سلف

سلف (L):

سلف یا سیم پیچ، سیم هادی معمولی است که پیچانده شده است. سلف المانی است که انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترومغناطیسی در خود ذخیره می کند. سلف از دو قسمت اصلی تشکیل شده است.

1. سیم پیچ: سیم پیچ از پیچیدن طول معینی از یک سیم هادی با روکش عایق بر روی یک پایه عایق شکل می گیرد:

1. هسته: قسمت است که درون سیم پیچ قرار می گیرد تا مسیر مناسبی برای میدان مغناطیسی فراهم آورد. در فرکانس های بالا 50Mhz به علت استفاده از سلف های با خود القایی کم، جنس هسته از هوا است.

در سلف های با خود القایی زیاد در صورتی که هسته از هوا باشد ابعاد سلف بزرگ می شود، بنابراین هسته ی مناسب در صنعت الکترونیک فریت ها هستند. در شکل زیر تعدادی از فریت های آماده برای سلف ها و ترانسفورماتورها نشان داده شده است.

از سیم پیچ ها در ساختمان ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی، فیلتر ها، بلندگو، میکروفون، گوشی و غیره استفاده می شود.

فریت: به طور کلی اصطلاح (فریت) به مواد سرامیکی ای گفته می شود که دارای خواص فرومغناطیس باشند. فریتی که در سلف ها بیش تر استفاده می شود در شمار فریت های نرم هستند.

میدان مغناطیسی سلف: هرگاه از یک سیم جریان عبور کند در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. اگر مقدار جریان ثابت باشد ، شدت میدان مغناطیسی در هر نقطه از اطراف سیم ثابت خواهد بود. همچنین در این حالت جهت میدان مغناطیسی نیز همواره ثابت خواهد بود . اما در صورتی که مقدار جریان متغیر باشد، در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد خواهد شد . یعنی در این حالت شدت و جهت میدان مغناطیسی پیوسته تغییر می کند. اما در هر حال شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده، در هر لحظه در نزدیکی سیم بیشتر است و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود . حال اگر یک سیم راست را پیچیده و به شکل فنر درآوریم ، با عبور جریان از آن، میدان مغناطیسی اطراف حلقه های این سیم پیچ با هم جمع شده و یک میدان مغناطیسی قوی تر را تشکیل می دهند که این میدان مغناطیسی شبیه به میدان مغناطیسی اطراف یک آهن ربای دائم می باشد. به این سیم پیچ ، بوبین یا سلف نیز می گویند . در شکل زیر علامت اختصاری سیم پیچ نمایش داده شده است.

1.  جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف یک سیم راست حامل جریان را می توان از قانون دست راست بدست آورد . بر اساس این قانون اگر مطابق شکل سیم راست حامل جریان را به گونه ای در دست راست بگیریم که انگشت شست در جهت جریان باشد ، جهت خم شدن چهار انگشت دیگر ، جهت میدان مغناطیسی در اطراف سیم را نشان می دهد .

1.  برای تعیین جهت میدان مغناطیسی در داخل یک سیم پیچ نیز می توان از قانون دست راست استفاده کرد . بر اساس این قانون اگر مطابق شکل سیم پیچ را طوری در دست راست بگیریم که جهت چهار انگشت در جهت جریان باشد ، انگشت شست جهت میدان مغناطیسی در داخل سیم پیچ را نشان می دهد. فلش های موجود در شکل جهت جریان در سیم پیچ را نشان می دهد .

زمانی که از یک هادی جریان متناوبی عبور می کند در یک نیم سیکل جریان متناوب ، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ایجاد می شود و سپس به تدریج از بین می رود . در نیم سیکل بعدی نیز میدان مغناطیسی در جهت مخالف ایجاد می شود و سپس به تدریج از بین می رود و این روند ادامه می یابد . زمانی که میدان مغناطیسی در حال ایجاد شدن است ، خطوط میدان مغناطیسی از مرکز هادی به طرف خارج گسترش می یابد و میدان مغناطیسی در حال گسترش به وسیله هادی قطع می شود و در نتیجه در دو سر هادی ولتاژی القا می شود . با کم شدن میدان مغناطیسی و قطع شدن خطوط میدان توسط هادی ، مجدداً ولتاژی در هادی القا می شود .

بنابراین افزایش و یا کاهش جریان در هادی ، سبب گسترش و یا فروکش کردن میدان مغناطیسی در اطراف هادی می شود و متناسب با تغییرات میدان ، ولتاژی در دو سر هادی القا می گردد . این خاصیت را خودالقایی می گویند . توجه داشته باشید که اگر جریان عبوری از هادی ثابت باشد ، میدان مغناطیسی ایجاد شده نیز ثابت خواهد بود و لذا ولتاژی در دو سر هادی القا نمی شود . ولتاژ القا شده در هادی دارای مقدار و جهت است . مقدار این ولتاژ به میزان تغییرات شدت میدان مغناطیسی و اندوکتانس هادی بستگی دارد . تغییرات میدان مغناطیسی نیز خود وابسته به سرعت تغییرات جریان و یا به عبارتی وابسته به فرکانس جریان و همچنین وابسته به مقدار جریان است . اما برای تعیین جهت ولتاژ القا شده در دو سر هادی از قانون لنز استفاده می شود .

قانون لنز: طبق قانون لنز جهت ولتاژ القایی همواره به گونه ای است که با عامل به وجود آورنده اش مخالفت می کند . یعنی هنگامی که جریان افزایش می یابد ، جهت ولتاژ القایی به گونه ای است که با افزایش جریان مخالفت می کند و هنگامی که جریان کاهش می یابد ، جهت ولتاژ القایی به گونه ای است که با کاهش جریان مخالفت می کند . بنابراین همواره ولتاژ داده شده به دو سر سیم پیچ با ولتاژ القا شده در سیم پیچ 180 درجه اختلاف فاز دارد . یعنی با زیاد و کم شدن ولتاژ داده شده به دو سر یک سیم پیچ در یک جهت ، ولتاژ القا شده در سیم پیچ در جهت مخالف آن زیاد و کم می شود.

اندوکتانس سیم پیچ: در مورد اندوکتانس سیم پیچ باید گفت که اندوکتانس مهمترین مشخصه یک سیم پیچ و در حقیقت یکی از خصوصیات فیزیکی یک سیم پیچ است که مقدار آن وابسته به جنس هسته سیم پیچ ، تعداد دور سیم پیچ ، طول سیم پیچ و سطح مقطع سیم پیچ است و طبق تعریف ، اندوکتانس هر سیم پیچ نشان می دهد که به ازای یک آمپر در ثانیه تغییر در جریان، چند ولت در سیم پیچ القا می شود. مقدار اندوکتانس هر سیم پیچ از رابطه زیر محاسبه می شود.

که در این رابطه µ پرمابلیته هسته و یا قابلیت نفوذپذیری هسته بر حسب هانری است و نشان دهنده توانایی هسته در متمرکز کردن خطوط میدان مغناطیسی در درون هسته است. پرمابلیته همه اجسام را نسبت به پرمابلیته هوا می سنجند. به این ترتیب که پرمابلیته هوا را یک فرض کرده و پرمابلیته دیگر اجسام را نسبت به آن می سنجند. یعنی به هر جسمی یک عدد به نام ضریب پرمابلیته نسبت می دهند که این عدد نشان دهنده این است که پرمابلیته این جسم چند برابر پرمابلیته هواست و از ضرب این عدد در پرمابلیته هوا، پرمابلیته آن جسم بدست می آید. در رابطه فوق همچنین A سطح مقطع هسته بر حسب متر مربع ،N  تعداد دور سیم پیچ و l طول سیم پیچ بر حسب متر می باشد.

با توجه به مطالب فوق ، ولتاژ القا شده در سیم پیچ از رابطه زیر بدست می آید .

یعنی میزان ولتاژ القایی برابر است با حاصلضرب اندوکتانس سیم پیچ در تغییرات لحظه ای جریان نسبت به زمان.

که در این رابطه XL مقاومت القایی سیم پیچ بر حسب اهم، 2π عدد ثابت،F فرکانس جریان عبوری از سیم پیچ بر حسب هرتز و L اندوکتانس سیم پیچ بر حسب هانری است .

شکل زیر پراکندگی میدان مغناطیسی اطراف یک سیم پیچ را نشان می دهد:

شکل زیر هم جهت جریان عبوری از سلف، سیم پیچ با هسته هوا را نشان می دهد:

مقدار القایی لحظه ای از رابطه زیر بدست می آید:

اتصال سیم پیچ ها به صورت سری یا موازی: اگر تعدادی سیم پیچ را همانند شکل زیر به صورت سری به یکدیگر وصل کنیم، اندوکتانس کل برابر مجموع اندوکتانس های موجود در مدار خواهد بود. یعنی داریم:

در این رابطه t ار کلمه total به معنای کل، گرفته شده است.

به عنوان مثال اگر در شکل بالا،L1=2mH و L2=3mH و L3=5mH باشند مقدار اندوکتانس کل چقدر است؟   

بنابراین مقدار اندوکتانس کل برابر با 10mH، می باشد.

همچنین در این حالت مقاومت القایی کل نیز برابر مجموع مقاومت های القایی تمامی سیم پیچ ها خواهد بود. یعنی داریم:

حال اگر سیم پیچ ها مطابق شکل زیر به صورت موازی به هم وصل شوند، اندوکتانس کل از رابطه زیر محاسبه می شود.

همانطور که از رابطه بالا مشاهده می شود در این حالت اندوکتانس کل، از تک تک اندوکتانس های سیم پیچ های مدار کمتر است.

به عنوان مثال اگر داشته باشیم L1=1mH - L2=4mH - L3=5mH مقدار اندوکتانس کل چقدر است؟

بنابراین مقدار اندوکتانس معادل برابر 690uH است که این مقدار از اندوکتانس تک تک سلف ها کمتر است.

همچنین در این حالت مقاومت القایی معادل از رابطه زیر بدست می آید.

که این رابطه نیز نشان می دهد که در این حالت مقاومت القایی کل، از مقاومت القایی تک تک سیم پیچ ها کمتر است.

       البته روابط بالا در صورتی برقرار هستند که بین سیم پیچ ها، القای متقابل وجود نداشته باشد. القای متقابل زمانی به وجود می آید که دو سیم پیچ طوری در نزدیکی یکدیگر قرار گیرند که میدان مغناطیسی متغیر تولید شده توسط هر یک از سیم پیچ ها، سیم پیچ دیگر را قطع کند و سبب تغییر میدان مغناطیسی آن سیم پیچ و در نتیجه تغییر اندوکتانس و ولتاژ القا شده در آن گردد. در این صورت روابط مربوط به اندوکتانس و مقاومت القایی که در بالا بیان شد، صادق نبوده و نیاز به تغییراتی پیدا می کنند. برای مشخص کردن میزان القای متقابل بین دو سیم پیچ، پارامتری به نام اندوکتانس متقابل به این صورت تعریف می شود که هرگاه جریانی با نرخ تغییر یک آمپر بر ثانیه، ولتاژی برابر با یک ولت در سیم پیچ القا کند، اندوکتانس متقابل دو سیم پیچ برابر با یک هانری می باشد. مقدار اندوکتانس متقایل دو سیم پیچ بستگی به اندوکتانس هر یک از سیم پیچ ها و همچنین ضریب کوپلاژ بین دو سیم پیچ دارد و از رابطه زیر بدست می آید .

      که در این رابطه L1 و L2 اندوکتانس های هر یک از دو سیم پیچ و K ضریب کوپلاژ است. ضریب کوپلاز پارامتری بدون واحد است که می تواند مقداری بین صفر و یک داشته باشد. هرگاه کلیه خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم پیچ، از سیم پیچ دیگر عبور کند مقدار K برابر یک و چنانچه دو سیم پیچ کاملاً از هم دور باشند و یا طوری قرار گرفته باشند که خطوط میدان مغناطیسی هیچ یک از آنها از دیگری عبور نکند، مقدار K صفر خواهد بود.

این شکل برش داده شده یک ترانس و

نحوه قرار گیری سیم پیچ ها و عایق ها

را نشان می دهد:

شکل جدید سلف ها در مدارات دیجیتال :  

     امروزه در برخی از مدارات دیجیتال بدلیل استفاده مکرر از سلف ها با مقدار مشخص و کوچک تر شدن مدارات الکترونیکی، از نوعی سلف های آماده که شبیه مقاومت می باشند استفاده می کنند، که برای نشان دادن مقدار شان از کد های رنگی مانند مقاومت ها بهره می گیرند.این سلف ها نیز بصورت SMD، هم ساخته می شوند، اگر چنین نبود تلفن های همراه امروزی بسیار بزرگتر از ابعاد امروزی بودند. راه دیگری هم برای کوچک کردن ابعاد برد الکترونیکی که در آن از سلف بهره گرفته شده وجود دارد که آن ترسیم کردن سلف ها برروی مس فیبرمدارچاپی می باشد.

تشخیص معیوب بودن سلف یا سیم پیچ ها:  

در این حالت معمولاً اگر سلف باشد می شود از شکل ظاهری آن به معیوب بودنش پی برد زیرا سیم سلف یا بوبین در این وظیعت تغییر رنگ داده و تیره می شود. با تعویض آن با سلف یا سیم جدید می شود رفع عیب کرد، ممکن است که سلف آماده در بازار پیدا نشود باید بصورت دست ساز آن را بسازید در این حالت دقت کنید چون یک میلی متر خطا در هنگام پیچاندن سیم پیچ ممکن است باعث کارنکردن مدار مورد نظر شود. در ترانسفورماتور ها ممکن است آسیب دیدگی در زیر لایحه های سیم پیچ مخفی شده باشد در این حالت باید توسط مولتی متر ترانس مورد نظر را بررسی نمود، ابتدا کلید سلکتور مولتی متر را برروی وضعیت بررسی اتصال کوتاه یا همان بوق قرار داده دوسیم آن را به سر سیم های خارج شده از ترانس وصل نمایید قبلاً اتصال برق یا تغذیه ترانس را قطع کنید تا به مولتی متر شما آسیب نرسد، باید مولتی متر شما اهمی را نشان دهد اگر چنین نبود؟ روکش کاغذی روی ترانس را برداشته و مجدد اتصال سیم های مولتی متر را مستقیم به سر سیم مسی که کمی از روکش آن با شعله کبریت یا فندک برداشته شده متصل نمایید اگر بازهم اهمی نشان داده نشد عیب از داخل سیم پیچ بوده در این حالت اگر ترانس شما جریان بالا بود و ارزش سیم پیچی جدید داشت سیم آسیب دیده را تعویض کنید اگر که نه یک ترانس جدید جایگزین ترانس آسیب دیده کنید چون قیمت این ترانس نو از تعویض سیم پیچ کمتر است.

نسخه ی pdf قابل دانلود این صفحه:

لینک دانلود:

http://s3.picofile.com/file/7368053331/Electronic_Self_Inductor_002_.zip.html

رمز فایل: www.Project-esisis.com

راھنمای دانلودگزارش خرابی لینک