ظرفیت القای مغناطیسی  

ظرفیت القای مغناطیسی نامی است که به ویژگی یک جز داده می‌شود که با تغییر جریان از‌طریق آن مخالف است.

 حتی یک تکه سیم مستقیم دارای مقداری اندوکتانس خواهد بود.

سلفها این کار را با تولید یک emf ناشی از خود در‌نتیجه تغییر میدان‌مغناطیسی ایجاد شده در خود انجام می‌دهند.

در یک مدار الکتریکی،‌هنگامی که نیروی emf در همان مدار ایجاد می‌شود که جریان در آن تغییر می‌کند،‌خودالقایی نامیده می‌شود.

 (L) ، اما گاهی اوقات معمولا back-emf نامیده می‌شود، همان طور که قطبیت آن در جهت مخالف ولتاژ اعمال‌شده می‌باشد.

هنگامی که emf به یک مؤلفه مجاور واقع در‌همان میدان‌مغناطیسی القا می‌شود‌،‌گفته می‌شود که emf توسط القاء متقابل القا می‌شود.

 (M) و القاء متقابل اصلی ترین عامل اصلی ترانسفورماتورها ، موتورها ، رله ها و غیره است.

یک مورد خاص از استقرا متقابل است .

از آنجا که در یک مدار منفرد ساخته شده ایجاد می‌شود‌،‌ما عموماً خود القایی را به سادگی‌، ‌القای مغناطیسی می‌نامیم.

واحد اصلی اندازه گیری برای استقراء ، هنری ، (H) پس از جوزف هنری نامیده می شود.

اما واحدهای وبرز در هر آمپر را نیز دارا می باشد (1 H = 1 Wb / A).

قانون لنز به ما می گوید که یک EMF القا شده جریان را به جهتی تولید می کند که مخالف تغییر شار است که در وهله ی اول باعث ایجاد Emf ، اصل عمل و واکنش می شود.

سپس ما می‌توانیم به طور دقیق Inductance را به صورت زیر تعریف کنیم:

تعریف ظرفیت القای مغناطیسی:

“‌یک سیم‌پیچ دارای مقدار اندوکتانس یک هنری خواهد بود هنگامی که یک ولت القا شده در سیم‌پیچ، جریان جاری در سیم‌پیچ را با نرخ یک آمپر / ثانیه تغییر می‌دهد.”

به عبارت دیگر:

یک سیم‌پیچ دارای یک سلف‌(L)‌یک هنری‌(H)‌است که در آن جریان سیم‌پیچ با نرخ یک آمپر‌/ثانیه (A / s) جریان می‌یابد.

این تغییر باعث می‌شود ولتاژ یک ولت (vl)در آن ایجاد شود.

از این رو نمایش ریاضی نرخ تغییر جریان از‌طریق یک سیم‌پیچ زخم در واحد زمان به صورت زیر مشخص می‌شود:

اینجا: di تغییر در جریان در آمپر و dt زمان صرف‌شده برای این جریان برای تغییر در ثانیه است.

سپس ولتاژ القا شده در یک سیم‌پیچ (vl)با یک اندوکتانس L Henries به عنوان نتیجه این تغییر در جریان به صورت زیر بیان می‌شود:

توجه داشته‌باشید که علامت‌منفی نشان می‌دهد که ولتاژ‌ناشی از تغییر‌جریان از‌طریق سیم‌پیچ در هر‌واحد زمان (di / dt) مخالف است.

بنابراین، از معادله بالا، اندوکتانس یک سیم‌پیچ می‌تواند به صورت زیر ارایه شود:

اندوکتانس سیم پیچ

اینجا: L اندوکتانس در هنری است و ولتاژ بین سیم‌پیچ و di/ DT جریان تغییر جریان در آمپر در ثانیه، (A / s) است.

ظرفیت القای مغناطیس ، L در واقع معیاری از مقاومت در برابر القا کننده ها در برابر تغییر جریان در جریان مدار است و هرچه مقدار آن در هنری بزرگتر باشد ، میزان تغییر جریان پایین تر خواهد بود.

ما از آموزش قبلی درباره سلف‌ها می‌دانیم وسایلی هستند که می‌توانند انرژی خود را در قالب یک میدان‌مغناطیسی ذخیره کنند.

سلف ها از حلقه های جداگانه سیم ساخته می شوند تا سیم پیچ تولید کنند.

اگر تعداد حلقه های داخل کویل افزایش یابد‌،‌برای همان مقدار جریان موجود در سیم پیچ‌، شار مغناطیسی نیز افزایش می‌یابد.

بنابراین با افزایش تعداد حلقه ها یا چرخش درون یک سیم پیچ ، القاء سیم پیچ ها را افزایش می‌دهد.

سپس رابطه بین خود‌القایی‌،‌ (L) و تعداد چرخش‌،‌(N) و برای یک کویل تک لایه ساده می‌تواند به شرح زیر باشد:

خود القایی سیم پیچ

اینجا:

L هنری است

N تعداد چرخش ها است

Φ شار مغناطیسی است

I آمپر است

این عبارت همچنین می تواند به عنوان پیوند شار مغناطیسی ، (NΦ) تقسیم شده توسط جریان تعریف شود ، زیرا به طور موثر همان مقدار جریان در هر نوبت سیم پیچ جریان می یابد.

توجه داشته باشید که این معادله فقط در مورد مواد مغناطیسی خطی اعمال می شود.

خود القایی سیم پیچ یا به عبارت دقیق تر ، ضریب خود القایی نیز بستگی به ویژگی‌های ساخت آن دارد.

به عنوان مثال ، اندازه ، طول ، تعداد چرخش ها و غیره از این رو می توان با استفاده از هسته هایی از نفوذپذیری بالا و تعداد زیادی از چرخش های سیمان ، سلف هایی با ضرایب بسیار زیاد خود القاء در نظر گرفت.

 سپس برای سیم پیچ ، شار مغناطیسی که در هسته داخلی آن تولید می شود برابر است با:

در اینجا: Φ شار مغناطیسی است ، B چگالی شار و A منطقه است.

اگر هسته‌داخلی یک سیم‌پیچ بلند برقی با تعداد‌N‌چرخش در‌طول‌متر توخالی‌باشد‌،‌”تَخَلخُل”‌، در نتیجه القا‌مغناطیسی در هسته آن به شرح زیر است:

سپس با جایگزین کردن این حالات در اولین معادله بالا برای Inductance به ما خواهد داد:

با کنسل کردن و گروه بندی با هم مانند شرایط ، سپس معادله نهایی ضریب خود القایی برای یک سیم پیچ هواساز (solenoid) به شرح زیر است:

در اینجا:

         L در هنریس است

        μο نفوذ پذیری فضای آزاد است (4.π.10-7)

         N تعداد نوبت ها است

         A منطقه اصلی هسته (πr 2) در متر مربع است

         طول سیم پیچ در متر است

از آنجا که ظرفیت القای مغناطیسی یک سیم پیچ به دلیل وجود شار مغناطیسی در اطراف آن است.

شار مغناطیسی برای یک مقدار معین از جریان قوی تر خواهد بود و القا می شود.

بنابراین یک سیم پیچ از بسیاری از چرخش های دارای ارزش القایی بالاتری که تنها چند چرخش هستند و بنابراین ، معادله فوق القایی L را متناسب با تعداد نوبت های مربع N2 می دهد.

EEWeb برای محاسبه اندوکتانس یک سیم‌پیچ برای پیکربندی‌های متفاوت سایز سیم و موقعیت یابی، یک محاسبه گر آنلاین دارند.

همچنین با افزایش تعداد چرخش سیم‌پیچ‌،‌می‌توانیم با افزایش قطر کویل‌ها یا طولانی تر شدن هسته‌،‌ظرفیت القای مغناطیسی را افزایش دهیم.

در هر دو مورد برای ساخت سیم پیچ به سیم بیشتری احتیاج است و بنابراین ، خطوط بیشتری از نیرو وجود دارد تا بتواند برگشت emf پشت مورد نیاز را تولید کند.

اگر سیم‌پیچ را بر روی یک هسته فرومغناطیسی قرار دهد، اندوکتانس یک سیم‌پیچ را می توان بیشتر افزایش داد، که از یک ماده آهنی نرم ساخته شده‌است، تا یک زخم بر روی یک هسته تو خالی یا تهی.

دلیل افزایش شدت القای سیم پیچ

اگر هسته‌داخلی از بعضی از مواد فرومغناطیسی مانند آهن نرم‌،‌کبالت یا نیکل ساخته شود‌،‌القاء سیم ‌پیچ به شدت افزایش می‌یابد.

زیرا برای همان مقدار جریان جریان ، شار مغناطیسی تولید شده بسیار قوی تر خواهد بود.

دلیل این امر این است که مواد خطوط نیرو را بیشتر از طریق ماده اصلی نرمتر فرومغناطیسی متمرکز می کنند.

همانطور که در آموزش الکترومغناطیسی دیدیم.

بنابراین به عنوان مثال :

اگر ماده‌اصلی دارای نفوذ‌پذیری نسبی 1000 برابر بیشتر از فضای‌خالی‌،‌1000μo مانند آهن‌نرم یا فولاد باشد‌،‌القاء سیم پیچ 1000 برابر بیشتر‌می‌شود.

 بنابراین می توان گفت که القاء یک سلف به طور متناسب افزایش می‌یابد. با افزایش نفوذپذیری هسته افزایش می‌یابد.

سپس برای یک سیم‌پیچ در اطراف یک معادله سلف و یا هسته، باید اصلاح شود تا ضریب نفوذپذیری نسبی مواد قدیمی تر را در بر بگیرد.

اگر سیم پیچ بر روی هسته فرومغناطیسی پیچیده شود‌،‌القای بیشتری ایجاد می‌شود زیرا نفوذپذیری هسته‌ها با چگالی شار تغییر می‌یابد.

با این حال‌،‌بسته به نوع ماده‌فرومغناطیسی‌،‌شار مغناطیسی هسته‌داخلی ممکن است به سرعت به اشباع برسد و مقدار‌القایی غیرخطی را تولید‌کند.

از آنجا که چگالی شار در اطراف سیم پیچ سیم بستگی به جریان جاری شده از طریق آن ، استقراء دارد ، L نیز به تابعی از این جریان جریان تبدیل می شود ، i.

در آموزش بعدی در مورد سلف ها خواهیم دید که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم پیچ باعث می شود جریان در یک سیم پیچ دوم که در کنار آن قرار دارد جریان یابد.

این اثر به نام دوگانگی نامیده می شود و یک اصل عملیاتی در ترانسفورماتورها ، موتورها و ژنراتورها است.