Warum muss Magnetdraht isoliert werden?

Was hat es mit mehreren Spulen auf sich, die das Magnetfeld ermöglichen? Warum kann ich nicht einfach einen großen Draht oder Gewindedraht an einem Motor haben? Entschuldigung, es ist eine Art Babyfrage, aber ich konnte die Antwort nicht finden.

Die Induktivität hängt von der Windungszahl und der magnetischen Permeabilität des Kerns ab
MMF ist N ICH , Wo ICH ist aktuell und N ist die Anzahl der Umdrehungen. Bei einem mehrdrähtigen Leiter trägt jede Ader den gleichen Bruchteil des Gesamtstroms.
Das fundamentale „Gesetz“ lautet hier: „Eine einzelne Windung erzeugt ein Magnetfeld, das proportional zu dem darin fließenden Strom ist.“ || Felder aus Turns hinzufügen. Wenn eine Windung, die den Strom I führt, das Feld F erzeugt, dann erzeugen N Windungen (vereinfacht) N x F. Sie KÖNNEN "eine große Windung" haben, aber es ist "EINE" Windung. Die Anwendung des obigen "Grundgesetzes" zeigt, dass eine große, mittelkleine oder winzig kleine Windung, die den Strom I führt, den gleichen Effekt hat. Drähte werden aus anderen Gründen größer oder kleiner gemacht. Beispielsweise haben große Drähte einen geringeren Widerstand. Kleine Drähte ermöglichen mehr Windungen in a Raum gegeben.

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Zwar kommt es beim Magnetfeld, bei Elektromagneten und Motoren, nur auf das Volumen und die der Wicklung zugeführte Leistung an. Daher könnten Sie eine Wicklung mit einer Windung haben.

Leider würde eine einzelne Windung (im Allgemeinen) einen sehr hohen Strom und eine sehr niedrige Spannung erfordern. Dies gilt für die Skalen, mit denen wir normalerweise arbeiten, und für die Werte, die physikalische Konstanten zufällig haben.

Praktische Elektromagnete verwenden einen relativ billigen Trick, um die Spannung zu erhöhen und den Strom zu verringern, indem sie den kurzen dicken Draht einer einzelnen Windung in einen langen dünnen Draht teilen, der mehrmals herumgewickelt wird. Da jede Windung eine andere Spannung hat, müssen sie voneinander isoliert werden.

Ein großer Vorteil von dünnem Draht in der Wicklung besteht darin, dass Verbindungsdrähte eine angemessene Dicke haben können und dennoch einen viel geringeren Widerstand als die Arbeitswicklung haben.

Ein Nachteil dieses Tricks ist, dass der kreisförmige Draht nicht 100 % der verfügbaren Fläche ausfüllt und die Isolierung auch etwas Platz verbraucht, sodass wir im Vergleich zu einer einzelnen Windung etwas Kupferfläche verlieren. Der Trick ist jedoch so billig und nützlich, dass diese Flächenineffizienz für fast alle Anwendungen ein kleiner Preis für die Vorteile ist (in einigen sehr großen Maschinen wird Draht oder Stange mit quadratischem Querschnitt für Wicklungen verwendet, um die Packungsdichte zu verbessern). .

Neben einer größeren Kupferfläche (dadurch geringerer Widerstand) hat der quadratische Spulendraht noch einen weiteren Vorteil. Bei hohen Frequenzen fließt der Strom eher an der Oberfläche eines Drahtes (bekannt als Skin-Effekt), und im Vergleich zu einem runden Draht gleicher Größe ist der quadratische Draht viel besser.
Eine Isolierung ist nicht nur erforderlich, um zu verhindern, dass jede Windung kurzgeschlossen wird. Bei hohen Spannungen wird die Isolierung auch verwendet, um die Windungen ausreichend zu trennen, um einen Durchbruch zu verhindern.
Ein Beispiel für die Verwendung von Stäben anstelle von Drähten ist in diesem EEVblog-Video zu sehen . IIRC die Komponente im Video ist eine Induktivität.
Schlimmer noch, jede einzelne und leitende Schleife in einer solchen Umgebung ist eine sogenannte kurzgeschlossene Windung, was normalerweise ein unangenehmer Defekt in einem Motor oder Transformator ist ....
Ja, aber das setzt voraus, dass andere Windungen vorhanden sind und daher in der kurzgeschlossenen Windung einen Strom induzieren, was zu einem Energieverlust (=mehr Wärme) führt.
Meine erste Reaktion beim Lesen Ihrer Antwort war, nicht einverstanden zu sein, da das Ampère-Gesetz die Anzahl der Windungen berücksichtigt, aber jetzt sehe ich, was Sie dort getan haben. Das Ampèresche Gesetz berücksichtigt auch den Strom, nicht wahr? Sie haben eine clevere Art, es zu erklären. Diese Klugheit werde ich mir merken. Wenn ich geantwortet hätte, hätte ich angefangen, es anhand des Faradayschen Gesetzes zu erklären, was Sie eigentlich implizit getan haben, aber auf eine Weise, die Faraday nicht genannt hat und daher auf OP-Ebene nicht verwirrend war. Schön gemacht.
@thb danke. Wenn ich die Anzahl der Windungen vergleiche, normalerweise in Transformatoren, anders ausgedrückt, gehe ich zuerst von zwei identischen Wicklungen aus, die jeweils unter genau denselben Spannungsstrom-Leistungs-H-Feldbedingungen stehen, und schalte sie dann in Reihe und dann parallel. Alles, was sich ändert, ist die Impedanz, die Spannungs-/Stromskalierung, aber Volumen, Feld, Verlustleistung und Kosten bleiben alle gleich. Um trotzdem erstmal zu bestellen, SRF und Spannungsdurchbruch könnten sich durchaus etwas ändern.

Warum kann ich nicht einfach einen großen Draht oder Gewindedraht an einem Motor haben?

Kein Problem damit - sehen Sie sich den Rotor der meisten Induktionsmotoren an:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Aluminium-(Eichhörnchen-)Käfig ist nicht isoliert und es handelt sich tatsächlich um eine kurzgeschlossene Windung.

Was hat es mit mehreren Spulen auf sich, die das Magnetfeld ermöglichen?

Ein Magnetfeld wird durch Strom UND Windungen erzeugt, sodass Sie Windungen gegen Strom tauschen können und umgekehrt. Wenn Sie jedoch daran interessiert sind, einen Induktor mit bestimmten Eigenschaften herzustellen, müssen Sie ihn mit mehreren Windungen konstruieren, um die Induktivität für die beabsichtigte Schaltung zu optimieren, da es Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Magnetkernmaterialien gibt.

Der Grund, warum Sie es isolieren müssen, besteht darin, sicherzustellen, dass der Strom beim Aufwickeln um jede Schleife fließt. Wenn nicht, könnte es einfach "geradeaus" gehen. Sie können tatsächlich einen großen Draht haben, aber Sie würden mehr Strom benötigen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.

Das gibt eigentlich die Windungszahl N in allen Magnetfeldformeln an. Es ermöglicht Ihnen tatsächlich, ein Vielfaches des Stroms in einem bestimmten Raum zu haben.

Sie können es mit einer einzigen Schleife tun, und ich habe dies getan gesehen. Die Drähte sind jedoch enorm und müssen auf besondere Weise hergestellt werden. Beispielsweise wird der Draht (mehr: Stromschiene) als Keilquerschnitt extrudiert und dann in einer Wendel gerollt, um einen rechteckigen Querschnitt zu erhalten.

Aber die Strömung wird gewaltig sein. Wenn sich Ihr Eingang nicht dazu eignet, diese Art von Strom zu liefern, funktioniert es nicht.

Die Magnetkraft ist Ampere x Anzahl der Windungen. Sie müssen die Anzahl der Windungen und die Drahtgröße sorgfältig kalibrieren, damit sie der Fähigkeit Ihrer Schaltung entspricht, sie anzutreiben. Dies in einer Umdrehung zu tun, würde eine ziemlich extreme Menge an Ruckeln erfordern, um die Spannung sehr niedrig und die Ampere sehr hoch zu bekommen.

Warum muss Magnetdraht isoliert werden?
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