На что влияет количество витков

Новости Фотогалерея Статьи Форум ФАМС СПб Клуб RC-Auto Куда Вы попали Календарь Партнеры "ДОСААФ России" СПб

Обратная связь

Кузовные работы

Я ХОЧУ эту "модель" .

Обои рабочего стола

Всероссийские соревнования на призы УрФО 2008

Советы по обслуживанию модифицированных моторов

По материалам: Fantom Racing.
Автор перевода: Владислав Ярополов.

Все последующее является советами и рекомендациями для поддержания вашего модифицированного мотора в хорошем состоянии.

Выбор подходящего числа витков

• Вообще говоря, чем меньше количество витков, тем с большими оборотами будет вращаться ротор.
• Насколько далеко вы хотите пойти? Это вопрос, на который можете ответить только вы сами. Мы можем сказать вам только следующее: Чем быстрее будет ваш мотор, тем большего обслуживания он потребует, т.е. 9-и витковый мотор против 12 виткового мотора будет оказывать большую нагрузку на батарею, будет требовать более частой проточки коллектора, и вы будете более часто менять щетки, пружины и магниты.

Далее приведен список рекомендаций по количеству витков мотора для двух наиболее популярных типов моделей. Это должно дать вам исходную информацию о том, что вам понадобится для соревнований на высоком уровне. Эти примеры опираются на использование NiMH 3000 mAh батарей.

OFF-ROAD
2wd Buggy — от 12 до 15 витков
Mod Truck — от 9 до 12 витков
4wd Buggy — от 8 до 11 витков

ON-ROAD
4wd Touring Car — от 7 до 11 витков
1/12th Scale — от 9 до 13 витков

Выбор подходящего числа слоев (жил)

Количество слоев (жил), т.е. один, два, три, четыре, пять и шесть, определяет полосу мощности мотора. Например, мотор с намоткой в один слой производит максимальную мощность в низком диапазоне оборотов, а мотор с намоткой в четыре слоя производит максимальную мощность в диапазоне от средних до максимальных оборотов. Другими словами, мотор с намоткой в один слой обеспечит большую тягу на выходе из поворотов, а мотор с намоткой в четыре слоя будет более эффективен на прямых участках средней длины. Только вы сами можете определить, что больше подходит для вашего стиля вождения, но хорошей стартовой точкой может быть намотка в два слоя. Выбор мотора зависит от текущих условий вашей трассы. Обычно тесные техничные трассы больше подходят для моторов с намоткой в один и два слоя, а большие открытые трассы могут потребовать использования моторов с намоткой в три или четыре слоя. Например, если на трассе хорошее сцепления, вы можете выбрать использование мотора с намоткой в один слой. Если сцепление проблематичное, т.е. вы не можете зацепиться на выходе из поворотов, тогда может лучше использовать мотор с намоткой в три слоя.

Обслуживание и советы

• Модифицированный мотор требует большего внимания. Наиболее серьезной ошибкой является пренебрежение проточкой коллектора, что вызывает неправильный или чрезмерный износ коллектора (за пределы спецификаций). Не требуется многого для приближения к этой точке, а иногда это даже не видно невооруженному глазу. Это может включать в себя овальность формы, вследствие деформирования из-за высокого нагрева в этой области, и/или износ в виде впадин по окружности коллектора, вследствие постоянного износа щеток относительно коллектора. В этом случае недостаточно простой очистки коллектора с помощью стержня для очистки. В случае, когда коллектор выходит за пределы спецификаций, щетки уже не имеют достаточно ровной поверхности для контакта, вызывает избыточное искрение от тока, протекающего между щетками и коллектором. Это начинает разрушать поверхности коллектора и щеток, и превращается в эффект снежного кома. Чем больше изнашивается коллектор, тем больше отскакивают щетки, приводя к все большему искрению, что может очень быстро вывести мотор из строя. Ключом является поддержание круглой и ровной поверхности коллектора. Небольшие регулярные проточки коллектора обеспечивают больший срок службы мотора, чем в случае, когда коллектор не протачивается вовсе. Модифицированный мотор является более надежным и долговечным, чем стоковый мотор, если рассматривать ротор и корпус, но это не касается коллектора и щеток. Например, со стоковым мотором вы можете использовать больше запусков между переборками мотора. В некоторых случаях, в зависимости от типа мотора, который вы используете, и класса, в котором вы выступаете, вам может потребоваться перебирать модифицированный мотор после каждого запуска.
• Когда вы собираете ваш мотор, всегда убеждайтесь, что вы надлежащим образом разместили прокладочные шайбы на валу ротора, чтобы ротор "плавал" в магнитном поле с небольшим осевым люфтом, примерно от 0,05 мм до 0,15 мм.
• Никогда не затягивайте чрезмерно винты крепления задней крышки мотора. Если кольцо тайминга (угла опережения) изогнуто, тогда вы чрезмерно затянули винты. Старайтесь, чтобы кольцо оставалось максимально плоским.
• Рекомендуется перед каждым запуском использовать жидкость для коллектора. Рекомендуется нанести 2 капли прямо на коллектор.
• Пренебрежение очисткой, надлежащей смазкой и переборкой мотора на регулярной основе, или использование при переборке мотора щеток с плохими характеристиками, также может причиной неудовлетворительных характеристик мотора.

Далее приведены основные рекомендации по тому, когда протачивать ваш коллектор, в зависимости от класса, в котором вы выступаете. Если щетки изношены более, чем на одну треть от своей первоначальной длины, или обесцвечены, они нуждаются в замене. Когда щетка перегревается и обесцвечивается, она теряет часть своих смазывающих свойств, что может быстро вызвать серьезное повреждение коллектора.

OFF-ROAD
2wd Buggy (от 12 до 15 витков) — проточка коллектора после каждых 3-4 запусков.
Mod Truck (от 9 до 12 витков) — проточка коллектора после каждых 2-3 запусков.
4wd Buggy (от 8 до 11 витков) — проточка коллектора после каждых 1-2 запусков.

ON-ROAD
4wd Touring Car (от 7 до 11 витков) — проточка коллектора после каждых 1-2 запусков.
1/12th Scale (от 9 до 13 витков) — проточка коллектора после каждых 3-4 запусков.

Угол опережения мотора

Угол опережения мотора может быть критической частью настройки. Модифицированные моторы настраиваются на заводе для оптимальной работы в наиболее общих условиях, но это не означает, что вы всегда должны использовать ваш мотор с заводскими настройками. Здесь приведен пример того, как изменение угла опережения может повлиять на производительность мотора: Чем ниже угол опережения, тем больше вращающий момент и эффективность. Чем выше угол опережения, тем больше обороты и общая мощность мотора, но вы теряете в эффективности и накладываете большую нагрузку на щетки, коллектор и магниты. Предупреждение: Никогда не используйте ваш мотор с отрицательным углом опережения или с углом опережения более 24 градусов. Вы можете быстро сжечь мотор с такими крайними настройками. Вы можете продвинуться вплоть до 30 градусов опережения, но это редкий случай. В большинстве случаев вам лучше оставаться в диапазоне от 12 до 24 градусов. Изменение угла опережения также означает изменение передаточного отношения. Как правило, когда вы снижаете угол опережения, вы должны понизить передаточное отношение (использовать ведущую шестерню с большим количество зубьев), и наоборот повысить в случае увеличения угла опережения. Заводские установки обычно являются хорошей стартовой точкой, затем делайте небольшие изменения, пока не найдете величину, оптимальную для вас и условий вашей трассы.

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки оказывают влияние следующие основные факторы:

Число витков провода в катушке: При прочих равных условиях, увеличение числа витков приводит к увеличению индуктивности ; уменьшение числа витков приводит к уменьшению индуктивности.

Пояснение: чем больше количество витков, тем больше будет магнитодвижущая сила для заданной величины тока.

Площадь поперечного сечения катушки: При прочих равных условиях , катушка с большей площадью поперечного сечения будет иметь большую индуктивность ; а катушка с меньшей площадью поперечного сечения — меньшую индуктивность.

Пояснение: Катушка с б ольшей площадью поперечного сечения оказывает меньшее сопротивление формированию магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы .

Длина катушки: При прочих равных условиях, чем больше длина катушки, тем меньше ее индуктивность; чем меньше длина катушки, тем больше ее индуктивность.

Пояснение: Чем больше длина катушки, тем большее сопротивление она оказывает формированию магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Материал сердечника: При прочих равных условиях, чем больше магнитная проницаемость сердечника, вокруг которого намотана катушка, тем больше индуктивность; чем меньше магнитная проницаемость сердечника — тем меньше индуктивность.

Пояснение: Материал сердечника с большей магнитной проницаемостью способствует формированию большего магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Приблизительное значение индуктивности любой катушки можно найти по следующей формуле:

Следует понимать , что данная формула дает только приблизительные цифры . Одной из причин такого положения дел является изменение величины магнитной проницаемости при изменении напряженности магнитного поля (вспомните нелинейность кривой В/Н для разных материалов). Очевидно, если проницаемость (µ) в уравнении будет непостоянна, то и индуктивность (L) также будет в некоторой степени непостоянна. Если гистерезис материала сердечника будет существенным, то это непременно отразится на индуктивности катушки. Разработчики катушек индуктивности пытаются минимизировать эти эффекты, проектируя сердечник таким образом, чтобы его намагниченность никогда не приближалась к уровням насыщения, и катушка работала в более линейной части кривой B/H.

Если катушку сделать таким образом, что любой из вышеперечисленных факторов у нее можно механически изменить, то получится катушка с регулируемой величиной индуктивности или вариометр. Наиболее часто встречаются вариометры, индуктивность которых регулируется количеством витков или положением сердечника (который перемещается внутри катушки). Пример вариометра с изменяемым количеством витков можно увидеть на следующей фотографии:

Это устройство использует подвижные медные контакты , которые подключаются к катушке в различных точках ее длины. Подобные катушки, имеющие воздушный сердечник, применялись в разработке самых первых радиоприемных устройств.

Катушка с фиксированными значениями индуктивности, показанная на следующей фотографии, представляет собой еще одно раритетное устройство, использовавшееся в первых радиостанциях. Здесь вы можете увидеть несколько витков относительно толстого провода, а так же соединительные выводы:

А это еще одна катушка индуктивности, так же предназначенная для радиостанций. Для большей жесткости ее провод намотан на керамический каркас:

Многие катушки индуктивности обладают небольшими размерами, что позволяет монтировать их непосредственно на печатные платы. Посмотрев внимательно на следующую фотографию, можно увидеть две расположенные рядом катушки:

Две катушки индуктивности расположены справа в центре этой платы и имеют обозначения L₁ и L₂. В непосредственной близости от них находятся резистор R₃ и конденсатор С₁₆. Показанные на плате катушки называются "торроидальными", так как их провод намотан вокруг сердечника, имеющего форму тора.

Как резисторы и конденсаторы, катушки индуктивности могут выполняться в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). На следующей фотографии представлено несколько таких катушек:

Две индуктивности здесь расположены справа в центре платы. Они представляют собой маленькие черные чипы с номером "100", а над одной из них можно увидеть обозначение L₅.

Что такое катушка индуктивности

Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

Индуктивность

Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC – метра.

Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

В – магнитное поле, Вб

А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.

Самоиндукция

Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:

I – сила тока в катушке , А

U – напряжение в катушке, В

R – сопротивление катушки, Ом

Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

Типы катушек индуктивности

Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.

Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

А вот катушки индуктивности с сердечником:

В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

Дроссели

Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

Также существует еще один особый вид дросселей – это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

Опыты с катушкой

От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

Имеется ферритовый сердечник

Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

LC-метр показывает 21 микрогенри.

Ввожу катушку на середину феррита

35 микрогенри. Уже лучше.

Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:

1 – это каркас катушки

2 – это витки катушки

3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.

Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки

Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.

Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

Отдалим витки катушки друг от друга

Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.

Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”. Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

Обозначение на схемах

Последовательное и параллельное соединение катушек

При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

А при параллельном соединении получаем вот так:

При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

Резюме

Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке: