Por que o fio magnético precisa ser isolado?

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O que é ter múltiplas bobinas que permitem o campo magnético? Por que não consigo apenas um fio grande ou um fio rosqueado no motor? Desculpe, é uma espécie de pergunta de bebê, mas não consegui encontrar a resposta.

— Isaac
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indutância depende do número de voltas e a permeabilidade magnética do núcleo

— Indraneel

MMF é

, onde

é atual e

é o número de voltas. Em um condutor trançado, cada fio transporta a mesma fração da corrente total.

N I

$NI$

I

$I$

N

$N$

— Chu

A "lei" fundamental aqui é: "Uma única volta produz um campo magnético proporcional à corrente nele". Os campos das voltas são adicionados. Se um turno com corrente I produz o campo F, então N turnos produzem (simplisticamente) N x F. Você PODE ter "um grande turno" nit, é "UM" turno. A aplicação da "lei fundamental" acima mostra que uma curva grande, média ou pequena, que leva a corrente I. tem o mesmo efeito. Os fios são maiores ou menores por outras razões. Por exemplo, fios grandes têm menor resistência. Os fios pequenos permitem mais curvas dado espaço.

— Russell McMahon

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É verdade que é apenas o volume e a energia alimentados ao enrolamento que interessam ao campo magnético, nos eletroímãs e nos motores. Portanto, você pode girar uma única volta.

Infelizmente, uma única volta exigiria (geralmente) uma corrente muito alta e uma voltagem muito baixa. Isso é verdade nas escalas em que tendemos a trabalhar e nos valores que as constantes físicas têm.

Os eletroímãs práticos usam um truque relativamente barato para aumentar a tensão e diminuir a corrente, dividindo o fio curto de uma única volta em um longo fio fino, enrolado várias vezes. Como cada turno tem uma voltagem diferente, eles precisam ser isolados um do outro.

Uma enorme vantagem do fio fino no enrolamento é que os fios de conexão podem ter uma espessura razoável e ainda ter uma resistência muito menor do que o enrolamento de trabalho.

Uma desvantagem desse truque é que o fio circular não preenche 100% da área disponível e o isolamento também consome algum espaço; portanto, perdemos alguma área de cobre em comparação com uma única volta. No entanto, o truque é tão barato e útil que essa ineficiência na área é um preço pequeno a pagar pelos benefícios, para quase todas as aplicações (em algumas máquinas muito grandes, fio ou barra de seção transversal quadrada é usado para enrolamentos para melhorar a densidade da embalagem) .

— Neil_UK
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Há outra vantagem do fio de bobina quadrada ao lado de uma área de cobre maior (portanto, menor resistência). Em altas frequências, a corrente tende a fluir na superfície de um fio (que é conhecido como efeito de pele) e, comparado com um fio redondo do mesmo tamanho, o fio quadrado é muito melhor.

— Huisman

O isolamento não é apenas necessário para evitar que cada turno seja curto. Em altas tensões, o isolamento também é usado para separar as curvas o suficiente para evitar quebras.

— Huisman

Um exemplo de uso de barras em vez de fios pode ser visto neste vídeo do EEVblog . IIRC o componente no vídeo é um indutor.

— Alex Hajnal

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Minha primeira reação ao ler sua resposta foi discordar, já que a lei de Ampère leva em consideração o número de turnos, mas agora vejo o que você fez lá. A lei de Ampère também considera a corrente, não é? A sua é uma maneira inteligente de explicar isso. Vou me lembrar dessa esperteza. Se eu estivesse respondendo, teria começado a explicar em termos da lei de Faraday, o que, na verdade, você implicitamente fez, mas de uma maneira que não nomeou Faraday e, portanto, não foi confusa no nível do OP. Bem feito.

— thb

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@thb obrigado. Quando estou comparando o número de voltas, geralmente em transformadores, outra maneira de dizer que primeiro é assumir dois enrolamentos idênticos, cada um exatamente com as mesmas condições de campo de potência H de corrente de tensão, depois conectá-los em série e depois em paralelo. Tudo o que muda é a impedância, a escala de tensão / corrente, mas o volume, o campo, a dissipação de energia e o custo permanecem os mesmos. De qualquer maneira, de primeira ordem, o SRF e a quebra de tensão podem mudar um pouco.

— Neil_UK 27/02/19

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Por que não consigo apenas um fio grande ou um fio rosqueado no motor?

Não há problema com isso - verifique o rotor na maioria dos motores de indução:

Não há isolamento na gaiola de alumínio (esquilo) e é, na verdade, uma volta em curto.

O que é ter múltiplas bobinas que permitem o campo magnético?

Um campo magnético é produzido pelas curvas AND atuais, para que você possa trocar as curvas pela corrente e vice-versa. No entanto, se você estiver interessado em criar um indutor com características específicas, precisará projetá-lo usando várias voltas para otimizar a indutância do circuito pretendido, uma vez que haverá limitações na disponibilidade de materiais do núcleo magnético.

— Andy aka
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O motivo pelo qual você precisa ser isolado é garantir que a corrente circule em cada loop quando você o enrola. Se não fosse, poderia simplesmente ir "direto". Você pode ter um grande fio, mas precisaria de mais corrente para produzir os mesmos resultados.

Isso é o que o número de voltas N realmente fornece em todas as fórmulas do campo magnético. Na verdade, permite que você tenha múltiplos da corrente em um determinado espaço.

— Juan
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Você pode fazer isso com um único loop e eu já vi isso. No entanto, os fios são enormes e devem ser fabricados de maneira especial. Por exemplo, o fio (mais: barramento) é extrudado como uma seção transversal em cunha e depois enrolado em hélice para produzir uma seção transversal em retângulo.

Mas a corrente será maciça. Se sua entrada não se presta a fornecer esse tipo de corrente, ela não funciona.

A força magnética é amplificada x o número de voltas. Você precisa calibrar cuidadosamente o número de voltas e o tamanho do fio para que ele corresponda à capacidade do seu circuito de acioná-lo. Fazer isso em um turno exigiria uma quantidade bastante extrema de bucking para obter a tensão muito baixa e os amplificadores muito altos.

— Harper - Restabelecer Monica
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