1.5.1 Види індукторів

Для створення змінних пульсуючих та імпульсних МП використовують індуктори у вигляді соленоїдів, циліндричних та нециліндричних коротких котушок, електромагнітів різної конфігурації, виконаних з різних матеріалів. Будь-яке джерело електромагнітного поля володіє різними полюсами (N-південний, та S-північний) має замкнуті силові лінії (напрямок від північного до південного полюсу). У джерелі змінного МП полюса міняються періодично, відповідно до зміни напрямку струму МП характеризуються вектором магнітної індукції В, напруженістю Н, градієнтом магнітної індукції grad B.

Соленоїд:

Циліндричну катушку, яка складається з великого числа витків дроту, створюючи гвинтову лінію, називається соленоїдом.

Геометрична схема одношарового соленоїда

Якщо витки розташовані впритул один до одного, катушка є системою послідовно сполучених кругових витків одного радіусу, маючих спільну вісь. При протіканні по витках струму створюються МП з силовими лініями:

Рис 14 Силові лінії

Лінії магнітної індукції довгого соленоїда (l>>r) практично паралельна одна одній. Поле всередині такого соленоїда рівномірне та однорідне. Напрямок В визначається за правилом Буравчика та співпадає з напрямком осі Х. Всередині такого соленоїда існує тільки оксигенальна складова індукції. Максимальне значення індукції на осі має місце в точці, яка лежить всередині соленоїда.

(1.2)

Рис 15 Розподілення Вх по перетину

- струм, що протікає через котушку

- число витків

- магнітна стала

- відносна магнітна проникність середовища

Розподіл значень індукції практично рівномірний по всій довжині осі соленоїда та знижується на кільцях до значення (

(1.3)

Рис 16 Розподілення Вх по осі

Для соленоїдів кінцевої довжини значення В розраховують по формулі:

(1.4)

Де: при

при

при

Плоска циліндрична котушка (короткий соленоїд)

Конструкція індуктора має вигляд циліндричної котушки, як правило багатошарової, що має довжину, істотно меншу в порівнянні з діаметром.

Рис 17. Геометрія короткої циліндричної котушки.

Поле, що не симетричне що до осі нерівномірне та неоднорідне.

Рис 18. Силові лінії

Значення максимальної індукції на осі в центрі котушки з середнім радіусом r

(1.5)

(1.6)

(1.6) – в довільній точці

Рис 19. Розподіл Вх по осі

Вказані знання та розподіли В можуть бути одержані за умовою, що розміри котушки

В цьому випадку котушка є кільцем, яке можна розглядати як еквівалентний віток зі струмом. Вектор магнітної індукції Вх має аксіальну Вх та радіальну Вr складових індукції.

Рис 20. Розподіл аксіальної та радіальної індукції по перетину.

Один із різновидів конструкції є плоска циліндрична котушка з R1, R2 та товщиною:

Рис 21. Плоска циліндрична котушка

Значення магнітної індукції такої котушки:

(1.7)

При інших залежностях розмірів а,b, та r магнітна індукція ускладнюється.

Система двох плоских циліндричних котушок (котушок Геймгольца)

Дві плоскі циліндричні котушки розміщені так, щоб різнойменні полюси знаходяться один на проти одного утворюють систему Гельмгольца.

Рис 22. Геометрія котушки Гельмгольца

Особливості системи: в просторі між ними утворюється однорідне та рівномірне магнітне поле.

Рис 23. Силові лінії

В просторі між котушками існує 1 аксіальна складова вектора магнітної індукції.

Рис 24. Розділення Вх по перетину

Рис 25.

Електромагніт

Складається з котушки індуктивності (багатошарової) та феромагнітного сердечника називається електромагнітом.

Рис 26. Геометрія електромагніта

Наявність сердечника з великою відносною магнітною проникністю концентрує магнітний потік. Це дозволяє при одних і тих же параметрах поля зменшити габарити індукторів, формувати поле заданої форми, забезпечити потрібну глибину проникнення, необхідну ступінь локалізації. Результати показали, що в загальному випадку вектор індуктивності В та з напрямком магнітного поля Н та намагніченості не співпадають, окрім точок, які лежать на осі.

Рис 27. Розподіл магнітної індукції по перетину та на осі.

(1.10)

Максимальне досягнення на перетині. Розподіл індукції Вх по осі відповідає виразу (1.10)

lc – довжина сердечника, К – коефіцієнт, який залежить від концентрації сердечника.

На практиці використовують магніти з асиметричними полями, в яких полюси розташовані на протилежних торцях прямих сердечників мають місце з розташуванням полюсів в одній площині, П – подібний сердечник, магнітне поле в яких неоднорідне та не одномірно локалізоване в просторі між полюсами та вбік від полюсів.

Рис 28. Феромагнітні сердечники дозволяють створити направлення магнітного поля відповідної конфігурації