سلف یا القاگر چیست؟

این بار می‌خواهیم شما را با قطعه‌ی مهم دیگری در دنیای برق و الکترونیک آشنا کنیم،  و آن سلف یا سیم پیچ یا القاگر ها هستند. سلف یا القاگر ها یک قطعه‌ی پسیو دو سر است که هنگامی که جریان از آن می‌گذرد انرژی الکتریکی را به طور موقت در قالب یک میدان مغناطیسی در خود ذخیره می‌کند و مهم‌ترین مشخصه‌ی آن این است که در برابر تغییر جریان مدار مخالفت می‌کند.

قوانین فیزیک برای القای مغناطیسی

کمی باهم تئوری بخونیم و بعد بریم بریم سر مطالب پرکاربردتر و البته اگر دوست داشتید این موارد را رد کنید و کمی برید پایین تر از قسمت شکل ظاهری سیم پیچ ها ادامه دهید.

قانون القای الکترومغناطیسی فارادی

بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، زمانی که شدت جریان عبوری از یک سیم‌پیچ تغییر می‌کند، میدان مغناطیسی متغیر با زمانی که در آن وجود دارد، ولتاژی در دو سر آن ایجاد می‌کند.

قانون لنز

هم‌چنین بر اساس قانون لنز، جهت نیروی محرکه الکتریکی(EMF) القایی در جهت مخالفت با تغییرات جریانی است که آن را ایجاد کرده(یعنی به این نحو که اگر جریان عبوری از سیم‌پیچ در حال کاهش است، این نیرو در جهتی عمل می‌کند که از کاهش جریان جلوگیری کند و اگر جریان در حال افزایش است، نیرو در جهتی قرار خواهد گرفت که مانع افزایش جریان شود.)  بنابراین جهت EMF ایجاد شده برعکس جهت ولتاژ اعمال شده به دو سر سیم‌پیچ است.  این یکی از ویژگی‌های سیم‌پیچ‌هاست.

شکل ظاهری یک سیم‌پیچ

در تصویر زیر می‌بینید که شکل ظاهری یک سیم‌پیچ چگونه است.

یک ویژگی دیگر سلف یا سیم‌پیچ این است که هر مولفه‌ی AC را که در سیگنال DC وجود داشته باشد مسدود و حذف می‌کند.

گاهی اوقات سیم‌پیچ ‌ها را به دور یک هسته می‌پیچند، مثلا هسته فریت. در این صورت شکل ظاهری آن‌ها مانند تصویر زیر خواهد بود.

تصویر بعدی هم ساختمان یک القاگر را نشان می‌دهد که قسمت‌های مختلف آن مشخص شده‌اند.

نمادهای سلف یا القاگر

نماد مداری انواع مختلف القاگرها را می‌بینید که به ترتیب از چپ به راست، القاگر با هسته هوا (بدون هسته)، القاگر با هسته آهنی، القاگر با هسته فریت و القاگر با هسته متغیر هستند.

ذخیره سازی انرژی

یکی از اصول اولیه الکترومغناطیس این است که عبور جریان الکتریکی از یک سیم‌پیچ باعث تولید یک میدان مغناطیسی در آن می‌شود که در راستای عمود بر راستای جریان است. این میدان تا نقطه‌ی مشخصی متناسب با جریان رو به رشد است و پس  از آن به ثبات می‌رسد که به این معناست که اندوکتانس سلف دیگر تغییر نمی‌کند. اگر جریان عبوری متوقف شود، میدان مغناطیسی متناظرش به تدریج کاهش می‌یابد تا به صفر برسد. یعنی انرژی مغناطیسی دوباره تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود. به همین دلیل است که می‌گوییم ذخیره انرژی در سیم‌پیچ به صورت موقتی است.

به عنوان یکی از کاربردهای سلف میتوانید مطلب فیلتر EMI  را بخوانید.

چگونگی عملکرد سیم‌پیچ

بر اساس اصول القای الکترومغناطیسی، هر جریان الکتریکی متغیر گذرنده از یک سیم‌پیچ، یک میدان مغناطیسی در حوالی آن ایجاد می‌کند که خطوط آن عمود بر راستای عبور جریان ‌اند. در عین حال، هر میدان مغناطیسی متغیری نیز، در سیم‌پیچی که در میدانش وجود داشته باشد، جریانی القا می‌کند به طوری که راستای این جریان عمود بر راستای خطوط میدان است.

بنابراین، اگر ما یک القاگر را در نظر بگیریم که از سیم‌پیچی رسانا تولید شده است، زمانی که مقداری جریان از این القاگر عبور کند، یک میدان مغناطیسی عمود بر خود در القاگر ایجاد می‌کند. در تصویر زیر القاگر، جهت جریان و میدان ایجاد شده را می‌بینید.

پس حالا ما در این‌جا یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان داریم که خود باعث تولید یک جریان در سیم‌پیچ می‌شود اما جهت این جریان با جهت جریان اصلی ایجاد کننده میدان، مخالف است.

اگر جریان تولید شده را I_m  یا جریان القایی بنامیم به معنی جریانی که توسط میدان مغناطیسی القا شده تولید شده است، و میدان مغناطیسی را هم β بنامیم، در تصویر زیر خلاصه‌ی‌ اتفاقات توضیح داده شده را می‌بینید.

شدت جریان القایی متناسب با تغییرات میدان مغناطیسی افزایش می‌یابد. میدان مغناطیسی نیز متناسب با تغییر فرکانس منبع ورودی انرژی می‌گیرد. به این ترتیب هرچه جریان ورودی جریان ac با فرکانس بالاتری باشد، جریان القایی منتج شده نیز شدت بیشتری در جهت مخالفت با عامل ایجاد متغیر خود خواهد داشت.

یعنی جریان القایی تلاش می‌کند تا مولفه ac فرکانس بالای جریان ورودی که می‌خواهد از سیم‌پیچ عبور کند را متوقف کند که به نوعی به معنای مسدود یا حذف کردن آن است.

این مطلب مرتبط را نیز بخوانید :انتخاب سلف مناسب در طراحی مدارات الکترونیکی

خیلی ممنون از اینکه مطالب پایه الکترونیک را از وبسایت میکرودیزاینرالکترونیک مطالعه میکنید ، با نظرات خود ما را در نوشتن مطالب بهتر یاری کنید. برای نوشتن نظر اینجا کلیک کنید.همچنین جلسات قبلی و بعدی را از اینجا و یا لینک های زیر ⇓ دنبال کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.

مطالعه دیگر جلسات این آموزش

<< جلسه قبلی                    جلسه بعدی >>