سلف چیست؟
القاگر القاگر یا چوک قطعه‌ای انفعالی، تاثیر پذیر است. این قطعه از پیچیده شدن سیم به دور هسته به وجود می‌آید و با ایجاد رابطه‌ای که از طریق عبور جریان الکتریکی بین الکتریسیته و مغناطیس به وجود می‌آید تا بتوان از این ارتباط استفاده کرد. در مقاله آموزشی درباره الکترومغناطیس شاهد این موضوع بودیم زمانی که یک جریان الکتریکی از سیم رسانا عبور می‌کند، شار مغناطیسی حول رسانا به وجود می‌‌‌آید. این پدیده رابطه‌ای را بین جهت شار مغناطیسی که حول رسانا می‌چرخد و جهت جریان الکتریکی  که از داخل آن عبور می‌کند ایجاد می‌کند. به رابطه‌ای که بین جهت شار مغناطیسی و جریان عبوری شکل می‌گیرد قانون دست راست فلمینگ گفته می‌شود. ولتاژ ثانویه‌ای که به‌وسیله حرکت شار مغناطیسی روی سیم‌پیچ القا می‌شود، مقابل هر تغییری در جریان الکتریکی عبوری از آن مقاومت می‌کند؛ این مسئله یکی از ویژگی‌های مهم پیچیده شدن سیم دور یک هسته یا القاگر است. در پایه‌ترین فرم و شکل، یک القاگر چیزی جز سیم‌پیچ پیچیده شده‌ای حول یک هسته مرکزی نیست. حول بسیاری از سیم‌پیچ‌ها یک جریان عبوری درون سیم (i) و یک شار مغناطیسی (NΦ) به‌وجود می‌‌آید که با جریان الکتریکی متناسب‌ است.   القاگرها از پیچیده شدن محکم و نزدیک به هم سیم‌ها حول یک هسته مرکزی که می‌تواند یک حلقه یا لوله استوانه‌ای باشد تشکیل شده‌اند. این هسته به متمرکز شدن شار مغناطیسی کمک می‌کند. سمبل شماتیکی القاگر به صورت پیچه‌ای از سیم‌ها است که براساس هسته داخلی که دور آن سیم‌پیچی شده است دسته‌بندی می‌شوند. برای مثال هسته خالی (هوای آزاد)، هسته آهنی جامد یا هسته فریت نرم نمونه‌هایی از هسته داخلی هستند. تفاوت‌های هسته سیم‌پیچ‌ها در سمبل‌های هسته‌ای، مداری یا شماتیکی با خط‌چین‌های موازی یا خط‌های پیوسته موازی به صورت زیر نمایش داده می‌شود (شکل ۲)   ******* میدان مغناطیسی حاصل شده از عبور جریان متناسب با جریان می‌باشد. جریان (i) که از القاگر عبور می‌کند باعث به‌وجود آمدن شار مغناطیسی می‌شود که متناسب با جریان است. برخلاف خازن‌ها که در مقابل تغییر ولتاژ بین پایه‌ها و صفحاتش مقاومت می‌کرد یک القاگر یا یک سیم‌پیچ در مقابل تغییر جریان عبوری از خود مخالفت یا مقاومت نشان می‌دهد به دلیل انرژی القا‌شده درون میدان مغناطیسی درون خود.   به بیان دیگر مقاومت‌ها در برابر تغییرات جریان مقاومت نشان می‌دهند اما به سادگی جریان dc  را از خود عبور می‌دهند. این توانایی که گفته شد که در جریان و متعاقبا شار مغناطیسی (NΦ) اثر می‌گذارد و مرتبط است، اندوکتانس و القاگری نامیده می‌شود که با L نشان می‌دهند و واحد آن هانری (H) است به احترام جوزف هانری. از آنجایی که هانری یک واحد نسبتا بزرگی است، از زیرواحدهای‌ کوچک‌تر آن برای نشان دادن مقدار استفاده می‌کنیم. (شکل ۳ و جدول) تیتر پیشوند های اندوکتانس برای نشان دادن واحدهای کوچکتر هانری می‌توانیم از مثال‌های زیر استفاده کنیم: 1mH = 1 milli-Henry‌ 100μH = 100 micro-Henry     ***** القاگرها قطعات خیلی معمولی در مدارهای الکترونیکی هستند که فاکتورها و عوامل زیادی در اندوکتانس یا القاکنندگی سیم پیچ نقش دارند مانندشکل سیم پیچ، تعداد دورهای سیم های عایق شده، تعداد لایه های سیم، فضای یا فاصله بین دورها، ضریب تراوایی یا نفوذپذیری مغناطیسی مواد هسته، ابعاد یا سطحح مقطع یا مساحت هسته و…   یک القاگر مساحت هسته مرکزی(A) ، تعداد دورهای سیم به واحد طول(L)  دارد. بنابراین یک القاگر با n دور سیم پیچ که دارای شار مغناطیسی(fi)  میباشد، رابطه nfi رو تشکیل میدهد و هر جریان(i) که از سیم پیچ عبور میکند باعث به وجود آمدن و القاشدن شار مغناطیسی خلاف جهت جریان الکتریکی خواهد شد. بنابراین طبق قانون فارادی هر تغییری در شار مغناطیسی باعث به وجود آمدن ولتاژ خود القاشده در سیم پیچ خواهد شد. طبق فرمول زیر(شکل ۴) توضیح داده میشود که در این فرمول N تعداد دور سیم پیچ است.A مساحت سطح مقطع هسته به متر مکعب میباشد fi یونانی مقدار شار مغناطیسی بر واحد وبر میباشد. میکرو ضریب نفوذپذیری هسته است و L طول سیم به واحد متر است و دی آی تقسیم بر دی تی نرخ تغییرات جریان به واحد آمپر بر ثانیه میباشد. تغییرات میدان مغناطیسی متغییر باعث القاشدن ولتاژی متناسب با نرخ تغییرات جریان (سازنده میدان مغناطیسی) خواهد شد که مقدار مثبتی دارد در زمانی که افزایش پیدا می‌کند و مقدار منفی دارد زمانی که کاهش پیدا می‌کند. پس مغناطیسی متغیر باعث القاشدن ولتاژی متناسب با نرخ تغییرات جریان خواهد شد (سازنده همان مغناطیسی) که در افزایش میدان مغناطیسی با مقدار مثبت نشان داده می‌شود و کاهش آن‌ها نیز با مقدار منفی نشان داده می‌شود. رابطه بین شار مغناطیسی و جریان عبوری از القاگر و سیم‌پیچ با فرمول زیر نشان داده می‌شود: معادله مربوط به ولتاژ خودالقاشده در سلف را می‌توان با جای‌گذاری L به جای فرمول که نشان‌دهنده اندوکتانس سلف است تغییر داد و کوتاه‌تر کرد. فرمول مستطیل زرده به وجود می‌آید. در این فرمول L ضریب خودالقاگری است، DI/DT  نرخ تغییرات جریان است پس طبق این معادله یا فرمول می‌توانیم بگوییم که EMF خود القاشده ولتاژ خودالقاشده برابر است با القاگری* نرخ تغییرات جریان و سیم‌پیچی که دارای القاگری یک هانری می‌باشد زمانی که نرخ تغییرات جریان عبوری از آن یک آمپر بر ثانیه است یک ولت EMF (الکتروموتیو فورس یا نیروی برق‌رانی) القا خواهد کرد. *13 نکته مهم درباره معادله بالا وجود دارد اینکه فقط زمانی ولتاژ القایی در دو سر سلف تولید می‌شود که جریانی که از سلف عبور می‌کند یا رد می‌شود دارای تغییرات باشد. اگر این جریان تغییر نکند مانند یک جریان dc ثابت ولتاژ القاشده دو سر سلف صفر خواهد بود|؛ زیرا نرخ تغییر آنی جریان صفر خواهد بود. *14 زمانی که جریان ثابت dc از سلف عبور کند که ولتاژ دو سر آن صفر خواهد بود، سلف یا سیم‌پیچ مانند یک اتصال کوتاه یا یک تکه سیم عمل می‌کند یا دارای یک مقاومت خیلی کوچکی است. به عبارت دیگر جریان عبوری از سلف بین مدارهای ac و dc متفاوت است. ثابت زمانی یک سیم‌پیچ یا القاگر همه می‌داتیم در یک القاگر جریان به صورت آنی یا لحظه‌ای تغییر پیدا نمی‌کند زیرا برای اتفاق افتادن آن جریان باید به مقدار محدودی در زمان صفر ثانیه تغییر کند که این معادله         di/dt(نرخ تغییر جریان)  را بی‌نهایت می‌کند در نتیجه ولتاژ القایی بی‌نهایت خواهد بود و ما می‌دانیم که بی‌نهایت وجود ندارد اگر جریان عبوری از القاگر خیلی سریع تغییر پیدا کند مانند عملکرد یک کلید، ولتاژ بالایی می‌تواند دو سر سیم‌پیچ القا شود. شکل زیر را درنظر بگیرید. اگر سوئیچ s1 باز باشد هیچ جریانی از القاگر عبور نمی‌کند بنابراین نرخ تغییرات جریان )di/dt) صفرخواهد بود. در نتجه ولتاژ القایی دو سر سلف نخواهیم داشت یعنی vl=0 *15 حالا اگر کلید را ببندیم جریان در مدار جاری خواهد شد و کم کم به ماکزیمم مقدار خود خواهد رسید که این مقدار توسط ظرفیت القاکنندگی القاگر یا سیم‌پیچ مشخص می‌شود. این نرخ تغییر جریان عبوری از سیم پیچ ضربدر ظرفیت القاکنندگی یا اندوکتانس سیم‌پیچ به واحد هانری  باعث به وجود آمدن ولتاژ القایی (emf) در دو سر سیم پیچ خواهد شد. طبق معادله زیر ولتاژ القا شده در دو سر سیم پیچ (vl) تا زمان رسیدن به ماکزیمم مقدار خود و شرایط ثابت، در مقابل ولتاژ اعمال‌شده به دو سر مدار مقابله می‌کند. حالا جریان عبوری از سیم‌پپیچ توسط مقدار راکتانس سیم‌های پیچیده‌شده تعیین می‌شود. زیرا در شرایط ثابت، نرخ تغییرات جریان به زمان di/dt صفر خواهد بود، این راکتانس نیز صفر می‌شود به عبارت دیگر فقط مقاومت سیم‌پیچ‌ها در جریان dc  می‌تواند با جریان عبوری از مدار مقاومت یا مخالفت کند. زمانی که کلید دوباره باز شود جریان ذخیره شده در سلف کم کم تخلیه می‌شود و سیم‌پیچ مقابل این تغییر جریان ولتاژ ذخیره‌شده در خود را در خلاف جهت القا می‌کند. شیب تخلیه منفی خواهد بود و متناسب با اندوکتانس سیم‌پیچ خواهد بود. **16 مقدار ولتاژ القاشده در سلف به تغییرات جریان بستگی دارد. در مقاله آموزشی مربوط به القای الکترومغناطیسی طبق قانون لنز: جهت ولتاژ القاشده در سلف همیشه بر خلاف تغییرات جریانی است که باعث این تغییرات می‌شود یا به عبارت دیگر جهت ولتاژ القاشده خلاف تغییراتی است که در مرحله اول باعث ذخیره شدن انرژی در سلف شده است بنابراین با کم شدن جریان، کلریته قطبیت ولتاژ به عنوان یک منبع تغذیه عمل می‌کند با زیاد شدن جریان قطبیت ولتاژ به عنوان یک بار مصرفی (load) عمل می‌کند. پس برای نرخ ثابت جریان عبوری از سیم‌پیچ چه افزایشی و چه کاهشی باشد بزرگی و مقدار ولتاژ القاشده دو سر سلف یکسان خواهد بود.   *18 مثال شماره یک از القاگر یک جریان ثابت dc چهار آمپری از یک القاگر سلولوئید (القاگر سیم‌‌پیچی) دایره‌ای 0.5 هانری عبور می‌کند. زمانی که کلید برای ۱۰ میلی‌ثانیه در مدار شماتیک بالا باز بماند، چه ولتاژی در دو سر سلف القا خواهد شد زمانی که جریان عبوری از سلف یا القاگر به صفر آمپر می‌رسد. تغذیه در یک القاگر ما می‌دانیم که یک القاگر در مدار با جریان عبوری از مدار مخالفت یا مقاومت می‌کند (i) زیرا عبور جریان یک ولتاژ القایی را در سلف ایجاد می‌کند که با جریان عبوری از آن مقاومت یا مخالفت می‌کند. (قانون لنز) در نتیجه ما به یک منبع تغذیه خارجی (یک باتری) نیاز داریم که باعث جاری شدن جریان الکتریکی در مقابله با این ولتاژ القایی مخالف ایجاد کند. در نتیجه ما یک منبع تغذیه خارجی می‌خواهیم برای جاری شدن جریان الکتریکی برای مقابله با ولتاژ القایی مخالف در دو سر سلف. یک القاگر ایده‌آل هیچ مقاومتی ندارد. r=0 اهم بنابراین هیچ توانی در سیم‌پیچ تلف نمی‌شود.   ***19 انرژی در یک القاگر زمانی که برق (جریان) از القاگر عبور می‌کند، در داخل میدان مغناطیسی آن انرژی ذخیره می‌شود. زمانی که جریان عبوری از القاگر روبه افزایش است و di/dt از صفر بیشتر می‌شود توان آنی مدار هم باید بیشتر از صفر شود. ( P > 0 ) این به این معنا است که توان در مدار مثبت خواهد شد که یعنی انرژی در سلف یا القاگر در حال ذخیره شدن است. همچنین اگر جریان عبوری از القاگر روبه کاهش باشد di/dt کمتر از صر خواهد بود و ( P < 0 ) خواهد شد که این به این معنا است که توان در مدار منفی خواهد شد یعنی القاگر دارد انرژی را  در مدار تخلیه می‌کند. که w به واحد ژول است، L هانری و I آمپر است. به این نکته توجه داشته باشید که انرژی مغناطیسی کل همیشه مثبت خواهد شد. انرژی در میدان مغناطیسی که توسط جریان عبوری در اطراف القاگر شکل گرفت ذخیره می‌شود. بنابراین زمانی که جریان الکتریکی از القاگر عبور می‌کند در محور القاگر یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که انرژی در آن میدان مغناطیسی ذخیره می‌شود. در یک القاگر یا سلف ایده‌آل که هیچ مقاومت و ظرفیت خازنی ندارد، وقتی که جریان افزایش پیدا می‌کند انرژی در داخل میدان مغناطیسی القاگر بدون هیچ اتلافی ذخیره می‌شود و تا زمانی که میدان مغناطیسی از بین نرود و جریان کاهش پیدا نکند این انرژی در مدار تخلیه نمی‌شود. بنابراین در جریان متناوب AC  القاگر به طور مداوم در حال ذخیره‌سازی و تخلیه انرژی در هر سیکل است. اگر جریان عبوری از القاگر ثابت باشد همان‌طور که در مدار DC است هیچ تغییری در انرژی ذخیره شده در سلف ایجاد نمی‌شود؛ زیرا P=LI و (DI/DT=0) بنابراین القاگرها قطعات یا المان‌های پسیو یا افعالی هستند؛ زیرا می‌توانند انرژی را در مدار ذخیره کنند و هم در مدار تزریق کنند اما نمی‌توانند انرژی را تولید کنند. یک القاگر ایده‌آل به این  معنا است که انرژی را به صورت نامحدود در خود ذخیره کند بدون اینکه انرژی تلف شود. اگر چه القاگرها یا سلف‌های واقعی مقاومت ناچیزی به دلیل پیچیده‌شدن سیم‌ها از خود نشان می‌دهند و هر زمانی که جریان از آن‌ها عبور کند اتلاف انرژی به صورت گرما خواهد بود.بنابر قانون اهم  P = I2 R  بدون در نظر گرفتن اینکه چه جریان متناوب باشد یا ثابت، DC باشد یا AC کاربردهای اساسی و مهم القاگرها در مدارهای فیلترینگ، مدارات رزونانسی و محدودسازی جریان است. یک القاگر می‌تواند در مدارها برای سد کردن یا بلاک کردن تغییر شکل جریان متناوب یا تغییر شکل در برد و دامنه فرکانس‌های سینوسی، استفاده می‌شود و می‌تواند در نقش یک تنظیم‌کننده ساده گیرنده رادیویی یا تنظیم‌کننده انواع نوسان‌سازها می‌تواند این نقش را ایفا کند. بنابراین اولین و اساسی‌ترین کاربرد آن در مدارهای فیلترینگ مدارهای فیلترینگ، مدارات رزونانسی و محدود کردن جریان است. در کاربردهای بعدی سد کردن یا تغییر شکل دادن در جریانات متناوب یا تغییر شکل در برد و دامنه فرکانس‌های سینوسی و همچنین به عنوان تنظیم‌کننده ساده یک گیرنده رادیویی یا‌ انواع نوسان‌سازها کاربرد دارد و می‌تواند از وسایل و قطعات در برابر  ولتاژ‌های مخرب سوزنی شکل و جریانات ناگهانی شدید محافظت کند. در مقاله اموزشی بعدی درباره القاگرها خواهیم دید که مقاومت موثر یا مقاومت درونی یک سیم‌پیچ یا سلف اندوکتانس نامیده می‌شود که یکی از خصوصیت‌های یک رسانه الکتریکی است که در مقابل تغییرات ناگهانی در جریان مخالفت می‌کند که می‌تواند از داخل القا شود که می‌گویند اندوکتانس داخلی یا می‌تواند خارجی القا شود که به آن اندوکتانس دوجانبه یا مشترک می‌گویند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *