Bobina lui Ruhmkorff

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Bobina lui Ruhmkorff

O bobină de inducție (cunoscută și sub numele de bobină Ruhmkorff ) este un tip de bobină de descărcare perturbatoare . Este un tip de transformator folosit pentru a produce impulsuri de înaltă tensiune dintr-o sursă de curent continuu de joasă tensiune. Pentru a produce variațiile de flux necesare pentru a induce forța electromotivă în înfășurarea secundară, curentul continuu care circulă în primar este întrerupt în mod repetat de un contact vibrator numit întrerupător . Termenul „bobină de inducție” este, de asemenea, utilizat pentru a indica o bobină în care circulă un curent alternativ de înaltă frecvență capabil să încălzească obiectele plasate în interior, așa cum se întâmplă în cuptoarele cu inducție .

Operațiune

Decupare a unei bobine Ruhmkorff

Un transformator de inducție constă din două solenoide izolate din sârmă de cupru înfășurate în jurul unui singur miez de fier. Unul dintre solenoizi, numit înfășurare primară, constă din zeci sau sute de spire de sârmă emailată, celălalt solenoid, numit înfășurare secundară , constă în câteva mii de spire de sârmă subțire. Un curent electric care curge prin primar creează un câmp magnetic, în timp ce secundarul este cuplat magnetic prin miezul de fier. Primarul acționează ca un inductor , stocând energia în câmpul magnetic asociat. Când curentul electric este întrerupt brusc, câmpul magnetic scade rapid și, datorită inducției electromagnetice , acest lucru provoacă un impuls de înaltă tensiune în secundar. Datorită numărului mare de rotații ale înfășurării secundare, pulsul generat are o tensiune de multe mii de volți : această tensiune este suficientă pentru a genera o scânteie sau o descărcare electrică prin aerul care separă bornele secundarului.

Mărimea bobinei este adesea indicată de lungimea scânteii pe care o poate produce.

Schimbarea

Formele de undă ale bobinei de inducție fără condensator: i 1 curent primar, v 2 tensiune secundară
Cu condensator

Pentru a permite transformatorului să funcționeze, curentul continuu trebuie să fie intermitent pentru a crea variația câmpului magnetic necesar inducției. Bobina lui Ruhmkorff folosește o folie de metal vibrant numită comutator pentru a deschide și închide rapid circuitul primar. Comutatorul din bobinele mici a fost montat la un capăt al miezului feros, câmpul magnetic generat de curentul de curent din primar a atras folia ținută de un arc deschizând astfel circuitul. Când circuitul a fost deschis, câmpul magnetic a fost, de asemenea, întrerupt, determinând arcul să închidă din nou circuitul.

Tensiunea în secundar este indusă atât atunci când circuitul se deschide, cât și când se închide, schimbarea curentului este mult mai rapidă atunci când circuitul se deschide, astfel încât impulsul în secundar la deschidere este mult mai mare. Un condensator este plasat în paralel cu comutatorul pentru a amortiza arcul electric între contacte și pentru a permite o deschidere mai rapidă și, prin urmare, o tensiune mai mare. Forma de undă a ieșirii unei bobine de inducție constă dintr-o serie de impulsuri pozitive și negative, dar una dintre cele două polarități este mult mai largă decât cealaltă.

Întrerupătoare cu mercur și electrolitice

Întrerupătorul magnetic este utilizat în transformatoare capabile să creeze descărcări de până la aproximativ 20 cm (~ 120 kV), pentru transformatoare mai mari se folosesc întrerupătoare care funcționează datorită unui motor. [1] Transformatoarele chiar mai mari, utilizate în emițătoarele radio, utilizează fie comutatoare electrolitice, fie mercur.

Detalii de construcție

Pentru a preveni tensiunile ridicate generate în bobină să deterioreze izolația virajelor secundare, aceasta este construită în așa fel încât să nu existe diferențe mari de potențial între viraje. Secundarul este împărțit în secțiuni în formă de „clătite” conectate în serie între ele. Primarul este înfășurat în jurul miezului și apoi izolat de secundar cu un strat gros de hârtie sau cauciuc. Fiecare secțiune a secundarului este izolată cu un strat de parafină, conectată la secțiunea următoare și apoi introdusă pe primar. Tensiunea dezvoltată în fiecare secțiune nu este suficientă pentru a provoca lovirea unui arc între diferitele secțiuni.

Pentru a preveni curenții turbionari , miezul feros este construit cu un pachet de fire de fier acoperite cu lac pentru a le izola electric, acest lucru evită formarea curenților turbionari perpendiculari pe axa magnetică.

Istorie

Cea mai mare bobină de inducție produsă de Callan (modelul din 1863), în care poate fi văzută construcția de clătite a secundarului. Avea 106 cm lungime și putea produce scântei de 15 cm corespunzătoare unei tensiuni de aproximativ 200.000 de volți.

Michael Faraday a descoperit principiul inducției , legea lui Faraday , în 1831 și a făcut primele experimente de inducție între înfășurările de sârmă. [2] Transformatorul de inducție a fost inventat de omul de știință irlandez Nicholas Callan în 1836 la St. Patrick's College din Maynooth [3] [4] și perfecționat de William Sturgeon și CG Page. Primele bobine au fost echipate cu întrerupătoare cu manivelă proiectate de Callan și Antoine Masson . Întrerupătorul a fost conceput de CE Neeff, P. Wagner și JW M'Gauley. Utilizarea condensatorului a fost sugerată de Hippolyte Fizeau . [5] Heinrich Ruhmkorff a reușit să genereze tensiuni mai mari folosind un număr mult mai mare de viraje, chiar 5.000 sau 6.000 de viraje. La începutul anilor 1850 , după examinarea unei bobine Ruhmkorff capabile să producă descărcări de aproximativ 5 cm, inventatorul american Edward Samuel Ritchie și-a dat seama că îl poate face mult mai eficient prin reproiectarea și îmbunătățirea izolației înfășurării secundare. El a împărțit înfășurarea în secțiuni și le-a izolat unul de celălalt. Versiunea modificată a făcut posibilă producerea scânteilor de 25 cm, ulterior a ajuns să genereze scântei de peste 61 cm lungime. [6] [7] În 1857, una dintre bobinele lui Ritchie a fost prezentată la Dublin la o conferință a Asociației Britanice , [8] și mai târziu la Universitatea din Edinburgh din Scoția. [9] Însuși Ruhmkorff a cumpărat una dintre bobinele de inducție ale lui Ritchie și a folosit îmbunătățirile în munca sa. [9] [10]

Bobinele de inducție au fost utilizate pentru a genera tensiunile ridicate necesare pentru funcționarea primelor tuburi de descărcare și a tuburilor cu raze catodice utilizate pentru cercetarea cu raze X. De asemenea, au fost folosite pentru a distra publicul cu aparate precum tubul Geissler sau alte aparate utilizate de șarpe medicale. Hertz l-a folosit pentru a dovedi existența undelor electromagnetice așa cum a prezis James Maxwell , Tesla și Marconi le-au folosit în cercetarea undelor radio. Principalele utilizări practice au fost ca emițător radio pentru telegrafie fără fir și pentru a furniza energie catodului rece al tuburilor pentru a produce raze X. Din 1920 au fost înlocuite cu tuburi vidate .

Bobina de inducție este în prezent încă utilizată în sistemul de aprindere pentru motoarele cu ardere internă. O versiune mai mică a bobinei de inducție acționează blițurile cu xenon utilizate în camere și lămpi stroboscopice .

Notă

  1. ^ Archie F. Collins, The Design and Construction of Induction Coils , New York, Munn & Co., 1908. p.98
  2. ^ Michael Faraday, Cercetări experimentale despre electricitate, seria 7 , în Phil. Trans. R. Soc. (Londra) , vol. 124, 1834, pp. 77–122, DOI : 10.1098 / rstl.1834.0008 .
  3. ^ John Ambrose Fleming, Transformatorul de curent alternativ în teorie și practică, Vol . 2 , The Electrician Publishing Co., 1896. p.16-18
  4. ^ Nicholas Callan, Muzeul Național de Științe, Maynooth Depus la 25 februarie 2013 în Internet Archive .
  5. ^ Rudy Severns, History of soft switching, Part 2 ( PDF ), on Design Resource Center , Switching Power Magazine. Adus la 16 mai 2008 (arhivat din original la 16 iulie 2011) .
  6. ^ Academia Americană de Arte și Științe, Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences , Vol. XXIII, mai 1895 - mai 1896, Boston: University Press, John Wilson și Son (1896), pp. 359-360
  7. ^ Page, Charles G., History of Induction: The American Claim to the Induction Coil and its Electrostatic Developments , Boston: Harvard University, Intelligencer Printing (1867), pp. 104-106
  8. ^ Rogers, WB (Prof.), Scurtă descriere a construcției și efectelor unui aparat de inducție foarte puternic, conceput de domnul ES Ritchie, din Boston, Statele Unite , Asociația britanică pentru avansarea științei, raport al reuniunii anuale ( 1858), p. 15
  9. ^ a b Academia Americană, pp. 359-360
  10. ^ Pagină, pp. 104-106

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 38113
Inginerie Electrică Portal electrotehnic : accesați intrările Wikipedia referitoare la ingineria electrică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Rocchetto_di_Ruhmkorff&oldid=119221931 ”