ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า

Diagram of typical transformer configurations

ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: Electromagnetic coil) หรือเพียงแค่ "ขดลวด หรือ คอยล์" เกิดขึ้นเมื่อตัวนำ (ลวดทองแดงเต็มเส้นหุ้มฉนวน) พันรอบแกนหรือขึ้นรูปเป็นวง เพื่อการเหนี่ยวนำหรือสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็ก วงรอบหนึ่งวงของลวดทองแดงจะเรียกว่าหนึ่งรอบ คอยล์จะประกอบด้วยขดลวดหนึ่งรอบหรือมากกว่า ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์, ขั้วต่อเรียกว่าแท็ป ขดลวดมักจะถูกเคลือบด้วยน้ำมันวานิชหรือเทปฉนวนเพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่วอีกชั้นหนึ่งและผูกมัดไว้กับที่

ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้า, มอเตอร์, ขดลวดเหนี่ยวนำ, ลำโพงและงานอื่น ๆ อีกมากมาย

หลักการทั่วไป

ขดลวดจะจัดแบบศูนย์กลางเพื่อลดการรั่วไหลของสนามแม่เหล็ก

วัสดุที่ใช้เป็นขดลวดตัวนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการนำไปประยุกต์ใช้ แต่ในทุกกรณีในแต่ละรอบที่พันจะต้องทำให้เป็นฉนวนไฟฟ้าออกจากกันเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสจะไหลในทุกรอบของขดลวด. สำหรับกำลังไฟฟ้าขนาดเล็กและการใช้ในงานสัญญาณที่ซึ่งกระแสที่ใช้มีค่าต่ำและความต่างศักย์ระหว่างรอบที่อยู่ติดกันมีขนาดเล็ก ขดลวดที่พันมักจะทำจากลวดแม่เหล็กเคลือบเช่นลวด Formvar หม้อแปลงไฟฟ้​​าขนาดใหญ่ในการทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงอาจจะพันด้วยแถบตัวนำทองแดงสี่เหลี่ยมฉนวนกระดาษชุ่มน้ำมันและบล็อกของ pressboard.

ผลของความถี่

ขดลวดความถี่สูงทำงานที่หลายสิบหลายร้อยกิโลเฮิร์ตซ์มักจะมีลวดที่ทำจากลวดฝอยถัก Litz เพื่อลด skin effect และการสูญเสียผลใกล้ชิด. หม้อแปลงขนาดใหญ่ใช้ลวดทองแดงฝอยหลายเกลียวเช่นกันเนื่องจากแม้จะใช้ความถี่พลังงานต่ำ การกระจายไม่สม่ำเสมอของกระแสก็ยังมีอยู่ในขดลวดกระแสสูง. แต่ละเส้นของลวดฝอยเป็นฉนวนซึ่งกันและกัน และในเกลียวถักจะถูกจัดเรียงเพื่อให้บางจุดในขดลวดหรือตลอดทั้งเส้นขดลวด มีความสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดความสมคุลย์ในการสับเปลี่ยนการไหลของกระแสในเส้นลวดฝอยแต่ละเส้น ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียกระแสไหลวนในตัวขดลวดเอง เส้นลวดฝอยตีเกลียวนี้ยังมีความยืดหยุ่นมากกว่าตัวนำที่เป็นของแข็งในขนาดที่ใกล้เคียงกันและง่ายต่อการผลิตอีกด้วย

ลวดจากขดลวดเหนี่ยวนำสัญญาณลดการรั่วไหลและความจุจรจัดในการปรับปรุงการตอบสนองความถี่สูง ขดลวดจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนและส่วนเหล่านี้ในการสลับกันระหว่างส่วนของขดลวดอื่น ๆ

ภาพหน้าตัดแสดงการพันขดลวดในหม้อแปลง. สีขาว: ฉนวน. เขียวเป็นวงก้นหอย: แกนเหล็กซิลิคอนวางตัวเป็นแนวเนื้อไม้. ดำ: ขดลวดปฐมภูมิทำด้วยทองแดงปราศจากอ๊อกซิเจน. แดง: ขดลวดทุติยภูมิ. บนซ้าย: หม้อแปลงรูปโดนัท. ขวา: C-core, และ E-core จะคล้ายกัน. ขดลวดสีดำทำด้วยฟิล์ม บนสุด: ค่า capacitance ระหว่างทุกปลายของทั้งสองขดลวดมีค่าต่ำเสมอกัน เนื่องจากแกนส่วนใหญ่เป็นตัวนำค่อนข้างน้อย แต่ก็ยังต้องการฉนวน ล่าง: ค่า capacitance ที่ปลายหนึ่งของขดทุติยภูมิต้องมีค่าที่ต่ำที่สุด สำหรับหม้อแปลงกำลังต่ำแต่แรงดันสูง ล่างซ้าย: การลดค่า inductance ที่รั่วจะเพิ่มค่า capacitance

แท็ป

คอยส์อาจมีแท็ปที่อยู่ระหว่างขั้วหัวท้ายของขดลวดสำหรับใช้เปลี่ยนจำนวนรอบของขดลวด การเปลี่ยนจำนวนรอบก็หมายถึงการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าด้วย

ในหม้อแปลง แท็ปอาจถูกเปลี่ยนด้วยมือหรือสวิทช์มือหมุนหรือสวิทช์อัตโนมัติ การเปลี่ยนแท็ปอัตโนมัติในขณะใช้งานจริงใช้ในงานสายส่งแรงสูง หรือใช้ในอุปกรณ์เช่นหม้อแปลงไฟฟ้​​าเตาหลอมหรือเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสำหรับโหลดที่มีความสำคัญ หม้อแปลงความถี่เสียงใช้ในการกระจายของเสียงผ่านทางลำโพงที่สาธารณะจะมีแท็ปเพื่อใช้ปรับตัวความต้านทานของลำโพงแต่ละตัว หม้อแปลงที่มีแท็ปตรงกลางพอดีมักถูกใช้ในขั้นตอนการส่งเสียงออกของเครื่องขยายเสียงพลังสูงด้วยวงจร Push-Pull หม้อแปลงที่ใช้ในการทำมอดดูเลชั่นในเครื่องส่งสัญญาณ AM จะมีลักษณะคล้ายกันมาก

ยึดให้แน่น

คอยส์มักจะถูกยึดติดเพื่อป้องกันไม่ให้สายไฟเคลื่อนที่ขณะใช้งาน โดยทั่วไปจะนำคอยล์ที่ประกอบเสร็จแล้ว จุ่มลงไปในครั่งแล้วอบให้แห้ง

ระบบทำฉนวนให้ขดลวดชนิดแห้งมีแบบ'จุ่มและอบ' หรือแบบคุณภาพสูง ด้วยความดันสูญญากาศ

การสร้างหม้อแปลงแบบ oil-filled ต้องทำให้ฉนวนของขดบวดแห้งสนิทก่อนเติมน้ำมันเข้าไป การอบแห้งจะดำเนินการที่โรงงานโดยการไหลเวียนของอากาศร้อนรอบแกนหรือโดยการใช้ไอน้ำอบแห้ง (VPD) โดยที่ตัวทำละลายที่ระเหยถ่ายโอนความร้อนโดยการควบแน่นบนขดลวดและแกน สำหรับหม้อแปลงขนาดเล็ก ให้ความร้อนโดยป้อนกระแสเข้าไปในขดลวด วิธีการนี้เรียกว่าการให้ความร้อนความถี่ต่ำ (LFH) เนื่องจากกระแสที่ป้อนเข้าไปมีความถี่ต่ำกว่ากระแสของกริดที่ 50 หรือ 60 Hz ความถี่ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดผลกระทบจากการเหนี่ยวนำในหม้อแปลงไฟฟ้​​าเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสมีปริมาณลดลง. วิธีการอบแห้ง LFH ยังใช้สำหรับการให้บริการกับหม้อแปลงเก่า.

ค่า capacitance

ขดลวด, โดยเฉพาะอย่างยิ่งขดลวดหลายชั้นสามารถมีค่า capacitance ระหว่างชั้นได้

เมื่อค่า capacitance นี้เป็นปัญหา ขดลวดที่มีหลายชั้นมักจะถูกแทนที่ด้วยขดลวดชั้นเดียว นั่นคือ ขดลวดแบบแพนเค้กหรือ solenoid ชั้นเดียว

ขดลวดเกลียวแบนของนิโคลา เทสลา

ประเภทเฉพาะ

Solenoid

ภาพของโซลินอยด์รูปแบบหนึ่ง

โซลินอยด์ (จากภาษาฝรั่งเศส solénoïde มาจากภาษากรีก Solen "ท่อหรือช่อง" + รูปแบบของกรีก Eidos "รูปแบบหรือรูปร่าง" ) เป็นขดลวดพันเป็นเกลียวแน่น เป็นคำที่คิดค้นโดย André-Marie Ampère ที่กำหนดให้เป็นขดลวดเกลียว

ทางด้านกายภาพ โซลินอยด์หมายถึงเส้นลวดที่ยาว ม้วนเป็นวงเล็กๆ มักจะพันรอบแกนโลหะซึ่ง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอในบริเวณของพื้นที่ (ที่จะต้องทำการทดลองต่อไป) โซลินอยด์มีความสำคัญเพราะสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่ควบคุมได้และสามารถนำมาใช้เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าได้

ทางด้านวิศวกรรม โซลินอยด์ยังอาจหมายถึงความหลากหลายของอุปกรณ์แปลงสัญญาณ(transducer) ที่แปลงพลังงานให้เป็นการเคลื่อนไหวเชิงเส้น คำนี้อาจถูกใช้อ้างถึงวาล์วโซลินอยด์ก็ได้ ซึ่งประกอบด้วยขดลวดกลไกแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อควบคุมการทำงานของทั้งวาล์วนิวแมติกหรือไฮโดรลิค, หรือเป็นสวิทช์โซลินอยด์ซึ่งเป็นรีเลย์ชนิดหนึ่งที่ใช้ควบคุมสวิทช์ไฟฟ้าเช่นสวิทช์สตาร์ทในรถยนต์ เป็นต้น

หม้อแปลง

หม้อแปลงไฟฟ้​​าเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขดลวดปฐมภูมิถ่ายเทพลังงานไปให้ขดลวดทุติยภูมิหรือในทางกลับกันโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ขดลวด tickler หรือขดลวด feedback จะเป็นขดลวดที่สามที่วางอยู่ในความสัมพันธ์กับขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ แท็ปคอยด์เป็นอีกขดลวดหนึ่งในหม้อแปลงหรือปิกอัพคอยด์บางตัว

ขดลวดเหนี่ยวนำ

ขดลวดเหนี่ยวนำโดยปกติจะเป็นขดลวดพันรอบแกนแม่เหล็ก หรือไม่มีแกน มีสองขั้วธรรมดา ใช้ทำหน้าที่กรองสัญญาณหรือเป็นตัว matching

มอเตอร์ไฟฟ้า

ขดลวดในมอเตอร์ไฟฟ้าค่อนข้างซับซ้อน มีทั้งแบบเฟสเดียวและสามเฟส แบบสามเฟสมีขดลวดสามชุด การพันขดลวดมีหลายรูปแบบแตกต่างกัน รายละเอียดดูมอเตอร์