Magnetråd - Magnet wire
Magnet wire eller emaljeret wire er en kobber eller aluminium wire overtrukket med et meget tyndt lag isolering . Det bruges til konstruktion af transformere , induktorer , motorer , generatorer, højttalere , harddiskhovedaktuatorer , elektromagneter , elektriske guitar pickups og andre applikationer, der kræver tætte spoler af isoleret ledning.
Selve ledningen er oftest fuldt udglødet , elektrolytisk raffineret kobber. Aluminiummagnettråd bruges undertiden til store transformere og motorer. Isoleringen er typisk lavet af hårde polymerfilmmaterialer snarere end glasleg emalje , som navnet antyder.
Konstruktion
Leder
De mest egnede materialer til magnettrådapplikationer er ulegerede rene metaller, især kobber. Når faktorer som kemiske, fysiske og mekaniske egenskabskrav overvejes, betragtes kobber som førstevalgsleder til magnetråd.
Oftest er magnetråd sammensat af fuldt udglødet, elektrolytisk raffineret kobber for at tillade tættere vikling, når der fremstilles elektromagnetiske spoler. Oxygenfri kobberkvaliteter med høj renhed anvendes til applikationer med høj temperatur til reduktion af atmosfærer eller i motorer eller generatorer afkølet af brintgas.
Aluminiummagnettråd bruges undertiden som et alternativ til store transformere og motorer, hovedsageligt af økonomiske årsager. På grund af sin lavere elektriske ledningsevne kræver aluminiumtråd et 1,6 gange større tværsnitsareal end en kobbertråd for at opnå sammenlignelig DC-modstand.
Isolering
Skønt det er beskrevet som "emaljeret", er emaljeret tråd ikke belagt med et lag emaljemaling eller glaslegemel fremstillet af smeltet glaspulver. Moderne magnettråd bruger typisk et til fire lag (i tilfælde af firefilmtråd) af polymerfilmisolering , ofte med to forskellige sammensætninger, for at tilvejebringe et hårdt, kontinuerligt isolerende lag. Magnettrådisolerende film bruger (i rækkefølge efter stigende temperaturinterval) polyvinylformal ( Formvar ), polyurethan , polyamid , polyester , polyester-polyimid, polyamid-polyimid (eller amidimid) og polyimid . Polyimid-isoleret magnetråd kan fungere ved op til 250 ° C. Isoleringen af tykkere firkantet eller rektangulær magnettråd forstærkes ofte ved at indpakke den med et højtemperaturpolyimid- eller glasfiberbånd, og komplette viklinger vakuumimprægneres ofte med en isoleringslak for at forbedre isolationsstyrken og viklingens langsigtede pålidelighed.
Selvbærende spoler er viklet med wire overtrukket med mindst to lag, hvor det yderste er en termoplast, der binder svingene sammen, når de opvarmes.
Andre typer isolering, såsom glasfibergarn med lak, aramidpapir , kraftpapir , glimmer og polyesterfilm anvendes også i vid udstrækning over hele verden til forskellige anvendelser som transformere og reaktorer. I lydsektoren bruges undertiden ledninger af sølv i stedet for kobber. Forskellige andre isolatorer såsom bomuld (undertiden gennemsyret med en slags koagulationsmiddel / fortykningsmiddel, såsom bivoks ) og polytetrafluorethylen (Teflon) kan findes. Ældre isoleringsmaterialer inkluderer bomuld, papir eller silke, men disse er kun nyttige til applikationer ved lave temperaturer (op til 105 ° C).
For at gøre det nemmere at fremstille har en magnettråd med lav temperatur temperatur isolering, der kan fjernes ved loddevarmen . Dette betyder, at elektriske forbindelser i enderne kan foretages uden først at fjerne isoleringen.
Tværsnit
Magnetråd med mindre diameter har normalt et rundt tværsnit. Denne type ledning bruges til ting som pickups til elektriske guitarer. Tykkere magnettråd er ofte firkantet, rektangulær eller sekskantet (med afrundede hjørner) i tværsnit, og pakker mere effektivt og har større strukturel stabilitet og varmeledningsevne over tilstødende drejninger.
Klassifikation
Ligesom andre ledninger klassificeres magnettråd efter diameter ( AWG-antal , SWG eller millimeter) eller areal (kvadratmillimeter), temperaturklasse og isoleringsklasse.
Nedbrydningsspænding afhænger af belægningens tykkelse, som kan være af tre typer: klasse 1, grad 2 og grad 3. Højere kvaliteter har tykkere isolering og dermed højere nedbrydningsspændinger .
Den temperatur klasse angiver temperaturen af tråden, hvor den har en 20 tusind timer levetid . Ved lavere temperaturer er ledningens levetid længere (ca. en faktor 2 for hver 10 ° C lavere temperatur). Almindelige temperaturklasser er 105 ° C, 130 ° C, 155 ° C, 180 ° C og 220 ° C.
Strømtæthed
I praksis kan den maksimale strømtæthed variere fra 2,5 A / mm 2 for en ledning isoleret fra fri luft til 6 A / mm 2 for en ledning i fri luft. Hvis ledningen bærer højfrekvente strømme (over 10 kHz) , kan hudeffekten påvirke fordelingen af strømmen over sektionen ved at koncentrere strømmen på lederens overflade.
Hvis aktiv køling tilvejebringes ved at blæse luft eller cirkulerende vand, kan der opnås meget højere strømtætheder - proportionalt med effektiviteten af køling.
En aluminiumtråd skal have 1,6 gange tværsnitsarealet som en kobbertråd for at opnå sammenlignelig DC- modstand . På grund af dette bidrager kobbermagnetledninger til at forbedre energieffektiviteten i udstyr såsom elektriske motorer.
Ansøgninger
Magnetkabel bruges i viklinger af elektriske motorer , transformere , induktorer , generatorer , hovedtelefoner , højttalerspoler , harddiskhovedpositioner, elektromagneter og andre enheder.
I elektriske motorer
Elektriske motorer omdanner elektrisk energi til mekanisk bevægelse, normalt gennem interaktion mellem magnetfelter og strømførende ledere. Elektriske motorer findes i mange forskellige applikationer, såsom blæsere, blæsere, pumper, maskiner, husholdningsapparater, elværktøj og diskdrev. De allerførste elmotorer med klassificeringer i tusinder af kilowatt bruges i sådanne applikationer som fremdrift af store skibe. De mindste motorer bevæger hænderne i elektriske armbåndsure.
Elektriske motorer indeholder spoler til at producere de krævede magnetfelter. For en given størrelse på motorrammen reducerer materiale med høj ledningsevne energitabet på grund af spolemodstand. Dårligere ledere genererer mere spildvarme, når de overfører elektrisk energi til kinetisk energi.
På grund af sin høje elektriske ledningsevne bruges kobber ofte i spoleviklinger, lejer, samlere, børster og stik til motorer, herunder motorer af højeste kvalitet. Kobbers større ledningsevne i forhold til andre materialer forbedrer motorernes elektriske energieffektivitet. For eksempel for at reducere belastningstab i induktionsmotorer til kontinuerlig brug over 1 hestekræfter bruger producenter altid kobber som det ledende materiale i viklinger. Aluminium er et alternativt materiale i mindre hestekræfter, især når motorer ikke bruges kontinuerligt.
Et af designelementerne i premiummotorer er reduktion af varmetab på grund af ledernes elektriske modstand. For at forbedre den elektriske energieffektivitet af induktionsmotorer kan belastningstab reduceres ved at øge tværsnittet af kobberspiraler. En motor med høj effektivitet vil normalt have 20% mere kobber i statorviklingen end dens standardmodstykke.
Tidlige udvikling i motorisk effektivitet fokus på at reducere elektriske tab ved at øge pakning vægt stator viklinger. Dette giver mening, da elektriske tab typisk tegner sig for mere end halvdelen af alle energitab, og statortab tegner sig for ca. to tredjedele af de elektriske tab.
Der er imidlertid ulemper ved at øge motorernes elektriske effektivitet gennem større viklinger. Dette øger motorstørrelsen og omkostningerne, hvilket måske ikke er ønskeligt i applikationer som apparater og i biler.
I transformere
En transformer er en enhed, der overfører elektrisk energi fra et kredsløb til et andet gennem dets spoler (viklinger). De egenskaber, der kræves til motorviklinger, svarer til dem, der er nødvendige for transformere, men med det yderligere krav til at modstå mekanisk vibration og centrifugalkræfter ved driftstemperaturer.
Transformerviklinger er normalt lavet af kobber, men aluminium er en passende konkurrent, hvor vægt og første pris er afgørende faktorer.
I Nordamerika er aluminium det dominerende valg af viklingsmateriale til lavspændings tørre transformatorer af større type end 15 kilovolt-ampere (kVA). I de fleste andre områder af verden er kobber det dominerende viklingsmateriale. Købsbeslutninger er generelt en funktion af tabsværdier udtrykt i valuta pr. Kilowatt.
Kobber, der anvendes til fremstilling af transformatorviklinger, er i form af tråd til små produkter og strimmel til større udstyr. For små produkter skal ledningen være stærk nok til at blive viklet uden brud, men alligevel fleksibel nok til at give tætpakede viklinger. Strip-produkter skal have god overfladekvalitet, så isolerende emaljer ikke nedbrydes under spænding. God duktilitet er afgørende for, at båndet dannes og pakkes, mens god styrke er nødvendig for at modstå de høje elektromekaniske spændinger, der er indstillet under lejlighedsvis kortslutningsforhold. Kobberviklingstråde i transformere er kompatible med alle moderne isoleringsmaterialer, såsom lak og emalje. Lakker muliggør en tæt afstand mellem viklinger for at give den bedste effektivitet i spolerne.
En vigtig teknisk grund til at vælge kobberviklinger frem for aluminium er pladshensyn. Dette skyldes, at en kobberviklet transformer kan gøres mindre end aluminiumstransformatorer. For at opnå samme klassifikationer i aluminiumstransformatorer kræves et 66% større tværsnitsareal end for kobberledere. Imidlertid resulterer brugen af ledere i større størrelse i, at aluminiums viklingsstyrke næsten svarer til kobberviklingernes.
Forbindelse er en anden vigtig fordel ved kobberviklede transformere, da oxidbelægningen på overfladen af aluminium gør lodning eller på anden måde forbundet med det vanskeligere. Rengøring og børstning med en kvalitetsforbindelse for at forhindre oxidation er ikke nødvendig med kobber.
I generatorer
Tendensen i moderne generatorer er at arbejde ved højere temperaturer og højere elektriske ledningsevner med iltfrit kobber til feltstænger og magnetisk ledning i stedet for tidligere brugt deoxideret kobber.