Калькулятор физических свойств катушки

Что такое электрическая катушка?

Электрическая катушка (также известная как электромагнитная катушка) — это основной электрический компонент, состоящий из проводящего провода, намотанного вокруг сердечника. Сердечник может быть ферромагнитным (например, железо или сталь) для усиления магнитного поля или воздушным/немагнитным в специфических приложениях.

Как это работает: Когда электрический ток проходит через провод, он создает магнитное поле вокруг катушки. Это взаимодействие позволяет катушкам выполнять три основные функции:

1. Индуктивность: Сопротивление изменениям силы тока.
2. **Электромагнетизм:** Создание магнитной силы для перемещения объектов (например, в двигателях или соленоидах).
3. **Индукция:** Передача энергии между цепями (например, в трансформаторах).

---

Типы электрических катушек

Катушки классифицируются по материалу сердечника, форме обмотки и функции. Ниже приведены наиболее распространённые типы, используемые в электронике и технике.

1. Структурные и основные вариации

• Бобинные катушки: Провод наматывается на пластмассовую «бобину» или катушку. Это распространено в реле и датчиках, где катушке необходима жесткая структура.
• Toroidal Coils: Провод наматывается вокруг кольцевого (в форме бублика) сердечника. Такая форма позволяет удерживать магнитное поле внутри сердечника, предотвращая утечку и помехи с соседними компонентами.
• Air Core / Self-Supported Coils: Используются, когда магнитный сердечник нежелателен (например, в высокочастотных радиосхемах) или ограничено пространство. Провод достаточно жесткий, чтобы сохранять свою форму.

2. Функциональные вариации

• Choke Coils: Предназначены специально для блокировки (подавления) переменного тока высокой частоты (AC), пропуская при этом постоянный ток (DC).
• Solenoid Coils: Эти устройства преобразуют электрическую энергию в поступательное движение. При подаче питания магнитное поле втягивает металлический сердечник внутрь катушки.
• Tesla Coils: Резонансный трансформаторный контур, используемый для получения высокого напряжения, слабого тока и высокочастотного переменного тока.
• Transformer Coils: Используются парами (первичная и вторичная), чтобы повышать или понижать напряжение посредством электромагнитной индукции.

---

Coil Formulas & Calculations

Чтобы спроектировать катушку, необходимо рассчитать физические свойства, такие как длина провода, сопротивление и количество витков.

Ключевые переменные:

• $N$: Количество витков
• $d$: Диаметр провода
• $D_{bobbin}$: Диаметр бобины (внутренний диаметр)
• $L_{bobbin}$: Длина катушки

Общие формулы

1. Поперечное сечение провода ($A$) $A = \pi \times r^2$ (где $r$ — радиус провода)

2. Радиус середины катушки ($r_{mid}$) Используется для расчета средней длины одного хода. $r_{mid} = \frac{(N \times d) + D_{bobbin}}{2}$

3. Общая длина провода ($L_{total}$) $L_{total} = 2 \times \pi \times r_{mid} \times N$

4. Электрическая мощность ($P$) $P = V \times I$ (Где $V$ — напряжение, а $I$ — ток)

5. Закон Ома (напряжение и сопротивление) $V = R \times I$

---

How to Calculate Coil Properties

1. Расчет количества витков

Количество витков ($N$) имеет решающее значение для определения напряжённости магнитного поля.

• По размерам: Если известны длина бобины ($L_{bobbin}$) и диаметр провода ($d$), то количество витков на слой приблизительно равно $L_{bobbin} / d$. Умножьте это значение на количество слоев.

2. Расчет индуктивности

Индуктивность ($L$) измеряет способность катушки накапливать энергию. Для простой катушки с воздушным сердечником приближенное выражение выглядит следующим образом: $L (\mu H) = \frac{d^2 \times N^2}{18d + 40l}$ .

---

Таблица калибров проводов AWG

Используйте эту таблицу, чтобы определить сопротивление и диаметр медного провода для вашей катушки. Более толстый провод (меньший AWG) выдерживает больший ток, но занимает больше места.

AWG	Diameter (mm)	Resistance ($\Omega$/m)	AWG	Diameter (mm)	Resistance ($\Omega$/m)
4/0	11.7	0.000161	22	0.644	0.0530
3/0	10.4	0.000203	23	0.573	0.0668
2/0	9.26	0.000256	24	0.511	0.0842
1/0	8.25	0.000323	25	0.455	0.106
1	7.35	0.000407	26	0.405	0.134
2	6.54	0.000513	27	0.361