سلف (Inductor )
اگر بخواهم سلف را ساده توضیح بدهم سلف یک سیم پیچ هست که به دور یک هسته ای پیچیده شده و وقتی جریان از این سیم پیچ می گذره باعث میشه که وسط این سیم پیچ یک میدان مغناطیسی شکل بگیره که جهت این میدان مغناطیسی رو هم با قانون دست راست (اگر چهار انگشت دست راست در جهت عبور جریان بسته شوند ،شصت دست راست جهت میدان مغناطیسی بوجود آمده را نشان می دهد)می توان مشخص نمود ، هرچه تعداد دور های سیم پیچ بیشتر باشد میدان قوی تری را ایجاد می نماید و اگر هسته ای هم به آن اضافه شود به دلیل اینکه این میدان مغناطیسی از درون آن هسته هم می گذرد باعث می شود که ذرات درونی هسته هم ،هم جهت با میدان شوند و در نتیجه خود هسته هم به شدت میدان می افزاید و میدان را قوی تر می نماید ،بدیهی است که هرچه هسته خاصیت فرومغناطیسی( مواد فرو مغناطیسی مانند آهن، آهن لمینت شده و آهن پودری) بیشتری داشته باشد بر شدت میدان بیشتر می افزاید ،همچنین آن سلف هایی که دونات شکل که در اصطلاح به آنها تروئید گفته می شود از میله ای ها خاصیت القایی بیشتری دارند.
همان طور که گفتیم اگر به یک سیم پیچ جریان بدهیم میدان تحویل می گیریم و عکس این قضیه نیز وجود دارد یعنی اگر میدان بدهیم جریان تحویل می گیریم ، حال خاصیت سلف از همین جا بوجود می آید یعنی زمانی که ما جریانی در سلف برقرار کرده ایم یک میدانی درون آن ایجاد شده است ،حال زمانی که بخواهیم جریان سلف را کم و زیاد کنیم سلف با این تغییر جریان مخالفت می کند چرا ؟ چون در این حالت مثل این میمونه که اون میدان داره جریان رو بوجود میاره ، در هر حال مقدار جریان با مقدار میدان برابره و این دوتا هم روی هم تاثیر می گذارند و وقتی شما جریان را تغییر میدین جریان این طوری فکر می کنه که با این شدت میدان که وجود داره من باید جریانم همین قدر باشه نه بیشتر و نه کمتر با اینکه بوجود آورنده اون میدان خودشه ولی در جریان ثابت این ها متوجه نمی شوند که کی به کی وابسته هست ،ولی خوب مدت زمان زیادی نمیتونه دوام بیاره و بلاخره تغییر می کنه و این اتفاق در کسری از ثانیه رخ میده ، هر چی که سرعت و مقدار این تغییرات کمتر باشه این میدان و جریان فرصت پیدا می کنند اختلافاتشون رو باهم حل و فصل کنند و کمتر با تغییرات جریان مخالفت می کنند و بلعکس.از این مطلب چی میشه فهمید این که اگر فرکانس بالا برود یعنی سرعت این تغییرات در واحد زمان زیاد بشود این ها نمی توانند از پس حل اختلافاتشون بر بیان و شاکی میشن و به جایی میرسه که دیگه جریان رو قطع می کنند و هرچه فرکانس پایین تر بیاد جریان با دردسر کمتری عبور می کند.
ضخامت سیم تابیده شده میزان حداکثر جریان عبوری را مشخص می کند و ربطی به میزان القای سلف ندارد؛ واحد سلف ها هم هانری H می باشد که معمولا در کاربرد های الکترونیکی از سلف هایی در محدوده میلی و میکرو استفاده می کنیم.
کاربرد سلف ها کجا هست ؟
- یکی از کاربرد هاش برای تثبیت جریان تغذیه مدار هست.
- در فیلتر ها استفاده گسترده دارد.
- ساخت بلندگو ،بلندگو هم ساختار جالبی داره که با استفاده از خاصیت آهنربایی سلف یعنی از همون میدان وسطش ساخته شده . این طوری کار میکنه که یه سیم پیچه که به دور یه هسته ثابت پیچیده شده و این هسته قطب N هست و وصل به اون آهنربا بزرگه که پشت بلندگو هست و اون قطب S هست و با توجه به فرکانسی که به این سلف وصل میشه چون هسته سرجاش ثابته سیم پیچ طبق اون فرکانس قطب مخالف هسته میشه و می خواد فرار کنه و رو به بالا در میره ولی چون فرکانس به اون وصله هی بالا و پایین میشه و اون طرفش به یک دیافراگم ( همون قسمت سیاه رنگ توی بلندگو ها که مثل کاغذ هست ) و با همون فرکانس دیافراگم رو به ارتعاش در میاره که در نهایت هوا هم با همون فرکانس به ارتعاش درمیاد و صوت تولید می شود.
- موتور ها : موتورها هم با استفاده از همین خاصیت آهنربایی سلف ها ساخته شده اند که روتور(قسمت ثابت موتورها) و استاتور (قسمت متحرک موتورها)یکی آهنربا ثابت دارد و قسمت دیگر یک سلف است که با ایجاد قطب مخالف آن آهنربا از آن فرار می کند و باعث چرخش موتور می گردد.
- سلونوئید : سلنوئیدها یک سلفه و یک هسته فلزی (معمولاً آهن) که وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با هسته تعامل دارد و باعث جذب هسته می‌شود. این جذب هسته باعث حرکت هسته به داخل سیم پیچ و ایجاد نیروی مکانیکی گردد که برای حرکت ها مکانیکی رفت و برگشتی مثل قفل ها مناسب می باشد.
- ترانسفورماتورها :در ترانسفورماتور ها هم از دو یا چند تا سلف استفاده شده که با آن می توان ولتاژ برق AC را تغییر داد که در بخش مربوطه توضیح کامل داده شده است.
- چوک ها و بوبین رله ها که هر کدام در قسمت مربوط به خود توضیح داده شده است.
انواع سلف
سلف با هسته هوا معمولاً یک سلف با یک سیم پیچ ساده است، که هسته‌ایی ندارند. این نوع از سلف چیزی جز هوا به عنوان هسته ندارد. مواد غیرمغناطیسی مانند پلاستیک و سرامیک نیز به عنوان هسته در این نوع سلف استفاده می‌شوند. این سلف‌ها در ابزارهایی با قدرت میدان مغناطیسی بسیار بالا، حداقل سیگنال را از دست می‌دهند. در این سلف شار مغناطیسی مسیر بی نظمی دارد و در نتیجه میزان ظرفیت القای مغناطیسی آن کم است. سلف بدون هسته دارای کویل‌های بزرگتر برای تولید شار بیشتر هستند. کاربرد این سلف‌ها معمولا برای فرکانس بالا شامل گیرنده‌های تلویزیون و رادیو است.
این نوع سلف به طور معمول برای کاربردهای RF که سطح القای مغناطیسی مورد نیاز آن کمتر است، استفاده می‌شود. به دلیل این که از هیچ هسته‌ای در آن استفاده نشده است مزایای مختلفی دارد، هیچ اتلافی در هسته سلف وجود ندارد زیرا هوا بدون اتلاف است و این امر منجر به افزایش سطح Q می‌شود، با فرض اینکه مقاومت سلف یا سیم پیچ کم باشد، در مقابل تعداد چرخش در سیم پیچ بیشتر می‌شود تا همان القای مغناطیسی را داشته باشد و منجر به افزایش اندازه فیزیکی سلف الکتریکی می‌شود.
سلف‌های هسته سرامیکی به عنوان سلف‌های هسته هوا شناخته می‌شوند. سرامیک متداول‌ترین ماده برای هسته‌های سلف است. سرامیک دارای ضریب انبساط بسیار کم حرارتی است، بنابراین حتی برای طیف وسیعی از درجه حرارت عملکرد، پایداری القا سلف بالا است. از آنجا که سرامیک خاصیت مغناطیسی ندارد، به دلیل این نوع هسته، مقدار نفوذپذیری افزایش نمی‌یابد. هدف اصلی این هسته فرم دادن به سیم پیچ است. در بعضی موارد، ساختار مناسب نگه داشتن ترمینال‌ها را نیز فراهم می‌کند. مزیت اصلی این سلف ها تلفات هسته‌ای بسیار کم و ضریب کیفیت بالا است. این موارد عمدتا در کاربردهای با فرکانس بالا که مقادیر القا مغناطیسی کم مورد نیاز است، استفاده می‌شوند.
آموزشگاه فنی پایتخت برگزار کننده دوره آموزش هوشمند سازی ساختمان بصورت عملی و از صفر تا صد می باشد .
سلف با هسته آهن
این سلف‌ها مواد فرومغناطیسی مانند فریت یا آهن را به عنوان هسته دارند. استفاده از چنین هسته‌ای به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی زیاد سلف، به افزایش القا کمک می‌کند. سلف‌های با هسته فرومغناطیس، سلفی با قدرت بالا هستند، اما در فرکانس‌های بالاتر به دلیل پسماند مغناطیسی و هدر رفتن جریان مخالف، این قدرت کم می‌شود. این سلف‌های هسته آهن در ساخت چند نوع ترانسفورماتور استفاده می‌شوند. اما به طور کلی زیاد مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
سلف‌های با هسته آهن پودر شده
همانطور که از نام آن پیداست، هسته اصلی این سلف‌ها دارای مواد مغناطیسی به همراه شکاف‌های هوایی در آن است. اما این نوع ساختار مزیت خاصی به هسته برای ذخیره انرژی در مقایسه با انواع دیگر سلف‌ها فراهم می‌کند. این سلف‌ها تلفات جریان گردابی و تلفات پسماند بسیار کمی را ایجاد می‌کنند. سلف با هسته آهن پودر شده با کمترین قیمت در دسترس هستند و از پایداری القایی بسیار خوبی برخوردار هستند.
سلف با هسته فریت
فریت یکی از هسته‌های پرکاربرد برای انواع مختلف سلف است. فریت یک سرامیک اکسید فلز است که در اطراف مخلوطی از اکسید فریک Fe2O3 و اکسیدهای منگنز-روی یا نیکل-روی ساخته شده و به شکل مورد نیاز اکسترود یا فشار داده می شود. سلف با هسته فریت خسارت و هزینه را در فرکانس‌های بالا کاهش می‌‌دهد.
فریت نرم
این مواد توانایی تغییر قطب مغناطیسی خود را بدون مقدار خاصی از انرژی مورد نیاز برای برگشت قطب مغناطیسی را دارند.
فریت سخت
به فریت سخت آهنربای دائمی نیز گفته می‌شود. فریت سخت قطب مغناطیسی خود را حتی پس از حذف میدان مغناطیسی حفظ می‌کند.
سلف هسته فریت با افزایش نفوذپذیری سیم پیچ که منجر به افزایش مقدار القا مغناطیسی می‌شود، به بهبود عملکرد سلف کمک می‌کند. سطح نفوذپذیری هسته فریت استفاده شده در سلف‌ها به ماده فریت بستگی دارد. این سطح نفوذپذیری با توجه به ماده فریت از 20 تا 15000 است. بنابراین القا با هسته فریت در مقایسه با سلف با هسته هوا بسیار زیاد است.
انواع مختلف سلف بر اساس کاربردها و ساختار مکانیکی
سلف ها نیز ممکن است از نظر ساختار مکانیکی دسته‌بندی شوند. تعدادی از انواع استاندارد‌های مختلف فیزیکی وجود دارد که می‌توان سلف‌ها را در آنها طبقه بندی کرد.
سلف مبتنی بر Bobbin
این نوع سل ها روی یک حباب استوانه ای قرار دارند. سلف‌های بوبین ممکن است برای نصب مدار چاپی طراحی شده باشند، حتی نصب سطح آنها ممکن است بسیار بزرگتر باشد و از طریق ابزارهای مکانیکی دیگری نصب شود. برخی از نسخه‌های قدیمی این سلف‌ها حتی ممکن است در شکلی مشابه مقاومت‌های سرب‌دار معمولی باشند. این نوع سلف‌ها از دو نوع سرب تشکیل شده‌اند: سرب محوری و سرب شعاعی. سرب محوری به معنای خروج سرب از دو طرف هسته برای نصب افقی بر روی صفحه PC است. سرب شعاعی به معنای خروج سرب از دو طرف هسته برای نصب عمودی بر روی صفحه PC است.
سلف سرامیکی چند لایه
از این نوع سلف‌ها به طور گسترده‌ای برای فناوری نصب سطحی استفاده می شود. هسته این نوع سلف از فریت یا معمولاً از مواد سرامیکی مغناطیسی ساخته می‌شوند. در واقع سیم پیچ روی بدنه سرامیک قرار دارد.
سلف فیلمی
این شکل از سلف از یک فیلم رسانا به عنوان هسته استفاده می‌کند. سپس فیلم شکل داده می‌شود تا مشخصات هادی مورد نیاز را بدست آورد. سلف فیلمی با سلف‌های تراشه‌ای مرسوم که همراه با سیم مسی هستند متفاوت ساخته شده‌اند. این سلف‌های به عنوان سلف تراشه‌ای برای کاربردهای با فرکانس بالا ساخته شده‌اند.
سلف های توریدال
در سلف توریدال یک کویل به دور یک تورید دایره وار پیچیده می‌شود. فریت یا هیدروکسید آهن اغلب استفاده می‌شود و باعث افزایش نفوذپذیری هسته می‌شود. مزیت توروئید این است که توروید شار مغناطیسی را قادر می‌سازد تا به صورت دایره‌ای در اطراف توروئید حرکت کند و در نتیجه نشت شار بسیار کم است. نقطه ضعف یک سلف توروئیدی این است که برای انجام کار نیاز به یک دستگاه سیم پیچ مخصوص است. مزیت اصلی این نوع سلف‌ها این است که، به دلیل شکل دایره‌ای، تقارن در کل شکل سلف حاصل می‌شود، که به دلیل آن حداقل تلفات در شار مغناطیسی وجود دارد. این سلف‌ها بیشتر در کاربردهای مدار AC استفاده می‌شوند.
سلف های با هسته چند لایه
سلف‌های هسته چند لایه به عنوان هسته، ورق‌های نازک چند لایه از جنس استیل دارند. معمولاً برای یک سلف، اگر ناحیه حلقه برای عبور جریان افزایش یابد، تلفات انرژی بیشتر خواهد بود. در حالی که، در این سلف‌های هسته چندلایه، ورقه‌های استیل نازک برای جلوگیری از جریان‌های گردابی مفید هستند، که عملکرد حلقه را به حداقل می‌رسانند. مزیت اصلی این سلف‌ها به حداقل رساندن اتلاف انرژی است. سلف‌های هسته چند لایه بیشتر در ساخت ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند.
سلف متغیر
با حرکت هسته مغناطیسی در داخل و خارج سیم پیچ‌های این سلف‌ها تشکیل می‌شوند. توسط این هسته مغناطیسی می‌توانیم مقدار القایی را تنظیم کنیم. هنگامی که یک سلف هسته فریت داشته باشیم، با حرکت دادن هسته آن در داخل و خارج که سیم پیچ زخمی شده است، می توان سلف هسته فریت متغیر را ایجاد کرد. این نوع سلف‌ها در برنامه‌های رادیویی و با فرکانس بالا در مواردی که تنظیم مورد نیاز است مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سلف‌ها به طور معمول از 10 میکروگرم تا 100 میکرومتر متغیر هستند. و البته سلف متغیر 10 نانومتر تا 100 میلی آمپر نیز وجود دارند.
سلف‌های کوپل
به طور کلی دو هادی یا رسانا متصل شده توسط القای الکترومغناطیسی به عنوان سلف‌های کوپل شده شناخته می‌شوند. همانطور که می‌دانیم که هر زمان که جریان AC در یک سلف جریان داشته باشد، در سلف دوم ولتاژ ایجاد می‌کند، که این کار باعث پدیده القایی متقابل می‌شود. سلف‌های کوپل فقط روی این پدیده کار می کنند. این سلف‌ها می‌توانند با انتقال امپدانس از طریق مدار، دو مدار را به صورت الکتریکی جدا کنند. ترانسفورماتور یکی از انواع سلف‌های کوپل شده است.
سلف های قالب‌گیری شده
این سلف‌ها یا توسط عایق‌های پلاستیکی یا سرامیکی قالب‌ریزی شده‌اند. سلف قالب گیری‌شده به طور معمول در شکل‌های استوانه‌ای و میله‌ای با انواع وسیعی از سیم پیچ ها موجود هستند.
همانطور که مشاهده می‌شود، روش‌های مختلفی برای طبقه‌بندی انواع مختلف سلف‌ها وجود دارد. هر کدام مزایای خاص خود را دارند و بنابراین لازم است در مورد گزینه‌های مختلف موجود هنگام انتخاب سلف برای یک برنامه خاص تصمیم گیری شود. منظور از مواد و فن آوری مدرن این است که عملکرد سلف‌ها افزایش یافته و گزینه‌های بیشتری برای طراحان مدار وجود دارد چه برای کاربردهای RF، چه برای مقابله با EMI و چه برای برنامه‌های قدرت.
شیوه خواندن سلف ها
