to zanikaniu prądu przepływającego przez nie między warstwami cewek.

Sposób, w jaki inżynierowie wybierają strukturę uzwojenia i metody uzwojenia zależą od wyborów projektowych, takich jak przestrzeń dostępna dla uzwojenia podczas projektowania cewek lub lokalizacja końcowej części cewki, która ma być uzwojona.

Maszyny i metody uzwojenia cewki

Jeśli chcesz ręcznie nakręcić cewkę lub zrobić to tak przypadkowo, jak to możliwe, bez względu na optymalną fizykę i matematykę pod spodem, ta metoda nazywa się dziki kręta lub uzwojenie zbierania.

Uzwojenie zbierania polega na losowym uzwojeniu, bez zwracania uwagi na warstwę lub odpowiednie wypełnianie głębokości. Jest szybki, łatwy i wykonuje zadanie, ale nie zmienia indukcyjności uzwojenia drutu w celu uzyskania optymalnego napięcia. Jest stosowany w małych transformatorach, cewkach zapłonowych, małych silnikach elektrycznych i urządzeniach z małymi miernikami drutu.

Podczas nawijania cewek przez uzwojenie zbierania, inżynierowie biorą również pod uwagę wysokość uzwojenia mierzone przez h = d²n / b z:

Maszyny, które wybierają spiralne cewki wiatrowe (spiralne) w każdej warstwie, to spiralne maszyny uzwojenia. Gdy maszyny te tworzą warstwy i warstwy cewki, przełączają się między kierunkami, poruszając się do przodu i do tyłu (lub leworęczni i praworęczni, jak inżynierowie używają w odniesieniu do tych kierunków). Działa to tylko w przypadku niewielkiej liczby warstw, ponieważ gdy osiągnie określoną granicę, struktura staje się zbyt ciasna, aby ją pomieścić, co może doprowadzić do zwijania się mieszanki.

Uzwojenie ortocykliczne jest najbardziej optymalną metodą nawijania okrągłych cewek o przekroju poprzecznym poprzez umieszczenie drutów w górnych warstwach w rowkach drutów w dolnych warstwach. Cewki te mają dobre przewodnictwo cieplne i regularnie dobrze rozkładają natężenie pola między sobą.

Uzwojenie ortocykliczne

Inżynierowie biorą pod uwagę wydajność procesów uzwojenia cewki, minimalizując materiały i przestrzeń wymaganą do uzwojenia cewki. Robią to, aby zapewnić optymalne wykorzystanie energii. Przewody elektryczne stosowane w uzwojeniu cewki zajmują pewien obszar, podobnie jak uzwojenie stosowane w procesie. The współczynnik wypełnienia to stosunek tych dwóch obszarów i można go obliczyć jako F = d² nπbh / 4 z:

Inżynierowie starają się osiągnąć tak wysokie współczynniki wypełnienia, jak to możliwe, aby proces uzwojenia cewki był jak najbardziej wydajny. Chociaż inżynierowie zazwyczaj obliczają: teoretyczny współczynnik wypełnienia 0,91 dla uzwojenia ortocyklicznego izolacja drutu oznacza, że ​​w praktyce współczynnik wypełnienia jest niższy.

Podczas nawijania cewek przez uzwojenie ortocykliczne inżynierowie dokonują pomiaru wysokość uzwojenia tak jak h = d z:

Uwzględnia to kąty odstępów między drutami i warstwami drutów z punktu widzenia przekroju.

Gęsto upakowany drut

Im bardziej gęsto upakowane druty, tym wyższy współczynnik wypełnienia, ponieważ maszyna do nawijania cewki może wykorzystać przewodność cieplną uzwojenia, aby zapobiec utracie ciepła. Uzwojenie ortocykliczne, optymalna metoda układania okrągłych cewek o przekroju poprzecznym, pozwala inżynierom osiągnąć w ten sposób współczynnik wypełnienia około 90%.

Dzięki tej metodzie okrągłe druty w górnej warstwie maszyny do nawijania cewek powinny być pakowane w taki sposób, aby znajdowały się w rowkach drutów w dolnej warstwie, aby zapewnić, że opakowanie może obejmować jak najwięcej drutów. Widok z boku cewek ułożonych w ten sposób pokazuje, jak różne warstwy układają się w najbardziej efektywny możliwy sposób.

Uzwojenie powinno biec równolegle do kołnierzy uzwojenia, podpory używane do zapewnienia, że ​​cewki są zwijane tak ciasno i wydajnie, jak to możliwe. Inżynierowie powinni dostosować szerokość uzwojenia do liczby zwojów na warstwę uzwojenia. Jeśli obszary przekroju tych drutów nie są okrągłe, obszar skrzyżowania między drutami musi znajdować się po małej stronie korpusu cewki.

Inżynierowie decydują o strukturze uzwojenia na podstawie potrzeb i celów samej cewki. Wreszcie druty cewki mogą być kształtowane w prostokątne lub płaskie kształty przekroju poprzecznego, tak że nie ma między nimi szczelin powietrznych, co jest jeszcze bardziej optymalnym sposobem nawijania dla jeszcze większego współczynnika wypełnienia.

Wytwarzanie uzwojeń ortocyklicznych

Aby stworzyć i obsługiwać maszyny, które mogą wytwarzać uzwojenia ortocykliczne z taką precyzją i starannością, inżynierowie muszą rozwiązać niektóre problemy. Często inżynierowie i badacze mogą mieć problemy z tym, jak uzwojenie cewek nawija się z tak dużymi prędkościami.

Druty w praktyce również nie są tak proste, jak w teoretycznych obliczeniach i modelach, a zamiast tego objętość i masa samego drutu sprawia, że ​​proces nawijania cewki jest jeszcze trudniejszy. Jakikolwiek rodzaj zgięcia, anomalii w jednorodności lub kształcie lub jakakolwiek inna cecha, której nie uwzględniają równania optymalnych struktur uzwojenia cewki, zrównoważy produkcję całej cewki.

Gdy cewka jest nawijana przez uzwojenia maszyny cewkowej, nawet materiał użyty na powierzchni samych cewek dodaje grubość średnicy okrągłych areów przekroju poprzecznego cewek i materiału na powierzchni tych cewek wpływa na proces uzwojenia cewki.

Powłoka może powodować ślizganie się drutów względem siebie, rozszerzanie się lub kurczenie z powodu zmian temperatury, zmiany sztywności lub trwałości, a nawet wydłużyć pewną ilość w wyniku wszystkich tych sił. Utrudnia to inżynierom określenie odpowiedniego gradientu drutu i jego zmiany w odniesieniu do średnicy drutu.

Usługa przewijania cewki ortocyklicznej

Chociaż uzwojenie ortocykliczne może wydawać się optymalną metodą, inżynierowie muszą rozwiązywać problemy przy wdrażaniu pomysłów. Przy parametrach określonych do kontrolowania liczby i konstrukcji uzwojenia cewki maszyny uzwojenia cewki stosują iteracyjne podejście do oszacowania przekroju i dostępnej przestrzeni dla cewki izolowanej. Podejście iteracyjne uwzględnia deformacje i zmiany kształtu na każdym etapie po dodaniu każdej warstwy, jedna po drugiej.

Inżynierowie mogą rozwiązać te problemy, upewniając się, że każda część drutu uzwojenia pierwszej warstwy pasuje do określonego położenia, które maszyna już obliczyła. Maszyny do nawijania cewek mogą korzystać z geometria rowka aby określić, w jaki sposób kolejne warstwy pasują do przestrzeni dostępnej dzięki przybliżeniom. Maszyna mierzy lokalizacje, aby odpowiednio umieścić każdą warstwę drutu, uwzględniając zmiany w kształcie cewki, biorąc pod uwagę siły, jakie powodują problemy.

Ten iteracyjny proces tworzy druty o wyjątkowym obciążeniu do niektórych zastosowań, takich jak koła pasowe. Mogą zastosować odpowiednie rowki do uzwojenia, aby pasowały do ​​kształtu urządzenia, szczególnie w przypadkach, w których odkształcenie drutu jest nieuniknione.

Przewijanie cewki rowerowej

Podobnie jak w przypadku maszyn do nawijania cewek, można przewijać stojan roweru przez szereg kroków. Rowery używają stojanów jako stalowych bębnów do ochrony wewnętrznych mechanizmów silnika elektrycznego. Wykorzystują magnetyzm drutów do zasilania swoich procesów.

Będziesz potrzebował noża, śrubokręta, wełny stalowej, szmatki, drutu miedzianego, przewodów, multimetru lub omomierza i płynnej gumy.

Różne procesy nawijania

Metoda nawijania liniowego
Metoda liniowego uzwojenia cewki tworzy uzwojenia na obracających się cewkach lub urządzeniach przenoszących cewkę. Przeciskając drut przez rurkę prowadzącą, inżynierowie mogą zamontować drut na słupku lub urządzeniach mocujących, aby zachować bezpieczeństwo.

Rura prowadząca drut układa następnie każdą warstwę drutu, tak że jego uzwojenie jest tak rozmieszczone, że drut rozprowadza się w przestrzeni uzwojenia korpusu cewki. Rura prowadząca przesuwa cewkę, aby uwzględnić różnice w średnicach drutu, czasami przy częstotliwościach prędkości obrotowej do 500 s^-1 z prędkościami 30 m / s.

Metoda nawijania ulotki
Uzwojenie ulotki lub uzwojenie wrzeciona wykorzystuje dyszę, która mocuje druty do ulotki, urządzenie obrotowe w pewnej odległości od cewki. Wałek ulotki mocuje element uzwojenia w obszarze uzwojenia, dzięki czemu drut mocuje się na zewnątrz ulotki. Zaciski lub ugięcia drutu ciągną się i mocują drut, dzięki czemu elementy szybko się między sobą zmieniają. Urządzenia te umożliwiają różne elementy drutu za pomocą klipsów mocujących do maszyny.

Przy nieruchomej cewce obrotowej druty są obracane i układane wokół nich za pomocą wirników o dużej mocy. Wirniki są wykonane z blachy, więc ulotka nie jest prowadzona bezpośrednio, ale zamiast tego drut jest prowadzony przez bloki prowadzące dla rowków lub szczelin w miejscu, w którym ma być.

Metoda nawijania igły
Maszyny wykorzystujące nawijanie igły nawijają druty za pomocą igły z dyszą pod kątem prostym do kierunku ruchu drutów. Następnie dysza unosi się dla każdego rowka w warstwie cewki. Następnie proces sam się cofa, aby dodać cewki w przeciwnym kierunku. Pozwala to inżynierom osiągnąć precyzyjne struktury warstw.

Metoda uzwojenia toroidalnego
Aby utworzyć toroid z drutów wokół okrągłego pierścienia, metoda uzwojenia toroidalnego montuje toroidalny rdzeń, wokół którego nawinięte są druty. Gdy toroid się obraca, maszyna zwija druty. Mechanizm zwijania drutu rozprowadza drut wokół, aż toroid zostanie w pełni okablowany. Chociaż ta metoda ma wysokie koszty wytwarzania, mają one zwykle małą stratę wytrzymałości z powodu strumienia magnetycznego i skutkują korzystnymi gęstościami mocy.