Бифилярная катушка — это электромагнитная катушка , которая содержит две близко расположенные параллельные обмотки. В электротехнике слово «бифилярный» описывает провод , который сделан из двух нитей или прядей. Обычно оно используется для обозначения специальных типов обмоточных проводов для трансформаторов . Провод можно приобрести в бифилярной форме, обычно в виде разноцветных эмалированных проводов, соединенных вместе. Для трех прядей используется термин «трифилярная катушка» .
Параллельно-намотанная, последовательно соединенная бифилярная катушка — это то, как Никола Тесла запатентовал ее (512340). Таким образом, емкость между параллельными обмотками заряжается за счет увеличенной разницы напряжений (1/2 напряжения питания) между последовательно соединенными обмотками. Это позволяет катушке удерживать значительно большее количество энергии в своем электрическом поле и резко снижает резонансную частоту катушки.
Некоторые бифиляры имеют смежные катушки, в которых витки расположены так, что разность потенциалов увеличивается (т. е. ток течет в одном и том же параллельном направлении). Другие намотаны так, что ток течет в противоположных направлениях. Магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, поэтому равно и противоположно полю, создаваемому другой, что приводит к чистому магнитному полю, равному нулю (т. е. нейтрализующему любые отрицательные эффекты в катушке). В электрических терминах это означает, что самоиндукция катушки равна нулю.
Бифилярная катушка (чаще называемая бифилярной обмоткой ) используется в современной электротехнике как средство построения проволочных резисторов с пренебрежимо малой паразитной самоиндукцией. [1]
Другой тип бифилярной катушки используется в некоторых обмотках реле и трансформаторах, используемых для импульсного источника питания для подавления обратной ЭДС . В этом случае две катушки провода расположены близко друг к другу и намотаны параллельно, но электрически изолированы друг от друга. Первичная катушка приводится в действие для управления реле, а вторичная катушка замыкается накоротко внутри корпуса. Когда ток через первичную обмотку прерывается, как это происходит при выключении реле, большая часть магнитной энергии перехватывается вторичной катушкой, которая преобразует ее в тепло на своем внутреннем сопротивлении. Это только один из нескольких методов поглощения энергии из первичной катушки до того, как она сможет повредить устройство (обычно уязвимый полупроводник ), которое управляет реле. Основным недостатком этого метода является то, что он значительно увеличивает время переключения реле.
При использовании в коммутационном трансформаторе одна обмотка бифилярной катушки используется как средство удаления энергии, накопленной в рассеянном магнитном потоке , который не может связать первичную катушку со вторичной катушкой трансформатора. Из-за их близости провода бифилярной катушки оба «видят» один и тот же рассеянный магнитный поток. Один провод обычно зажимается на земле диодом , так что когда другой «первичный» провод бифилярной катушки больше не имеет напряжения, приложенного к нему переключающим транзистором, рассеянный магнитный поток генерирует ток в зажимной катушке с первичным напряжением, появляющимся на нем, вызывая появление равного напряжения на первичной обмотке. Если бы эта зажимная катушка не использовалась, рассеянный магнитный поток пытался бы заставить ток течь через первичный провод. Поскольку первичный провод выключен, а переключающий транзистор находится в состоянии высокого сопротивления , высокое напряжение, которое возникло бы на полупроводниковом переключающем транзисторе, превысило бы его электрический пробой или даже повредило бы его.
Бифилярные катушки создают индуктивность в общем режиме, но не создают индуктивности в дифференциальном режиме. Катушки в такой комбинации широко используются для устранения входа или выхода сигналов общего режима из электронных сигнальных цепей. Такое расположение используется в передающих и приемных магнитных полях кабелей Ethernet [2] и, в частности, в форме ферритовой бусины, закрепленной снаружи кабелей USB, питания ноутбука и HDMI.
Немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер использовал бифилярную катушку в своем электродинамометре 1848 года . [3] Крупные образцы использовались в «Электромагнитной батарее» изобретателя Дэниела Макфарланда Кука 1871 года [4] и в экспериментах Николы Теслы с высокочастотной мощностью в конце 1800-х годов. [5] Никола Тесла запатентовал бифилярную катушку 9 января 1894 года, назвав ее «Катушкой для электромагнитов». [5]
