Что такое тороидальная катушка?

Что такое тороидальная катушка?

Тороидальные катушки — это катушки, изготовленные путем намотки электрического провода вокруг круглого магнитного сердечника.

Формируя замкнутую магнитную цепь, называемую тороидом, тороидальные катушки имеют характеристики, отличные от характеристик обычных катушек. В катушке с проводами, намотанными в цилиндрической форме, индуцированные линии магнитного поля излучаются наружу через катушку, что может влиять на окружающие материалы.

Тороидальные катушки могут минимизировать воздействие на окружающую среду, поскольку линии магнитного поля замкнуты.

Применение тороидальных катушек

Тороидальные катушки используются в приложениях, которые используют преимущества характеристик замкнутой структуры магнитной цепи с низким потоком рассеяния. Они широко используются в электронике, например, в качестве дроссельных катушек в цепях электропитания, фильтров для устранения гармоник в высокочастотных цепях, а также в индукторах и конденсаторах.

Например, в сотовых телефонах и беспроводных локальных сетях обычные индукторы могут работать некорректно, поскольку на них влияет окружающая среда вблизи цепи в диапазоне сверхвысоких частот. Тороидальные катушки могут использоваться для решения этой проблемы.

Тороидальные катушки также используются в качестве катушек для большого оборудования, такого как устройства ядерного синтеза, сверхпроводящие магниты или ускорители заряженных частиц. Они также используются в катушках со стороны статора для электродвигателей.

Принцип тороидальных катушек

Катушка, намотанная электрическим проводом, создает магнитный поток под прямым углом к ​​проводу, когда через нее протекает электрический ток. Тороидальные катушки состоят из медной проволоки, намотанной вокруг тороидального сердечника в форме бублика. Поскольку сердечник представляет собой круг, магнитный поток остается внутри и почти не выходит наружу. Если медный провод намотан много раз, магнитные потоки перекрываются, и можно получить сильное магнитное поле.

Поскольку генерируемый магнитный поток не может легко утекать наружу, эффективность катушки чрезвычайно высока, а магнитный поток имеет то преимущество, что он почти не влияет на другие элементы. Сердечники, используемые в тороидальных катушках, изготавливаются из стальных листов на основе железа. В частности, используются пластинчатые сердечники из кремниевой стали FeSi, сердечники из нанокристаллического сплава, сердечники из сплава на основе FeSi и сердечники из карбонила Fe(CO)5. Они имеют низкую утечку потока и стабильную индуктивность.

Характеристики тороидальных катушек

Тороидальные катушки могут ограничивать линии магнитного поля, создаваемые путем пропускания электрического тока через катушку, намотанную вокруг магнитного тела в форме пончика, что обеспечивает компактность и высокий магнетизм, а также предотвращает утечку линий магнитного поля наружу.

Три основных компонента электрической цепи — это RLC, сопротивление «R», индуктивность «L» (устройство является индуктором) и проводимость «C» (устройство является конденсатором).

Тороидальные катушки — это индукторы, которые обеспечивают большую индуктивность, чем катушки с воздушным сердечником, и чем выше частота тока, протекающего через них, тем больше эффект, поэтому их можно использовать для удаления гармоник. Добавление еще одной катушки к магнитному материалу тороидальных катушек создает высокочастотный трансформатор.

Кроме того, объединив его с конденсатором C, который обратно пропорционален частоте, и чем выше частота, тем легче проходит ток, можно настроить различные фильтры.

Другая информация о тороидальных катушках

Роль тороидальных катушек

1. Сглаживающее действие
Тороидальные катушки обладают тем свойством, что когда ток пытается течь по медному проводу, катушка пытается поддерживать ток, а когда ток уменьшается, катушка пытается поддерживать ток. Это называется законом Ленца, который гласит, что когда магнитный поток через замкнутую цепь изменяется со временем, генерируется индуцированная электродвижущая сила, которая создает магнитное поле в направлении, которое не позволяет потоку изменяться.

Тороидальные катушки используются для сглаживания в цепях электропитания, которые преобразуют переменный ток в постоянный, и для высокочастотных фильтров, используя это свойство.

2. Взаимная индукция
Взаимная индукция — это индукция мощности из одной катушки в другую, когда две катушки расположены близко друг к другу. Используя этот принцип, тороидальные катушки используются в силовых трансформаторах.

Выходное напряжение силового трансформатора изменяется в зависимости от отношения числа витков первичной катушки к числу витков вторичной катушки; Несколько напряжений можно получить, установив промежуточный отвод на вторичной катушке.

3. Действие электромагнита
Электромагнит катушки используется в реле, которые размыкают и замыкают цепи. Он также применяется в генераторах, электродвигателях, звонках, зуммерах и т. д.