Введение
Электромагнит, используемый для создания магнитного поля в электромагнитной машине.
Катушка поля – это электромагнит, используемый для создания магнитного поля в электромагнитной машине, как правило, во вращающейся электрической машине, такой как двигатель или генератор. Она состоит из катушки провода, по которой протекает ток. Во вращающейся машине катушки поля намотаны на железном магнитном сердечнике, который направляет линии магнитного поля. Магнитный сердечник состоит из двух частей: статора, который неподвижен, и ротора, который вращается внутри него. Линии магнитного поля проходят в непрерывном контуре или магнитной цепи от статора через ротор и обратно через статор. Катушки поля могут располагаться как на статоре, так и на роторе. Магнитный путь характеризуется полюсами – точками, расположенными под равными углами вокруг ротора, в которых линии магнитного поля переходят от статора к ротору или наоборот. Статор (и ротор) классифицируются по количеству полюсов. В большинстве конструкций используется одна катушка поля на полюс. Некоторые старые или более простые конструкции используют одну катушку поля с полюсом на каждом конце. Хотя катушки поля наиболее часто встречаются во вращающихся машинах, они также используются, хотя и не всегда под тем же названием, во многих других электромагнитных машинах. К ним относятся простые электромагниты и сложные лабораторные приборы, такие как масс-спектрометры и приборы ядерного магнитного резонанса. Катушки поля когда-то широко использовались в динамиках до широкой доступности легких постоянных магнитов.
Фиксированные и вращающиеся поля
Большинство катушек постоянного тока создают постоянное, статическое поле. Большинство трехфазных катушек переменного тока используются для создания вращающегося поля как часть электродвигателя. Однофазные двигатели переменного тока могут соответствовать любой из этих схем: небольшие двигатели обычно являются универсальными, подобно двигателям постоянного тока с коллектором, но работающими от переменного тока. Более крупные двигатели переменного тока, как правило, являются асинхронными двигателями, будь то трехфазные или однофазные.
Статоры и роторы
Многие Таким образом, обмотка возбуждения монтируется на роторе и питается через контактные кольца. Выходной ток снимается со статора, что позволяет избежать использования контактных колец для больших токов. В генераторах постоянного тока, которые в настоящее время в основном вытеснены генераторами переменного тока с выпрямителями, необходимость коммутации означала, что все еще могли потребоваться щетки и коллекторы. Для генераторов с высоким током и низким напряжением, используемых в гальванотехнике, это могло потребовать особенно больших и сложных щеточных узлов.
Биполярные и многополярные поля
В первые годы разработки генераторов, поле статора претерпело эволюционное улучшение – от однополюсного поля к последующей многополюсной конструкции. Биполярные генераторы были распространены до 1890 года, но в последующие годы их заменили многополюсные магниты возбуждения. Биполярные генераторы впоследствии производились только в очень малых размерах. Промежуточным звеном между этими двумя основными типами стал генератор с последовательным полюсом, имеющий две полевые обмотки, расположенные кольцом вокруг статора. Это изменение было необходимо, поскольку более высокое напряжение передает мощность более эффективно по проводам меньшего сечения. Для увеличения выходного напряжения генератор постоянного тока должен вращаться быстрее, но после достижения определенной скорости это становится непрактичным для генераторов большой мощности. Увеличивая число полюсов, окружающих кольцо Грамма, можно добиться пересечения кольцом большего числа магнитных силовых линий за один оборот, чем в базовом двухполюсном генераторе. Следовательно, четырехполюсный генератор мог выдавать в два раза большее напряжение, чем двухполюсный, шестиполюсный – в три раза большее, и так далее. Это позволяет увеличить выходное напряжение без увеличения скорости вращения. В многополюсном генераторе обмотка якоря и магниты возбуждения окружены круговой рамой или "кольцевым хомутом", к которому крепятся магниты возбуждения. Это обеспечивает прочность, простоту, симметричный внешний вид и минимальную магнитную утечку, поскольку полюсные наконечники имеют наименьшую возможную площадь поверхности, а путь магнитного потока короче, чем в двухполюсной конструкции.